TOP1 基于指紋識別的汽車防盜系統模塊電路

　　主要工作原理：車主停車熄火后，防盜器進入鎖定狀態。此時如果汽車鑰匙不在ON位，就不能進行指紋識別；只有當汽車鑰匙在ON位，才可用指紋識別解鎖防盜器并自動點火。在鎖定狀態下，汽車的油路、電路等被切斷，汽車鑰匙無法點火；如果強行剪斷指紋采集模塊和控制盒的連線，或者不識別指紋而強行用汽車鑰匙點火，汽車會通過鳴號、閃燈和無線通信網絡報警。在鎖定狀態插入密碼鑰匙可進入解鎖狀態，并可根據LCD和語音提示通過小鍵盤進行指紋注冊／刪除、手機號碼設置和應急點火等操作。

　　USB接口電路

　　USB接口電路主要由文件管理控制芯片CH376T實現，CH376T支持USB設備方式和USB主機方式，并且內置了USB通信協議的基本固件、處理 MassStorage海量存儲設備的專用通信協議的固件、SD卡的通信接口固件、FAT16和FAT32以及FAT12文件系統的管理固件，支持常用的 USB存儲設備和SD卡。CH376T支持二種通信接口：SPI接口和異步串口。本設計采用SPI接口與MCU進行數據通信，電路連接方式如圖2所示。串行數據輸入SDI、輸出SDO和時鐘SCK分別接STM32F103VC的SPI1_MOSI，SPI1_MISO和SPI1_SCK，中斷請求輸出端 INT接PC0，片選端SCS由PA1控制。圖中的RESET是系統復位信號，晶體振蕩器Y1選12 MHz。當車主要進行指紋注冊／刪除或應急點火時，將密碼鑰匙（U盤）接入J1以讀取密碼信息。

　　語音電路

　　語音電路原理圖如圖3所示，由美國ISD公司的語音芯片ISD4004-16和美國國家半導體公司的音頻功率放大器LM386等元件構成。 ISD4004 -16錄放時間為16 min（可分段），它采用CMOS技術，單電源3 V工作，內含振蕩器、抗混疊濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。它內置微控制器SPI總線串行通信接口。可將模擬語音數據直接寫入單個存儲單元，不需通過A／D或D／A轉換。使得ISD語音電路具有音質自然、使用方便、單片存儲、反復錄放、低功耗、抗斷電等許多優點。 LM386工作電壓范圍寬，電壓增益可調。具有自身功耗低、電壓增益可調整電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等特點。本設計中 STM32F103VC通過SPI2給ISD4004傳送語音信息。圖3中的V1和V2分別經三極管與+3．3 V和+12 V電源相連，三極管的通斷由STM32F103VC的PCI1和PCI2控制，只有在需要語音提示時，才使三極管導通給ISD4004和LM386供電。

　　基于ARM的光學指紋識別系統電路模塊

　　整個系統設計構成了一體化光學指紋識別模塊。模塊設計采用光學暗背景成像原理，加入特有活體檢測芯片，在解決干手指效應的同時解決殘留指紋誤識別、橡膠假指紋等問題。圖所示為光學GC0307 CMOS 圖像采集芯片應用電路原理圖。該款CMOS 圖像采集芯片是高精度、低功耗、微體積的高性能相機的內置式組件，它把實現優質VGA 影像的CMOS 影像傳感器與高度集成的影像處理器、嵌入式電源和高質量的透鏡組結合在一起，輸出JPEG 圖像或圖像視頻流，支持8/10 位數字傳輸JPEG 圖像和YCbCr 接口，提供了完整的影像解決方案。

　　CMOS 圖像采集芯功能輸出串行數據引腳、時鐘信號引腳、復位引腳、串行總線引腳等都接入到STM32F205RE的GPIO 口， 通過GPIO 口模擬時序讀取CMOS 芯片采集到的圖像信息。由于STM32F205RE 的GPIO 口工作頻率可達120 MHz，因而可以非常準確高效地模擬時序，實測640×480 的原始圖像能以10 幀/s 的速度采集到主處理器STM32F205RE 中進行圖像處理。

