基于多协议的无线指纹签到系统设计
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摘要：本文以多协议平台的指纹签到系统为设计对象，通过对高精度光学传感器采集的原始数据利用商用指纹算法处理得到一段经过测试的识别信息，由UART接口和通讯协议的智能型模块将识别信息送无线WIFI+蓝牙2合1功能的双核ESP32核心板。经过多次调测识别算法，完成多次收发试验，该系统可以与上位机有效稳定地传输指纹识别信息。
关键词：无线指纹签到系统;STM32F205;ESP32
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）03-0168-02
0 引言
随着生物科技的快速发展，指纹识别由于具有较好的唯一性，因而被广泛应用在签到管理系统、门禁管理系统等需要优先进行身份识别的领域。市面上常见的签到系统有两类：一类是单机型产品，签到机相互之间没有数据交互，其指纹识别信息需要拷贝到上位机才能查看，操作麻烦，实时性较差;另一类是下位机+上位机型产品，签到机采集指纹数据与上位计算机进行交互并组成签到系统，多个签到系统之间可以共享指纹数据和签到机设备，而且还可以通过手机或计算机上网查询签到实时管理和查询签到统计数据。后者的应用优势明显大于前者。目前签到系统下位机+上位机型产品的主要研究热点集中在无线数据传输的有效可靠性、识别处理的时延和后台管理系统的数据统筹上。
1 多协议无线指纹签到系统的实现
为了实现无线指纹签到系统采集指纹数据、将数据转换成有效识别信息，同时可以保证指纹识别信息能够以无线的方式有效、可靠、快速地传输到上位机。本文采用一套自行设计基于STM32F205主控的指纹识别模块对高精度光学传感器采集原始数据部分进行开发，整套签到系统主要分为指纹采集模块、指纹识别控制系统和无线传输控制系统，控制系统均搭载在硬件平台上[1-3]。
1.1 无线指纹签到系统硬件设计
无线指纹签到系统的硬件平台主要由两大部分构成：（1）指纹采集识别与ESP32电路设计，它是采集待测者指纹信息的作为识别控制系统处理的重要的信息对象，单个指纹采集模块最多可存储1000条指纹信息。光学传感器的采集精度直接影响到控制系统的识别精度，识别控制系统与无线传输控制系统通过串口协议进行通信。（2）无线收发电路设计，无线收发平台一端采用ESP32为核心WIFI+蓝牙双协议功能的无线传输控制系统，无线传输控制系统可以按照需求进行拓展，另外一端是WIFI或蓝牙连接的后台，为了后台运行的可靠性，可以采取主备后台的配置。无线传输控制系统与后台之间数据传输具有实时、稳定、可靠的特点，整个系统采用了改进型负反馈架构。
1.2 无线指纹签到系统的软件设计
本文的无线指纹签到系统的软件部分主要完成识别控制系统、无线传输控制系统和后台管理系统的程序设计，软件程序是在集成编译环境Keil MDK-ARM和ESP-IDF下用C和Python語言编程实现。无线指纹签到系统软件流程如图1所示，主要过程包括首先开机对指纹采集模块、指纹识别控制系统和无线传输控制系统的各组件进行初始化，然后开启WIFI网络连接，再进行指纹录入或指纹签到或指纹清除等操作，ESP32核心板上的指示灯用来指示不同的工作状态。为了确保指纹采集精度，程序设置指纹采集3次有效。指纹采集成功和识别成功，均会触发ESP32与后台之间Socket连接与HTTP连接的互操作。
1.3 系统运行过程
指纹识别控制程序中使用一个定义的8位数组gTxBuf[8]的主指令来区分用户识别、添加用户以及清除所有指纹数据三种工作状态，并通过检查校验和来确保工作状态准确无误。通过实际测试，本系统用户指纹识别准确率几乎达到100%，系统一次识别成功反馈用时大约1秒钟。无线传输控制系统ESP32核心以低功耗模式工作，可以不断监测指纹识别控制系统的状态变化，ESP32通过判断工作状态来决定是否启用WIFI收发。
2 成果分析
本系统可以较好的实现无线指纹签到，从指纹采集并作TFS-9算法处理后的指纹识别数据准确有效，并设置了用户识别、添加用户以及清除所有指纹数据三种工作模式。ESP32板载WIFI的通信距离可达到20米左右，外接天线、级联或者中继放大均可以让通信距离更远，因此本系统可适合于不同区域不同距离的无线签到应用，并且为接下来后台管理系统的设计以及本系统的完善奠定了理论及实践基础。
参考文献
[1] 蒙飚.基于无线传感器网络的校园考勤系统设计[J].柳州职业技术学院学报，2014，14（1）：41-45.
[2] 孙雪冰.基于指纹识别的云考勤系统设计与实现[D].济南：济南大学，2016.
[3] 刘敏，常蝶，郭雅贤.基于指纹识别的云技术[J].电子元器件与信息技术，2019（12）：4-5.
Abstract：This paper takes the fingerprint sign in system of multi protocol platform as the design object， by using the commercial fingerprint algorithm to process the original data collected by the high-precision optical sensor， a section of tested identification information is obtained， the smart module of UART interface and communication protocol will send the identification information to the dual core esp32 core board with wireless WiFi + Bluetooth 2-in-1 function. After many times of debugging and identification algorithm， complete multiple receiving and dispatching tests， the system can effectively and stably transmit fingerprint identification information with upper computer.
Key words：wireless fingerprint sign in system; stm32f205; esp32
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