市场上干流的电子锁是根据暗码规划的。暗码锁的最大的缺点是暗码简略被别人盗取、猜想及忘记。跟着生物技能的开展，越来越多的活体技能运用到辨认体系中，如指纹、掌纹、人脸、虹膜等。相关于其它的活体辨认技能，指纹辨认体系以其可完结性强，本钱相对低价，一起又具有较高的安全性，被越来越多的运用到各种场合。文章给出了一种新式的指纹锁架构，并具体论说了体系的各个组成部分以及指纹辨认算法的完结流程。文章对下降体系功耗和添加保密性都提出了共同的办法。
跟着科学技能的飞速开展和大规模的集成芯片的呈现，现有的门锁体系也正在阅历着升级换代的改换。榜首代电子门锁选用的是暗码辨认办法，处理了机械门锁替换的灵活性，即钥匙的设置和更改把握在了运用者的手中；但因为密钥与运用者非强相关，松耦合，授权难以办理，在安全性方面存在着极大的危险。第二代电子门锁选用最先进的生物特征辨认技能，供给了一种更为安全牢靠、运用方便的身份辨认新途径。
生物特征辨认技能首要是运用虹膜、人脸、指纹、掌纹、语音这几种人体生物特征的一种来做辨认的。虹膜、人脸需求运用到印象成像体系，设备过于杂乱，仅用于高端体系，难以遍及运用；语音体系最为简略，但因为简略被仿照，安全性相对较低；指纹和掌纹仅运用扫描成像，相比照较简略，易于推行，尤其是指纹辨认技能，选用逐行扫描体系，辨认传感器能够做得十分小，具有很高的可行性和实用性。
指纹锁体系首要可用在保险箱、实验室、楼道的身份承认及相关操控；跟着智能家居概念的鼓起，也越来越多的运用到高级住所中。
1 指纹锁的架构
本指纹锁体系的硬件结构首要包含：指纹辨认头、主处理微操控器、电源办理、电控锁组织以及门锁功用所需的红外感应、告警电路等，其间中心部分是指纹辨认头和主处理微操控器。本指纹锁体系的硬件结构框图如图1所示。
图1 指纹门锁硬件结构框图
本指纹锁经过指纹辨认头获取原始指纹数据，经过主处理器的处理提取出相关指纹特征，然后与存储器内的指纹模板做比较，假如指纹特征符合，则经过指示灯做出相应的指示，一起输出门锁敞开信号，翻开门锁；在门锁敞开状况，也可经过相应按键操作，进行指纹模板存储。
辅佐处理器用于体系的电源办理，即办理主处理器的上下电。本规划选用层级容纳架构规划，主处理器功用强大，处理功用相对杂乱，功耗较高；辅佐处理器功用十分简略，仅担任电源办理，完结对体系的上下电处理（除了本身不下电）。该架构有三个长处，榜首，功耗极端低，在体系待机形式下，主处理器部分底子就不耗电，体系可超长时刻待机作业。第二，选用层级架构，两个处理器功用彻底解耦，软件可别离自在演化。第三，超牢靠性，程序跟着代码行数的添加，异常情况成指数倍的添加，所以主处理器程序长时刻作业的牢靠性大大下降，本架构因为选用了辅佐处理器的计划，主处理器绝大多数时刻处理断电状况，每次作业时，都阅历了从头上电进程，因而原则上主处理器做到了永不死机的牢靠性；而辅佐处理器作业极端简略：检测接触，然后给主处理器上电，等候主处理器闲暇信号，然后给主处理器下电。程序代码行十分简略，作业牢靠性极高。
2 指纹传感器的选型
在指纹产品中，指纹传感器和指纹算法是要害。指纹处理的进程是收集指纹图画，然后对指纹图画进行处理，所以能否收集到明晰的指纹图画是指纹处理的要害，指纹传感器是指纹图画的收集部件，因而，指纹传感器的功用将直接影响到指纹产品的功用。
现在选用的指纹传感器从分类上首要分为半导体指纹传感器和光学指纹传感器。半导体的指纹传感器又分为面状指纹传感器和条状指纹传感器（即滑动式指纹传感器/刮擦式指纹传感器）。
选用半导体指纹传感器首要要考虑以下几个目标：
（1）抗静电功用，-般要求大于15kv，不然易被击穿。
（2）分辨率。一般至少要求256dpi，不然对细指纹不易分辩，比方银行、医院、超市等不宜运用。
（3）对干湿手指的适应性（尤其是涂有护手霜的手指）。
（4）运用寿命要求。传感器的运用寿命的要求一般要到达可运用100万次。
（5）产品一致性和适应性，不同区域人的指纹有不同的特征，所以要选用高适应性的指纹传感器。
因为本文中的指纹读头在规划中的要求体积尽量小，因而选用的是美国AuthenTec公司的AES2510的刮擦式指纹传感器。其选用的理由如下：
（1）选用其最新的“The Power of Touch”技能，归于接触式的，对干湿手指不灵敏。
