王帆

摘 要：隨著互聯網的不斷發(fā)展，各種社交平臺、支付平臺、購物網站、服務應用平臺、游戲平臺等各類應用日漸豐富了人們的生活，但賬號繁多難以記憶的問題也日漸凸顯。為了能夠方便、安全的解決該問題，作者應用藍牙4.0技術和指紋識別技術設計了一種賬戶管理器，以便人們隨時隨地查詢各類賬號和密碼。

關鍵詞：藍牙4.0；指紋識別；CC2540

1 概述

早在2015年，由TalkingData發(fā)布的《10億說：行業(yè)精細發(fā)展，O2O熱度空前》分析報告就已經指出，全國平均每部移動設備上安裝的應用軟件高達34款。如何安全便捷的管理繁多的應用軟件賬戶已經成為困擾移動設備用戶的一大難題。為此，筆者運用藍牙4.0技術以及指紋識別技術設計了一種離線賬戶管理器（以下簡稱管理器）旨在解決該問題。

2 總體思路

管理器的整個系統(tǒng)由兩部分構成：一部分是具備藍牙功能的移動終端APP（筆者以安卓手機為例），一部分是管理器終端。管理器終端硬件上主要由電源管理、控制及存儲、藍牙通信、指紋識別、顯示及按鍵部分構成。整個系統(tǒng)工作主要有三個狀態(tài)：（1）初始化狀態(tài)：完成管理器終端首次使用的一些設置，如：用戶指紋錄入、權限建立等。（2）賬戶信息寫入狀態(tài)：管理器終端通過藍牙與移動終端中的APP進行互聯，但為保證安全性，APP僅能夠完成對賬戶信息的編輯和下發(fā)，管理器終端也僅能夠完成狀態(tài)信息的上報和賬戶信息的存儲。（3）離線賬戶查詢和刪除：管理器終端完成指紋識別、賬戶查詢、信息顯示和賬戶刪除等。

3 硬件設計

3.1 電源部分

采用鋰電池供電方案，電源管理芯片以TP4056為核心完成對鋰電池的充電管理，具體電路如圖1所示。TP4056是一款單節(jié)鋰電池恒流恒壓充電器，能夠提供1A的充電電流，并且具備智能熱調節(jié)和再充功能。在這里需要注意的是R1和R4的阻值需要依據電池端的負溫度系數熱敏電阻R3的特性以及電池工作溫度范圍來確定，具體計算如下：

設電池工作范圍為-15℃～+80℃，當-15℃時，R3阻值為RL=55.7K；+80℃時，R3阻值為RH=1.6K。設輸入TP4056的TEMP管腳電壓為VTEMP，當+80℃時，VTEMP=VTEMPH=K1*VCC；-15℃時， 再由TP4056數據手冊知，輸入TEMP管腳的電壓VTEMP范圍為45%～80%VCC，故K1=0.45，K2=0.8，將K1、K2、RH、RL帶入上式，計算得出R1=1.6K，R4=7.239K。

3.2 控制及存儲部分

微控制器（MCU）采用STM8AL3189作為管理器終端的控制核心，但由于MCU內部存儲資源有限不能滿足大量賬戶信息的存儲，因此需單獨的存儲器來完成賬戶信息的存儲。本設計存儲器采用M95M01-DF，該存儲器是一個SPI接口的存儲容量為1Mbit的EEPROM存儲器，若以一個賬戶12個漢字和24個密碼為例，該存儲器可以存儲超過2600個賬戶信息，能夠遠遠滿足設計的存儲需要。在此仍然需要注意的是STM8AL3189是不具備LCD接口的，因此按照ST公司提供的數據手冊第18腳必須接到VDD，另外低電平的復位方式也可能和其它型號的MCU復位方式不同，因此在電路設計上也需要進行相應的調整。

3.3 指紋識別部分

采用R301電容指紋識別模塊，該模塊采用先進的指紋傳感器和高性能的DSP處理器，并且內嵌完整的指紋識別算法和協議，小于0.1%的拒真率、小于0.001%的認假率的特點，同時提供USB和USART接口。但由于R301采用5V供電，因此不能直接用鋰電池供電，需要通過升壓后才能給R301供電。為此，筆者選用5V輸出的升壓芯片MAX751完成升壓供電設計。同理，R301的IO電平也需要進行轉換才能和STM8AL3189電平進行匹配。為此，筆者選用NLSX4373完成IO口的電平轉換，該芯片為安森美半導體推出的帶推挽輸出的自動感測雙向轉換器，只需要簡單的電路即可完成雙向電平轉換。完成電源匹配和IO電平匹配后，僅需R301的RX與TX通過NLSX4373后與STM8AL3189的PC3和PC2連接即可。

3.4 顯示和按鍵部分

顯示器采用點陣為128*64的OLED顯示屏，OLED顯示屏具有輕薄、體積小、像素點密集、功耗低等特點。由于STM8AL3189的SPI接口有限，因此對OLED的操作采用普通IO口模擬SPI通信協議即可完成對OLED的操作。按鍵部分用四個按鍵組成4路外部中斷輸入，分別與STM8AL3189的4個外部中斷輸入端口連接即可。

3.5 藍牙通信部分

采用CC2540藍牙通信模塊，該模塊內嵌藍牙4.0協議，具有I2C、USART接口，15*24.4*1.8mm的超小體積，能夠嵌入PCB板等優(yōu)勢，同時提供完備的藍牙抓包分析工具和仿真調試工具。硬件上僅需將STM8AL3189的PG0、PG1和PG2分別與CC2540的TX、RX和RESET連接即可。

4 軟件設計

系統(tǒng)整個軟件由移動終端APP（andriod手機APP）和管理器終端軟件組成，上位機軟件借助谷雨電子提供的開發(fā)工具包和Android藍牙應用實例可以快速完成編寫，并實現上位機的藍牙管理、數據通信以及人機交互。而管理器終端軟件則需要以STM8AL3189為控制核心根據具體的電路設計來進行，通過外部中斷、SPI、USART等接口完成對藍牙通信、指紋管理、信息讀存、賬戶管理、信息顯示。

5 結束語

本文設計的賬戶管理器利用藍牙4.0技術和指紋識別技術，配合上位機APP既能夠與各種藍牙設備互聯，又能夠安全、方便的管理用戶的各種賬戶信息，具有非常強的通用性和實用價值。

參考文獻

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[2]羅富財.基于Android平臺的藍牙通信系統(tǒng)的研究與實現[D].北京：華北電力大學，2012.