基于手勢(shì)信息的便攜式無線加密傳輸系統(tǒng)

　　圖3.1說明了各個(gè)子模塊的邏輯關(guān)系和使用時(shí)的數(shù)據(jù)流，其中Twofish加解密算法是系統(tǒng)核心，占用FPGA內(nèi)部接近40%的邏輯資源，其它部分占30%左右。

　　3.2 　Twofish算法

　　Twofish算法是由美國(guó)的Bruce Schneier等創(chuàng)建的優(yōu)秀算法，是AES的候選算法之一。Twofish算法是典型的分組加密算法，加密時(shí)它將明文按一定的位長(zhǎng)分組，明文和密鑰的全部經(jīng)過加密運(yùn)算得到密文。解密時(shí)密文和密鑰經(jīng)過解密運(yùn)算，還原成明文。Twofish的算法采用的明密文分組長(zhǎng)度為128bit， 支持128bit、192bit、256bit的密鑰長(zhǎng)度。

四　硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

　　硬件系統(tǒng)主要包括Spartan-3E嵌入式平臺(tái)，自制電源模塊和手勢(shì)信息采集模塊，輔以無線傳輸，液晶顯示，鍵盤等子模塊，硬件系統(tǒng)框圖如圖4.1所示。

4.1　核心FPGA

　　硬件系統(tǒng)核心為Spartan-3E系列的50萬門FPGA，型號(hào)為XC3S500E-4FG320C，有1萬多個(gè)邏輯單元和232個(gè)用戶I/O，對(duì)其進(jìn)行編程，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

　4.2　功能模塊

　　功能模塊主要包括電源模塊、手勢(shì)信息采集模塊和其它輔助模塊。

　　4.2.1　電源模塊

　　電源模塊的主要作用是使系統(tǒng)具有便攜性。

　　系統(tǒng)選用+8V鋰電池供電，經(jīng)各電平轉(zhuǎn)換芯片為各模塊供電。系統(tǒng)選取LM2596T-5.0開關(guān)電源調(diào)節(jié)芯片，將+8V電源輸入轉(zhuǎn)換為+5V電源輸出，為Spartan-3E開發(fā)板、數(shù)據(jù)輸入模塊、液晶顯示模塊供電。而無線模塊工作時(shí)對(duì)電源穩(wěn)定性要求較高，故選取7805穩(wěn)壓芯片將+8V電源輸入轉(zhuǎn)換為+5V電源輸出，為其供電。

　　4.2.2　手勢(shì)信息采集模塊

　　手勢(shì)信息采集系統(tǒng)的功能是將手勢(shì)信息轉(zhuǎn)換為FPGA可處理的數(shù)字信息，包括數(shù)據(jù)輸入、模數(shù)轉(zhuǎn)換和電平轉(zhuǎn)換三部分。

　　數(shù)據(jù)輸入部分采用彎曲傳感器(Flex Sensor)來“感知”手勢(shì)信息。彎曲傳感器是利用其阻值變化來反映自身彎曲程度的傳感器件。

　　彎曲傳感器固定在一副手套的8個(gè)手指上，分別為左右手的食指、中指、無名指和小拇指。根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，手指平直時(shí)傳感器阻值約為10K，彎曲時(shí)傳感器阻值大于15K，故選取10K的電阻，與其串聯(lián)，構(gòu)成分壓電路，分壓電路端電壓為5V。將傳感器的阻值變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，供A/D轉(zhuǎn)換。此外，外設(shè)一開關(guān)，用來作為FPGA控制采樣信號(hào)的產(chǎn)生。

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換電路選用ADC0809，供電為+5V，選取基準(zhǔn)電壓Vref+為+5V，Vref-為0V。

　　ADC0809的高電平為+5V，而FPGA的I/O接口的高電平為+3.3V，故ADC0809與FPGA之間需要電平轉(zhuǎn)化電路。選取74LV4245作為電平變換器件，可以完成5V至3V的電平雙向轉(zhuǎn)換，通過DIR引腳控制傳輸方向，引腳控制輸出使能。

　　控制信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)通過Spartan-3E開發(fā)板的擴(kuò)展接口與外部電路相接，這樣，當(dāng)手勢(shì)信息變化時(shí)，F(xiàn)PGA就可以控制模數(shù)部分工作，讀入手勢(shì)信息。

　　4.2.3　其它功能模塊

　　其他功能模塊包括模液晶顯示、無線傳輸、鍵盤輸入、開關(guān)控制等。