一種新型指紋鎖電路設(shè)計(jì)方案

　　4 主CPU的選型

　　主CPU的選型主要關(guān)注的指標(biāo)是運(yùn)算速度及功耗，有的廠商的產(chǎn)品側(cè)重于低功耗，有的側(cè)重于運(yùn)算速度。來自于幾家廠商提供的一組測試數(shù)據(jù)見表1，分別顯示了不同的CPU在運(yùn)算指紋匹配算法所需要的時(shí)間。

　　表1 運(yùn)行指紋匹配算法時(shí)間對比表

　　由于我們采用了層級包容式架構(gòu)，因此對主處理器的功耗指標(biāo)不太關(guān)心，選用更高的處理速度，能給用戶帶來了更好的體驗(yàn)。本指紋鎖選擇的CPU是BF531.ADSP-BF531系列處理器是Blaclkflin系列產(chǎn)品的成員之一，是一個(gè)高度集成的片上系統(tǒng)解決方案。其功能框圖如圖3所示：

　　圖3 BF531的功能框圖

　　ADSP-BF53 l是主頻高達(dá)400 MHz高性能Black-fin處理器，其內(nèi)核包括：2個(gè)16位MAC，2個(gè)40位ALU，4個(gè)8位視頻ALu，以及1個(gè)40位移位器;對于指紋對比計(jì)算有很強(qiáng)的處理能力，另外，廠家又提供了為該處理器量身定做的指紋對比算法。

　　5 輔助CPU的選型

　　由于指紋鎖在設(shè)計(jì)時(shí)提出的存儲指標(biāo)為100枚指紋，大概所需內(nèi)存為lMByte以上，因此必須使用外部存儲設(shè)備。為了最大限度的降低成本，我們使用SDRAM芯片來替代外部的SRAM,因此就必然導(dǎo)致設(shè)備的外部功耗增加，對于使用電池供電的設(shè)備，這幾乎是不能容忍的，為此我們使用一個(gè)超低功耗的輔助CPU來進(jìn)行設(shè)備管理。

　　通常情況下，主CPU的所有電路均不上電，輔助CPU感應(yīng)到有手觸摸鎖柄時(shí)，則通過IO口控制主CPU上電，主CPU和指紋傳感器開始工作，指紋比對成功后，啟動(dòng)開鎖。無論對比是否成功，等待固定一段時(shí)間后，主CPU均會進(jìn)入空閑狀態(tài)，向輔助CPU發(fā)送空閑信號，輔助CPU對主CPU斷電。

　　由于輔助CPU是長期工作，永不斷電的，選則的基本原則就是超低功耗，架構(gòu)簡單，極高的可靠性。本文選擇的是TI的MSP430F2001，MSP430單片機(jī)擁有0.5uA的超低待機(jī)電流和250uA/MIPs的運(yùn)行功耗，是目前業(yè)界公認(rèn)的低功耗單片機(jī)。其提供了5種低功耗模式，主要面向電池供電的應(yīng)用。功能框圖如圖4所示：

　　圖4 MSP430F2001的功能框圖

　　MSP430F200l的特性描述如下：低工作電壓(1.8V-3.6V);超低功耗(活動(dòng)模式為220μA at 1 MHz，2.2 V，待機(jī)模式為0.5μA,關(guān)閉模式為0.1μA);五種省電模式;從待機(jī)模式喚醒1μs。

　　6 其它

　　本方案中還采取了其它降功耗措施：

　　主處理器的LDO改為DC/DC開關(guān)芯片，提高工作時(shí)的電源效率;

　　開鎖繼電器的先用大電流驅(qū)動(dòng)1秒使其吸合，然后通過調(diào)整控制端的占空比為30%，讓其進(jìn)行4秒的維持狀態(tài);

　　7 結(jié)束語

　　本設(shè)計(jì)通過合理選擇器件，圍繞低成本、低功耗、高運(yùn)算性能、電池供電等特性要求優(yōu)化電路，設(shè)計(jì)完成的新型指紋鎖電路在性能指標(biāo)、穩(wěn)定性、兼容性低硬件成本方面具有非常大優(yōu)勢。

　　通過本設(shè)計(jì)制作出數(shù)臺樣機(jī)，在僅使用兩節(jié)5號電池不更換的情況下，每天開鎖3次，已連續(xù)可靠的工作了2年。

　　本設(shè)計(jì)完成的指紋鎖，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)門標(biāo)禁、指紋考勤、國防安全等眾多領(lǐng)域。