　　TOP2 采用指紋識別的防盜遙控器電路模塊

　　防盜遙控發射器電路模塊

　　刮擦式活體指紋識別防盜遙控器分為防盜遙控發射器和防盜遙控接收器兩部分。防盜遙控發射器由使用者隨身攜帶，防盜遙控接收器安放在要保護的門禁設備里。防盜遙控發射器以MSP430F12X處理器為核心，對刮擦式活體指紋傳感器MBF310、無線發射/接收芯片nRF401、參數配置芯片 AT93C46等進行工作狀態配置，包括指紋數據讀取、指紋數據和加密數據無線發射，以及控制指令的無線發射等。AT93C46中保存有256位的參數配置數據，用于對發射的數據進行加密運算；nRF401工作在無線發射模式。MBF310選用SPI工作模式和MSP430F12X處理器的SPI總線相連，MSP430F12X通過SPI總線對MBF310傳感器進行工作狀態初始化，配置為使能FIFO中斷的SPI模式。當手指在 MBF310上滑過時，MBF310采集指紋數據并存到FIFO緩沖區內；當FIFO緩沖區滿時產生一中斷信號，MSP430F12X處理器收到FIFO 緩沖區滿中斷信號后立即通過SPI總線讀取MBF310采集的指紋數據；并把讀取的指紋數據和AT93C46 內的配置字進行“或”運算加密，把加密好的數據通過nRF401發射出去，從而實現指紋的采集，指紋數據的讀取、加密和無線發射，以及控制指令的無線發射等功能。防盜遙控發射器的電路連接圖如圖1所示。

　　圖1 防盜遙控發射器的電路連接圖

　　防盜遙控接收器電路模塊

　　防盜遙控接收器由MSP430F12X處理器、無線發射/接收芯片nRF401、參數配置芯片AT93C46、指紋模板存儲器FM24C64、按鍵和指示燈等硬件組成。當防盜遙控接收器正常工作時，MSP430F12X處理器選擇nRF401為無線接收模式，以適時接收防盜遙控發射器發射的數據和指令。當接收到指紋數據時，MSP430F12X處理器用AT93C46內的256位配置字對接收到的加密指紋進行解碼，得到防盜遙控發射器內的 MBF310采集到的真實活體指紋數據。然后把解碼后的指紋數據與指紋模板存儲器FM24C64內預存的指紋模板數據進行比對，如果比對結果為真，表明得到合法身份驗證，那么防盜遙控接收器可以接收防盜遙控發射器的控制指令（防盜遙控發射器上按鍵設定的指令），否則不響應防盜遙控發射器發射的指令數據。防盜遙控接收器按鍵用于建立指紋模板，指示燈指示防盜遙控接收器的當前工作狀態。輸出端口1～6是根據遙控指令產生的輸出控制信號。防盜遙控接收器的電路連接圖如圖2所示。

　　圖2 防盜遙控接收器的電路連接圖

　　本文設計的防盜遙控發射器采用了刮擦式活體指紋識別芯片MBF310，屬于第二代指紋識別技術，有效克服了第一代指紋識別技術識別率低、識別橡膠模塑指紋等缺點和不足，提高了安全等級和正確識別率。nRF401無線收發芯片，采用FSK技術，遙控距離可達800 m。防盜遙控發射器和防盜遙控接收器中，AT93C46是編解碼配置芯片，存有256位的編解碼數據。遙控發射器發射數據時采用256位編碼加密算法，可以防止遙控發射的數據被截獲破解以及遙控發射器被仿制，只有遙控發射器和遙控接收器的編解碼數據相同時，才能進行遙控操作，提高了安全等級。防盜遙控接收器中的指紋模板存儲器采用了8 KB的高速鐵電存儲器FM24C64，可以無故障讀寫1 010次，掉電情況下保持數據10年不丟失。遙控發射器和接收器以超低功耗16位處理器MSP430F12X為數據處理和控制核心，提高了數據運算速度和系統的智能化程度，降低了功耗。

