无线数据传输在指纹身份验证手持机中的应用

　　当今指纹身份验证技术应用日益广泛，我们正在开发的指纹身份验证考试系统通过指纹识别模块进行个人指纹信息的采集存储识别校验与鉴别，并对身份识别信息进行管理。本系统以学生的指纹来验证学生的身份，为此数据中心要将指纹信息下载给各个指纹身份验证手持机，而各个手持机也要将自己记录的信息上传给数据中心以实现考生信息的集中管理。这时，在指纹身份验证手持机设计中采用怎样的数据传输方式就显得特别重要。若选取传统的有线传输网络，则这些网络的施工布线工作量大，线路容易破损，可靠性差，维护比较困难，占地面积和空间也大。由于传输的距离近，采用无线传输的方式既可以满足传输要求又可以克服有线传输的上述缺点，所以本文采用单片无线传输芯片nRF905来构建一个点对多点的主从式无线数据传输系统。

　　1 硬件设计

　　整个无线传输系统由数据中心和一个无线数据收发器以及若干个手持机构成。无线数据收发器与数据中心间采用RS232串13通讯。其中数据中心作为主站，各个手持机作为子站，各个手持机与无线数据收发器之间采用双向无线通讯。考试之前教学管理部门的数据中心通过无线数据收发器按轮流查询方式对手持机逐个通讯，给各个手持机下载相应的考场考生必要信息。考前监考教师按照学号顺序对学生进行身份验证，并在手持机里记录考生缺考、替考、迟到等信息，考试过程中监考教师在手持机里记录作弊等信息。考试结束后监考教师将手持机提交教学管理部门，然后数据中心对手持机上传的信息统一进行处理，至此，整个无线数据传输过程完成。

　　指纹身份验证手持机硬件电路主要由主控制器PIC18F65 20、键盘(4x 5)、显示器(s6B0724)、串行EEPROM 、外部数据存储器、时钟电路(DS l 302)、电源电路、nRF 90 5无线传输接13电路以及指纹模块(SM—L6Z)1 21等部分组成。无线数据收发器硬件电路连接与手持机类似， 由主控制器PIC18F6520、串行EEPROM、外部数据存储器．电源电路、nRF905无线传输接13电路以及与数据中心通信的RS232接13电路组成。

　　2 无线数据传输芯片nRF905介绍

　　系统的无线通信芯片nRF905工作于433／868／9l5MHz频段，无需申请频点，具体工作频率可由与它相连的MCU进行设置，采用优化的GMSK调制解调技术，最大数据传输率(曼切斯特编码)可达100kb／s。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器．频率合成器、功率放大器等模块。工作电压1．9～3．6V。天线可采用PBC环形天线或单端鞭状天线， 发射功率最大为+10dBm，接收灵敏度为460dBm，在开阔地传输距离一般可达600m 以上(在地形复杂时会缩短距离，这与使用环境、干扰、系统调谐有关)，但一般调谐不可大于200 in。nRF905采用SPI(串行外设接13)与微控制器通讯，它自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)，只需将要发送的数据和接收机地址送给nRF905、nRF905自动完成数据打包(JJn字头和CRC校验码)、发送，在接收中有载波检测引脚CD和地址应配检测引脚AM，接收到正确的数据包时， 自动移去字头、地址和CRC校验码，然后通知微处理器取数据。nRF905在待机模式下功耗约为40 μA，在掉电模式下功耗约为2．5 A，在待机和掉电模式下它不能进行接收和发射，但是可以通过SPI进行配置，这样就会更加节能和高效。

　　nRF905与MCU的接13电路如图1所示。

图1 nRF905与MCU的接口电路

　　nRF905有两种工作模式，分别是接收模式和发送模式。nRF905发送流程：当微控制器有数据要发送时，MCU置低CSN，通过SPI接13按时序把接收机的地址和要发送的数据传给nRF905，SPI接13的速率在通信协议和和器件配置时确定，微控制器置高TRX—CE和TXEN，激发nRF905的发送模式l当TRX—CE被置低，nRF905发送过程完成， 自动进入空闲模式。接收流程：当TRX—CE为高、TXEN为低时，nRF905进入接收模式。当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头．地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚D R 置高，微控制器把TRX—CE置低，进入待机模式。MCU置低CSN，以合适的速率通过SPI接口读出有效数据。

