當今指紋身份驗證技術應用日益廣泛，我們正在開發的指紋身份驗證考試系統通過指紋識別模塊進行個人指紋信息的采集存儲識別校驗與鑒別，并對身份識別信息進行管理。本系統以學生的指紋來驗證學生的身份，為此數據中心要將指紋信息下載給各個指紋身份驗證手持機，而各個手持機也要將自己記錄的信息上傳給數據中心以實現考生信息的集中管理。這時，在指紋身份驗證手持機設計中采用怎樣的數據傳輸方式就顯得特別重要。若選取傳統的有線傳輸網絡，則這些網絡的施工布線工作量大，線路容易破損，可靠性差，維護比較困難，占地面積和空間也大。由于傳輸的距離近，采用無線傳輸的方式既可以滿足傳輸要求又可以克服有線傳輸的上述缺點，所以本文采用單片無線傳輸芯片nRF905來構建一個點對多點的主從式無線數據傳輸系統。

1 硬件設計

整個無線傳輸系統由數據中心和一個無線數據收發器以及若干個手持機構成。無線數據收發器與數據中心間采用RS232串13通訊。其中數據中心作為主站，各個手持機作為子站，各個手持機與無線數據收發器之間采用雙向無線通訊。考試之前教學管理部門的數據中心通過無線數據收發器按輪流查詢方式對手持機逐個通訊，給各個手持機下載相應的考場考生必要信息。考前監考教師按照學號順序對學生進行身份驗證，并在手持機里記錄考生缺考、替考、遲到等信息，考試過程中監考教師在手持機里記錄作弊等信息。考試結束后監考教師將手持機提交教學管理部門，然后數據中心對手持機上傳的信息統一進行處理，至此，整個無線數據傳輸過程完成。

指紋身份驗證手持機硬件電路主要由主控制器PIC18F65 20、鍵盤（4x 5）、顯示器（s6B0724）、串行EEPROM 、外部數據存儲器、時鐘電路（DS l 302）、電源電路、nRF 90 5無線傳輸接13電路以及指紋模塊（SM—L6Z）1 21等部分組成。無線數據收發器硬件電路連接與手持機類似， 由主控制器PIC18F6520、串行EEPROM、外部數據存儲器．電源電路、nRF905無線傳輸接13電路以及與數據中心通信的RS232接13電路組成。

2 無線數據傳輸芯片nRF905介紹

系統的無線通信芯片nRF905工作于433／868／9l5MHz頻段，無需申請頻點，具體工作頻率可由與它相連的MCU進行設置，采用優化的GMSK調制解調技術，最大數據傳輸率（曼切斯特編碼）可達100kb／s。nRF905片內集成了電源管理、晶體振蕩器、低噪聲放大器．頻率合成器、功率放大器等模塊。工作電壓1．9～3．6V。天線可采用PBC環形天線或單端鞭狀天線， 發射功率最大為+10dBm，接收靈敏度為460dBm，在開闊地傳輸距離一般可達600m 以上（在地形復雜時會縮短距離，這與使用環境、干擾、系統調諧有關），但一般調諧不可大于200 in。nRF905采用SPI（串行外設接13）與微控制器通訊，它自動處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗），只需將要發送的數據和接收機地址送給nRF905、nRF905自動完成數據打包（JJn字頭和CRC校驗碼）、發送，在接收中有載波檢測引腳CD和地址應配檢測引腳AM，接收到正確的數據包時， 自動移去字頭、地址和CRC校驗碼，然后通知微處理器取數據。nRF905在待機模式下功耗約為40 μA，在掉電模式下功耗約為2．5 A，在待機和掉電模式下它不能進行接收和發射，但是可以通過SPI進行配置，這樣就會更加節能和高效。

nRF905與MCU的接13電路如圖1所示。

圖1 nRF905與MCU的接口電路

nRF905有兩種工作模式，分別是接收模式和發送模式。nRF905發送流程：當微控制器有數據要發送時，MCU置低CSN，通過SPI接13按時序把接收機的地址和要發送的數據傳給nRF905，SPI接13的速率在通信協議和和器件配置時確定，微控制器置高TRX—CE和TXEN，激發nRF905的發送模式l當TRX—CE被置低，nRF905發送過程完成， 自動進入空閑模式。接收流程：當TRX—CE為高、TXEN為低時，nRF905進入接收模式。當一個正確的數據包接收完畢，nRF905自動移去字頭．地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳D R 置高，微控制器把TRX—CE置低，進入待機模式。MCU置低CSN，以合適的速率通過SPI接口讀出有效數據。