　　TOP3 嵌入式指紋識別系統USB接口電路模塊

　　USB接口硬件主要以接口芯片 PDIUSBD12為中心，設計它與USB物理接口以及微控制器之間的連接。接口模塊通過跳線選擇供電方式，可同時支持USB總線供電方式和外設供電方式，為全速USB設備接口。設計過程中充分考慮到可靠性、可測性以及電磁兼容性。其接口電路如圖3所示。

　　接口電路供電通過撥盤開關K1選擇，當K1接MVCC時，系統為自供電方式；當K1接UVSB時，為總線供電方式。當系統處于自供電方式情況下，系統通過 EOT_N引腳來檢測VUSB是否存在，并接上一個1M，贅的放電電阻來減弱充電，以確保當VUSB移開時EOT_N變為低，并且此時自供電電源與USB 總線之間只能共地，同時設備不能通過USB口向VBNS輸出電流。

　　一種高性能指紋鎖硬件電路模塊

　　底層控制電路模塊

　　設計指紋鎖，除了要有完整的中間構件——指紋識別模塊，還需要配套的底層控制模塊等基礎構件。該系統選用高性能低功耗的MEGA8單片機作為底層控制模塊的CPU處理器。該器件所實現的功能有：循環掃描鍵盤并進行相應處理；控制LED燈指示系統當前工作狀態；驅動電機執行開關門鎖動作；與DSP通訊交互信息等。如圖2所示，單片機作為底層控制模塊，其IO引腳控制其他器件，采用I2C與DSP進行信息交換。

　　電源管理電路模塊

　　電源管理模塊如圖3所示，包括電源和電源管理器件。電源部分，該設計由4節1．5 V串聯的干電池供電，此電壓實際最高時為7 V左右，最低時為5 V，足以滿足整體體統的電壓要求。電源管理器件，選用手持設備中常用的低功耗高性能穩壓器R1111N331B、XC62068152MR、 XC6-206P332MR，輸出33 V的整體電壓和DSP 1．8 V的核心電壓，這類器件的特點是它具有控制關斷引引腳，在系統處于睡眠時，可以通過置位使能端，關斷整個系統板的供電，從而達到低功耗節能的目的。

　　TOP4 嵌入式指紋鎖系統電路模塊

　　嵌入式指紋鎖的應用領域十分廣泛，有保險箱、實驗室、樓道的身份確認等。本文基于指紋識別模塊設計和實現了嵌入式指紋鎖，給出了一套比較完整的軟、硬件設計方案。指紋識別門鎖系統的硬件結構主要包括：指紋識別模塊、微控制器、讀寫模塊、電源管理和電控鎖機構以及門鎖功能所需的紅外感應電路和液晶 LCD顯示等，其中核心部分是指紋識別模塊和微控制器。

　　單片機門鎖控制電路

　　門鎖控制的核心結構是微控制器P89LPC932A1，它是一款單片封裝的MCU，適合于許多要求高集成度、低成本的場合，可以滿足多方面的性能要求。 P89LPC932A1 集成了許多系統級的功能，這樣可大大減少元件的數目、電路板面積以及系統的成本。 MCU通過串口與指紋識別模塊進行通訊，完成對指紋的錄入、刪除、身份確認，通過驗證后電機控制門鎖會執行開關門的動作。以單片機P89LPC932A1 為核心的門鎖控制電路原理圖如圖2所示。P89LPC932A1強大的I/O口多達26個，可以滿足外設部分的鍵盤、LCD液晶顯示、指示燈、按鍵、蜂鳴器等的需求。鍵盤是用來輸入密碼的，LCD顯示用戶注冊的信息和ID號，雙色指示燈和蜂鳴器用來提醒用戶操作是否成功或是發出報警提示。另外，還有一些遠程控制的按鍵開關，用于設備的上電或執行有關開關門的操作。具體設計可根據不同的應用場合和實際功能需求增減外圍器件，在盡量滿足功能的前提下降低系統功耗。電機控制部分由單片機發出邏輯命令驅動電機進行開關鎖動作。圖中U1是電源控制芯片R1121N，它輸出3.3V給單片機；U2是I2C讀寫模塊 E2PROM，指紋鎖的開關門記錄和密碼等重要信息都保存在其中。R1121N是CMOS工藝電壓調節器，具有很高的電壓輸出精度、很低的輸入電流。