　　3 星状点对多点无线数据传输方式

　　本系统由无线数据收发器和数据中心以及若干手持机工作点组成一个无线局域网，采用星状形状实现点对多点的数据传输，传输链路分布示意图如图2所示，其中以0 0(无线数据收发器和数据中心)为主机，0 1— n (手持机)为各个工作点。这种传输方式特别适用于数据量大，对时间要求较高的场合，适用于传输距离较近的地方，适用于条件恶劣干扰大的地方。

图2 状传输链路示意图

　　nRF905的数据传输方式是半双工的，主机和各工作点有各自唯一的地址号，进行数据传输时，取当前发送端为主站，各接收端为从站，主站通过扫描的方式根据各自的地址号与从站进行一对一数据传输。这样系统中的主站与从站的数据传输方式就成为点对点的传输方式，整个点对多点的数据传输就成为若干个点对点数据传输的组合。具体进行数据传输时，主站发出的数据帧带有目的从站的地址号，从站将接收的地址号与本站地址号比较，不同则不接收数据，相同则留下接收的数据，并对数据进行处理。这样在进行数据传输时，系统中只有一个工作点在接收其所需的数据，避免了其他工作点的错误接收。

　　另外，每个nRF905都有自己本身惟一的地址码，主机及各工作点也有自己的惟一地址号。但是这两个地址意义不同，nRf905的地址称为地址码，是用来标识自己本身的，而主机和工作点的地址称为编号，是自己在局域网中的标识。

　　4 数据传输程序设计

　　4．1数据传输协议

　　考虑到现实中的干扰问题，通过测试和试验，发现0xFF 后跟0XAA、0x55在噪声中不容易发生， 所以传输协议在数据包前加开始字节0xFF，其后跟OxAA．0x55。因为第一个字节的数据，在发送时容易丢失，所以实际发送协议时可以以一个任意内容的字节，然后是0xFF后跟一个0xAA、0x55开头，而接收协议时规定只接收以0xFF 后跟0xAA，0x55头的包。这样就可以把数据包格式定为图3。

图3 数据传输协议数据包格式

　　其中0XFF．0xA A．0x5 5是字头，HOST为主站地址，LOCAL为从站地址，LENTH为数据长度，DATA l⋯⋯DATA N为有效数据，CHECK 为校验码。该数据包由MCU发给nRF905后，nRF905会自动对其加入字头和CRC校验后发送出去。

　　4．2数据传输程序设计

　　无线数据传输系统中发送端与接收端采用握手联络的方式进行数据传输，发送端作为主站，各接收端作为从站。当进入接收子程序后，从站接收主站发送的地址号，然后与本站的地址号进行比较，如果不相符说明此时本站不是目标从站，则设置nRF905为接收模式，然后返回以再次接收地址号；若相符说明此时本站是目标从站，则向主站返回地址号作为应答，完成此从站和主机的握手联络。握手成功后，从站开始接收数据，接着对接收的数据进行校验计算。如果校验不对，则通知发送端重发，程序返回以重新接收数据；如果校验正确，则对数据进行处理。最后处理完数据，程序返回以接收下一个数据包。

　　5 结语

　　本系统采用先进的无线传输技术完成了指纹身份验证手持机的设计，整个无线数据传输系统灵巧、方便，能够正确实现指纹数据的无线传输，同时为指纹识别技术提供了一个很好的应用方案。（文/(沈阳理工大学信息科学与工程学院 潘喜利 赵虹）

    参考文献
    【1】聂光义．点对多点多任务无线通信．上海桑博电子科技有限公司．
    【2】杭州中正生物认证技术有限公司．SM—L62指纹识别模块用户手册
    【3】讯通科技．单片433／868／9l5MHZ无线收发器nRF905
    【4】勒达．单片机应用系统开发实例导航．人民邮电出版社，2004．
    【5】陈国先．PIC单片机原理与接口技术．电子工业出版社，2004．
    【6】刘和平，刘钊，郑群英，江渝，邓力．PIC18FXXX单片机程序设计及其应用