3 星狀點對多點無線數據傳輸方式

本系統由無線數據收發器和數據中心以及若干手持機工作點組成一個無線局域網，采用星狀形狀實現點對多點的數據傳輸，傳輸鏈路分布示意圖如圖2所示，其中以0 0（無線數據收發器和數據中心）為主機，0 1— n （手持機）為各個工作點。這種傳輸方式特別適用于數據量大，對時間要求較高的場合，適用于傳輸距離較近的地方，適用于條件惡劣干擾大的地方。

圖2 狀傳輸鏈路示意圖

nRF905的數據傳輸方式是半雙工的，主機和各工作點有各自唯一的地址號，進行數據傳輸時，取當前發送端為主站，各接收端為從站，主站通過掃描的方式根據各自的地址號與從站進行一對一數據傳輸。這樣系統中的主站與從站的數據傳輸方式就成為點對點的傳輸方式，整個點對多點的數據傳輸就成為若干個點對點數據傳輸的組合。具體進行數據傳輸時，主站發出的數據幀帶有目的從站的地址號，從站將接收的地址號與本站地址號比較，不同則不接收數據，相同則留下接收的數據，并對數據進行處理。這樣在進行數據傳輸時，系統中只有一個工作點在接收其所需的數據，避免了其他工作點的錯誤接收。

另外，每個nRF905都有自己本身惟一的地址碼，主機及各工作點也有自己的惟一地址號。但是這兩個地址意義不同，nRf905的地址稱為地址碼，是用來標識自己本身的，而主機和工作點的地址稱為編號，是自己在局域網中的標識。

4 數據傳輸程序設計

4．1數據傳輸協議

考慮到現實中的干擾問題，通過測試和試驗，發現0xFF 后跟0XAA、0x55在噪聲中不容易發生， 所以傳輸協議在數據包前加開始字節0xFF，其后跟OxAA．0x55。因為第一個字節的數據，在發送時容易丟失，所以實際發送協議時可以以一個任意內容的字節，然后是0xFF后跟一個0xAA、0x55開頭，而接收協議時規定只接收以0xFF 后跟0xAA，0x55頭的包。這樣就可以把數據包格式定為圖3。

圖3 數據傳輸協議數據包格式

其中0XFF．0xA A．0x5 5是字頭，HOST為主站地址，LOCAL為從站地址，LENTH為數據長度，DATA l??DATA N為有效數據，CHECK 為校驗碼。該數據包由MCU發給nRF905后，nRF905會自動對其加入字頭和CRC校驗后發送出去。

4．2數據傳輸程序設計

無線數據傳輸系統中發送端與接收端采用握手聯絡的方式進行數據傳輸，發送端作為主站，各接收端作為從站。當進入接收子程序后，從站接收主站發送的地址號，然后與本站的地址號進行比較，如果不相符說明此時本站不是目標從站，則設置nRF905為接收模式，然后返回以再次接收地址號；若相符說明此時本站是目標從站，則向主站返回地址號作為應答，完成此從站和主機的握手聯絡。握手成功后，從站開始接收數據，接著對接收的數據進行校驗計算。如果校驗不對，則通知發送端重發，程序返回以重新接收數據；如果校驗正確，則對數據進行處理。最后處理完數據，程序返回以接收下一個數據包。

5 結語

本系統采用先進的無線傳輸技術完成了指紋身份驗證手持機的設計，整個無線數據傳輸系統靈巧、方便，能夠正確實現指紋數據的無線傳輸，同時為指紋識別技術提供了一個很好的應用方案。

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