　　圖2 門鎖控制系統的電路原理圖

　　圖3 電機驅動控制原理圖

　　單片機的低功耗設計，低功耗系統設計的基本要求如下： 1） 系統中所有的電路單元都具有功耗管理功能，即該電路單元在非有效操作期間都能被關斷（沒有功耗）。系統具有按有效時空占空比實施精細功耗管理的能力，能做到合理的系統功耗分配。 2） 對于系統無法企及的微觀有效操作，要求由電路靜、動特性來滿足功耗分配，即電路動態過程有功耗，電路靜態時沒有功耗。

　　采用GSM無線通訊網絡的汽車指紋報警系統電路模塊

　　報警通信模塊的軟件設計，是要實現單片機控制TC35i模塊發送報警短消息，即通過單片機串口向 TC35i模塊寫入不同的AT指令，從而實現發送報警短消息的功能。AT指令是GSM模塊的底層指令，用來控制GSM模塊進行無線通信。GSM的AT指令集，是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和惠普等廠家共同為GSM系統研制的，其中包含了對短消息的控制。

　　圖2　TC35i模塊的外圍硬件電路圖

　　TOP5 掌形識別數據采集系統電路模塊

　　擴展和時序存儲電路

　　TCD1206線陣CCD光敏單元大小為：14mm ×14mm ×14mm;如果采集1000行數據（對應的手掌大小約為30.24cm ×14cm，大于世界上最長的手29.6 cm×12cm），則對應的數據量=2106 ×1000字節，即本系統每次識別需處理得最大數據量約為2M字節。為了能及時快速地暫存這么大量的數據。系統計中外擴了數據寬度為16位、內部分為4個 Bank、存儲總容量為4M字節的HY57V641620HG SDRAM做為掌形數據存儲器。其外擴SDRAM如圖所示。

　　圖3 SDRAM存儲器外擴框圖

　　CCD前級處理電路

　　所選CCD，其直流輸出信號約為4.1V，最大飽和輸出為450mV。因此為了便于后級的相關雙采樣及數模轉換等處理，必須對該信號進行隔直、放大等前級處理。前級處理的電路如圖所示，其中Q1、Q2、Q3、是射極跟隨器，U2、R3、R4構成前置放大電路，放大倍數為 21倍;C1為隔直電容;C2對前置放大電路的帶寬進行限制，以濾除信號中的高頻噪聲和尖峰毛刺;輸出端串接幾歐姆電阻與后級電路做阻抗匹配。

　　跟隨器的輸出阻抗由式得到，其中RS為CCD輸出電阻250W，RB電阻即圖4中的R2，b和rbe分別為三級管的電路放大倍數和體電阻。

　　圖4 前級處理電路圖

　　RO≈（RS//RB）+rbe/b （1）

　　Q1選擇ADI公司的低噪聲、低偏移、高電流放大倍數的三極管MAT-02，Ic低至1mA時其電流放大倍數b》500，體電阻為 0.3W。由式（1）求得射隨電路輸出阻抗小于1W。電路中前置放大器選擇低噪聲電流反饋型運放AD844，其電壓噪聲密度En為2nV/，同相端電流噪聲密度In為12pA/。