（2）易用且能供给快速的指纹成像，具有导航功用。
（3）低功耗、小CPU占用率的特性。
（4）出货量大，本钱低。
（5）尺度适当细小，只要12mm×5mm×1.86mm。
其外观图如图2所示：
图2 AES2510实物图
3 指纹算法的选型
指纹辨认算法是指纹辨认的中心。常见的指纹算法有：BIOKEY指纹辨认算法、Fingerpass指纹辨认算法、TOUCHSEC指纹辨认算法、OpenBio指纹辨认算法、FAA指纹辨认算法等等，国内也有许多公司也自主研发了许多具有专利的指纹辨认算法，在网上也有许多揭露算法的源码。在规划初期，选用揭露的算法源码，会形成调试的不方便，一起算法的目标也不确定是否满意需求；大公司的指纹辨认算法一般又要价比较高，商洽困难；因而最合理的办法是选用指纹厂家供给的辨认算法进行开发验证，Autllentec供给的算法相对也比较老练牢靠，因为运用其指纹传感器，指纹辨认算法收取费用相对较低，假如运用量较大，乃至能够免费赠送。
在咱们的规划中，选用的是Authentec供给的指纹辨认算法，最终验证规划结果在认假率、拒真率、比对时刻上均满意需求。
4 主CPU的选型
主CPU的选型首要重视的目标是运算速度及功耗，有的厂商的产品侧重于低功耗，有的侧重于运算速度。来自于几家厂商供给的一组测试数据见表1，别离显现了不同的CPU在运算指纹匹配算法所需求的时刻。
表1 运转指纹匹配算法时刻比照表
因为咱们选用了层级容纳式架构，因而对主处理器的功耗目标不太关怀，选用更高的处理速度，能给用户带来了更好的体会。本指纹锁挑选的CPU是BF531.ADSP-BF531系列处理器是Blaclkflin系列产品的成员之一，是一个高度集成的片上体系处理计划。其功用框图如图3所示：
图3 BF531的功用框图
ADSP-BF53 l是主频高达400 MHz高功用Black-fin处理器，其内核包含：2个16位MAC，2个40位ALU，4个8位视频ALu，以及1个40位移位器；关于指纹比照核算有很强的处理才能，别的，厂家又供给了为该处理器量身定做的指纹比照算法。
5 辅佐CPU的选型
因为指纹锁在规划时提出的存储目标为100枚指纹，大约所需内存为lMByte以上，因而有必要运用外部存储设备。为了最大极限的下降本钱，咱们运用SDRAM芯片来代替外部的SRAM，因而就必定导致设备的外部功耗添加，关于运用电池供电的设备，这几乎是不能容忍的，为此咱们运用一个超低功耗的辅佐CPU来进行设备办理。
通常情况下，主CPU的一切电路均不上电，辅佐CPU感应到有手接触锁柄时，则经过IO口操控主CPU上电，主CPU和指纹传感器开端作业，指纹比对成功后，发动开锁。不管比照是否成功，等候固定一段时刻后，主CPU均会进入闲暇状况，向辅佐CPU发送闲暇信号，辅佐CPU对主CPU断电。
因为辅佐CPU是长时间作业，永不断电的，选则的基本原则便是超低功耗，架构简略，极高的牢靠性。本文挑选的是TI的MSP430F2001，MSP430单片机具有0.5uA的超低待机电流和250uA/MIPs的运转功耗，是现在业界公认的低功耗单片机。其供给了5种低功耗形式，首要面向电池供电的运用。功用框图如图4所示：
图4 MSP430F2001的功用框图
MSP430F200l的特性描绘如下：低作业电压（1.8V-3.6V）；超低功耗（活动形式为220μA at 1 MHz，2.2 V，待机形式为0.5μA，封闭形式为0.1μA）；五种省电形式；从待机形式唤醒1μs。
6 其它
本计划中还采取了其它降功耗办法：
主处理器的LDO改为DC/DC开关芯片，进步作业时的电源功率；
开锁继电器的先用大电流驱动1秒使其吸合，然后经过调整操控端的占空比为30%，让其进行4秒的保持状况；
7 结束语
本规划经过合理挑选器材，环绕低本钱、低功耗、高运算功用、电池供电等特性要求优化电路，规划完结的新式指纹锁电路在功用目标、稳定性、兼容性低硬件本钱方面具有十分大优势。
经过本规划制作出数台样机，在仅运用两节5号电池不替换的情况下，每天开锁3次，已接连牢靠的作业了2年。
本规划完结的指纹锁，能够广泛运用于工业门标禁、指纹考勤、国防安全等很多范畴。