　　人臉識別考勤機接口電路

　　人臉通考勤機為全球首款嵌入式人臉識別機，誤識率小于十萬分之一，拒識率小于百分之一。在生物識別領域中，可以說相當精準，為脫機版，不用連接電腦，插上電源即可使用，每用下載考勤記錄可以通過兩種方式，一種可以通過U盤下載，另一種可以用網線連接局域網內，通過電腦下載。采用雙目立體人臉識別技術，不受室內光線影響，黑暗中亦可識別，應用環境為室內，溫度不低于0度，使用距離為30--80cm，與指紋相比，人臉通是非接觸使用，避免交叉接觸感染，安全衛生，同時因為非接觸式，機器本身沒磨損。采用53度角斜面獨特設計，安裝距地面1.15米，可適合1.4--2米間人員使用，解決不同身高人員的使用，識別速度小1秒，識別成功將語音報名，結合門禁使用時，具有安保記錄功能，安保記錄循環覆蓋，記錄任何通過及未通過人員的時間和照片信息，可備后期追查，可以采用壁掛方式、安裝在落地支架上、安裝桌面支架上擺放在桌面上，三種方式使用，安裝高度為。

　　TOP6 基于ARM的非特定人語音識別系統電路模塊

　　微控制核心電路

　　系統采用ARM Cortex M3內核ST公司的32位高性能單片機STM32F103C8T6 為控制核心，該芯片可以達到72 MHz的工作頻率，內置高速存儲器（64 KB的閃存和20 KB的SRAM），擁有豐富的I/O口資源和鏈接到兩條APB 總線的外設。包括了12 b 的ADC、通用16 b 的定時器、還包括I2C、SPI、USART、USB、CAN等總線或串行通信接口，片內資源和擴展接口都十分豐富，該微控制核心是專門設計于滿足高穩定性、低功耗、實時性、高性價比的嵌入式產品應用。該內核芯片可以滿足非特定人語音識別的功能要求，利用相關電路構成STM32F103C8T6 的最小系統，在硬件PCB 中還集成了功能引針輸出接口、SD卡接口、USB下載\調試電路，用戶按鍵、電源電路等，核心系統電路圖如圖3所示，配合其他外圍擴展達到功能要求。

　　非特定人語音識別電路

　　本系統中選用IC Route公司生產的LD3320非特定人語音識別芯片，該芯片是非特定人語音識別的專用芯片，內部已經集成了語音識別處理器和一些信號調制電路，擁有高性能的A/D轉換器、D/A轉換器、麥克風音頻信號輸入接口、音頻解碼輸出接口等，用戶只需要用軟件編輯好待識別的關鍵詞列表，LD3320最大可以支持 50 條關鍵詞句，把這些列別以字符的形式傳送到芯片中，就可以對待識別的語音信號進行近似度分析，識別后輸出結果。

　　LD3320 整體工作電路如圖4 所示，總體上可以把電路圖分為8個部分，分別是LD3320基礎外圍電路、電源電路、外部晶體振蕩器電路、麥克風信號處理電路、去耦合濾波電路、解碼音頻去直流成分電路、功能引針輸出電路、狀態信號指示電路。語音識別單元對于電源供電電路的要求較高，電路中注重對供電純凈度的要求，由系統中的LDO芯片 LM1117-3.3 V為語音識別系統供電，加上電感、電容為供電進行濾波，RSTB為LD3320復位引腳，連接到主控制器進行復位控制。LD3320支持并行數據通信和串行數據通信，在本系統設計中考慮對主控I/O 資源的占用問題，故而選用串行通信方式對LD3320 進行數據傳送和控制，LD3320 的MD 引腳通過上拉電阻鉗位為高電平。SPI總線的SDI、SDO、SDCK和SCS引腳連接到主控芯片對應引腳。INTB為中斷信號引腳，遇到識別結果輸出或者是內部音頻文件解碼完成等狀態，該引腳會對應輸出電平狀態通知主控。MBS引腳作為麥克風偏置電壓輸入，連接了RC電路，保證產生一個浮動電壓供給麥克風信號。

　　嵌入式指紋處理系統模塊電路模塊

　　采用了MBF200的MCU模式獲取指紋圖像。它與DSP和CPLD的硬件連接如下：傳感器的8位數據線直接與TMS320VC5402 的低8位數據線相連，讀寫信號線由EPM3032AE控制，通過編程可將采集到的指紋圖像數據直接存儲到SRAM 四頁中的任意一頁或兩頁中， 由于SRAM 每頁最多只能提供48KW 的數據空間，為了后續編寫指紋識別程序的方便，編寫程序設置MBF200的寄存器將采集圖像數據控制在48KB以內，本文所采集的指紋圖像像素為 220×220，存于SRAM的第一頁。另外，需要注意的是MBF200的兩種起振方式：采用內部多諧振蕩器起振，將MBF200的FSET 管腳通過者外接晶體振蕩電路，使用外部時鐘時通過XTAL1．XTAL2連接晶體電路來產生時鐘信號。本文通過設置MBF200寄存器CTRLB的 XTALSEL位為低采用第一種起振方式。指紋采集部分的硬件連接如圖2所示。

　　圖2 指紋采集部分硬件連接圖

　　USB接口擴展電路模塊

　　考慮到模塊板可能需要外掛海量存儲器存儲指紋模版及與PC機等上位機進行通信，采用CH375擴展了系統的USB接口，它是一個USB總線的通用設備接口芯片，無需用戶編寫驅動程序，CH375以C語言子程序庫提供了USB存儲設備的文件級接口，這些應用層接ISIAPI包含了常用的文件級操作，可以方便移植并嵌入到各種常用的單片機程序中，這樣對USB 設備的通信就幾乎和訪問本地硬盤一樣。它具有8位數據總線（D0-D7）、讀（/RD）、寫（/WR）、片選控制線（/CS）以及中斷輸出（/INT），可以方便地與TMS320VC5402進行連接。另外CH375有一個地址線A0，它占用兩個地址位，當A0引腳為高電平時選擇命令端口，可以寫入命令; 當A0引腳為低電平時選擇數據端口，可以讀寫數據，其硬件連接如圖3所示。

　　圖3 USB擴展硬件連接圖

　　對于嵌入式指紋處理模塊硬件的構建，考慮到整個模塊所需實現的功能、成本和處理速度的要求，選用TI公司生產的DSP處理器TMS320VC5402作為整個模塊的核心處理芯片，它是TI公司推出的一款性價比極高的DSP處理器，其內部包括4KW 的ROM，16KW 片內DARAM，2個定時器，4個外部中斷，外部程序空間可擴展到1MW，并且它可工作在3種低功耗方式（IDLE1，IDLE2，IDLE3），能較好的滿足本模塊需要。指紋圖像采集芯片選擇FUJITSU公司推出的新一代固態指紋傳感器MBF200。它是一款專為嵌入式系統設計的高性能、低功耗的電容指紋傳感器。

　　TOP7 基于MSP430的指紋識別門禁系統電路模塊

　　基于MSP430的指紋識別系統，主要有三部分組成，第一部分為指紋識別模塊，用來實現指紋的采樣和比對。考慮到開發周期，系統穩定性等方面的問題，采用了“可編程指紋模塊”B IG1080P- H指紋識別模塊。第二部分為讀寫電路，采用串行MF RC531芯片，用來實現非連接的讀寫控制。第三部分為鍵盤與液晶電路，鍵盤用來觸發控制箱從低功耗狀態蘇醒， 液晶用來提示操作過程。選用HF12232F模塊，可以顯示7.5×2個（16×16點陣）漢字。

　　接口電路模塊

　　MFRC531是應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成讀寫卡芯片系列中的一員。該讀寫卡芯片系列利用了先進的調制和解調概念， 完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。MFRC531 支持ISO/IEC14443A/B的所有層和MIFARE經典協議， 以及與該標準兼容的標準。支持高速MIFARE非接觸式通信波特率。內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動近操作距離的天線（可達 100mm）。接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于ISO14443A兼容的應答器信號。數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（ 奇偶&CRC）。此外，它還支持快速CRYPTO1加密算法，用于驗證 MIFARE系列產品。與主機通信模式有8位并行和SPI模式，用戶可根據不同的需求選擇不同的模式，這樣給讀卡器/終端的設計提供了極大的靈活性。在本系統中，與主機通信模式選用SPI模式（如圖2所示），同時可以節約CPU的IO口資源。

　　MFRC531天線設計模塊

　　MFRC531是實現通信的核心模塊，也是控制器控制讀寫IC卡的關鍵接口芯片。它根據寄存器的設定對發送緩沖區中的數據進行調制得到發送的信號，并通過TX1，TX2腳驅動天線以電磁波的形式發出去。天線（如圖3所示）發出頻率固定的電磁波13. 56MHz，射頻卡接收到電磁波后，由卡中自帶的LC串聯諧振電路產生共振，從而使電容充電有了電荷，再接一個單向導電的電子泵，將電荷送到另一個電容內存儲，經過濾波整流后產生 2V 的電壓作為電源供卡片工作使用。卡片處理接收的命令和數據，并將結果返回給讀寫器。

　　MODEM通訊模塊

　　在本系統中電源選用了功耗極低MSP430 作為控制器。它的工作電壓范圍為1.8~3.6V，有一種活動模式和5種低功耗省電模式，6μs內從等待狀態喚醒。這些特點使MSP430系列芯片在電池供電，便攜式設備的應用中表現出優良的特性。控制箱采用鋰電池給CPU及其他模塊供電。由于設備使用頻率較低，功耗較少，可以設計當設備在夜晚或者周末非正常工作時間時，采用電話線給鋰電池充電。電話局交換機通過提供直流饋電的方式向用戶供電，一般直撥電話的空載電壓為48V，分機為24V，交換機提供的摘機電流大約20mA。因此，控制箱系統可以主動摘機，然后利用這20mA的摘機電流對電池充電，當然，充電不能在正常工作時間進行，這樣會造成監控中心需要傳輸數據時無法撥通本控制箱號碼，因為本方事先摘機時對方會檢測到忙音。

　　TOP8 基于FPGA的指紋識別系統電路模塊

　　指紋采集模塊

　　本設計中采用的是富士通的MBF200指紋傳感器，MBF200硬件框圖如圖6所示，采用SPI模式，所以MBF200與FPGA只通 MISO，MOSI，/S/C/S，SCLK四個端口相連接。 /S/C/S為MBF200的使能端，SCLK為MBF200的系統時鐘，當需要采集指紋信號時，FPGA向/S/C/S發送低電平，則MBF200開始工作。FPGA通過MOSI向MBF200發送控制命令，控制MBF200的數據輸出方式及傳輸模式。VDD［3:1］為數字電源輸入，VDDA［2:1］為模擬電源輸入，VSS［3:1］為數字地，VSSA［2:1］為模擬地，所以如圖所接。而為了防止數字信號對模擬信號的干擾，用 10歐電阻隔開。并且數字電源輸入與相應的數字地之間均接有電容用來閣除非直流信號。為了防止數字地與信號地之間的干擾，本設計采用0歐電阻隔離。0歐電阻相當于很窄的電流通路，能夠有效地限制環路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用（0歐電阻也有阻抗），這點比磁珠強。

　　MODE［1:0］引腳是用來設定MBF200所用接口模式的，在本設計中，置MODE［1:0］為01，選定SPI傳輸模式。 在SPI模式當中，AIN，ISET，FEST三個接口都不會用上，但根據MBF200內部電路結構，最好接電阻與地相接。

　　指紋數據存儲模塊

　　SPCE061A單片機與指紋識別模塊的接口電路

　　SPCE061A單片機［10］通過串行口與指紋識別模塊OM—20通信［11］。SPCE061A單片機內部有一個標準全雙工的通用異步接收器／發送器UART。UART的接收信號Rx和發送信號Tx分別與IOB7和IOB10共用，屬于B口的特殊功能。 由于SPCE061A單片機串口采用TTL電平，而指紋識別模塊OM—20串口采用RS232電平，為了實現兩者之間的通訊必須進行電平轉換。 RS232標準是美國電子工業聯合會正式公布的串行總線標準，RS232串行接口總線適用于設備之間的通訊距離不大于15ｍ，傳輸速率最大為 20kBps。RS232采用負邏輯規定邏輯電平。

　　實現RS232與TTL邏輯電平轉換可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛使用的集成電路轉換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到RS232電平的轉換，而MC1489、SN75154可實現RS232電平到TTL電平的轉換。 圖3.1為SPCE061A單片機與指紋識別模塊OM—20的接口電路，MAX232對電源噪聲很敏感，因此Vcc加1μf去耦電容，電容 C1，C2，C3，C4取1μf去耦電容，用于提高抗干擾能力。

　　TOP9 智能語音識別避障機器人電路模塊

　　超聲波發射電路模塊

　　由單片機產生40KHz的方波，并通過模組接口（J4）送到模組的CD4049，而后面的CD4049則對40KHz頻率信號進行調理，以使超聲波傳感器產生諧振。

　　超聲波回波接收處理電路模塊

　　超聲波接收處理部分電路前級采用NE5532構成10000倍放大器，對接收信號進行放大；后級采用LM311比較器對接收信號進行調整，比較電壓為LM311的3管腳的輸入，可由J1跳線選擇不同的比較電壓以選擇不同的測距模式。

　　電源接口電路模塊

　　為外部電源接口，最高電壓不要超過12V，J2為電源選擇跳線，VCC_5即為由61板通過10PIN排線引入模組的電源；VCC即為模組的放大器、調理電路的供電電源。當用戶使用61板為其供電時，要把VCC與VCC_5V短接；而使用外部電源時，要把VCC與VCC_IN短接。

　　TOP10 基于TLV320AIC23的控制電路模塊

　　TLV320AIC23是Tl公司的一款低成本、低功耗的音頻編解碼器（CODEC），在本系統中負責采集語音信號。它與本系統相關的性能參數有：支持8～96 kHz可調采樣率；可調1～5dB的完整緩存放大系統等。圖4是TLV320AIC23的電路圖。

　　AM29LV800B存儲器又稱閃存（Flash），它具有在線電擦寫、低功耗、大容量等特點，其存儲容量為8Mbit。上電后，DSP從外部Flash加載并執行程序代碼，使系統能夠脫機運行。在本系統中，它主要用來存儲程序代碼、語音模型、以及壓縮后的語音數據。

　　語音識別電路

　　圖為語音識別部分原理圖，參照了ICRoute發布的LD3320數據手冊進行設計。LD3320的內部集成了快速穩定的優化算法，不需外接Fla-sh、RAM，不需要用戶事先訓練和錄音而完成非特定人語音識別，識別準確率高。

　　圖中，LD3320采用并行方式直接與STM32F103C8T6相接，均采用1kΩ電阻上拉，A0用于判斷是數據段還是地址段；控制信號，復位信號以及中斷返回信號INTB與STM32F103C8T6直接相連，采用10kΩ電阻上拉，輔助系統穩定工作；和STM32F103C8T6采用同一個外部8 MHz時鐘；發光二極管D1、D2用于復位后的上電指示；MBS（引腳12）作為麥克風偏置，接了一個RC電路，保證能輸出一個浮動電壓給麥克風。

　　實時語音識別系統在家庭監護機器人電路模塊

　　本文的設計是用在移動機器人上的，因而需要語音的輸入、識別處理及語音輸出的功能。對于語音的輸入采集，本文使用聲音傳感器麥克風及外圍電路來實現。對于語音輸出部分，使用功率放大器結合喇叭來使用。設計語音部分原理圖如圖3所示。

　　圖3 語音輸入原理圖