王帆
摘 要：随着互联网的不断发展，各种社交平台、支付平台、购物网站、服务应用平台、游戏平台等各类应用日渐丰富了人们的生活，但账号繁多难以记忆的问题也日渐凸显。为了能够方便、安全的解决该问题，作者应用蓝牙4.0技术和指纹识别技术设计了一种账户管理器，以便人们随时随地查询各类账号和密码。
关键词：蓝牙4.0；指纹识别；CC2540
1 概述
早在2015年，由TalkingData发布的《10亿说：行业精细发展，O2O热度空前》分析报告就已经指出，全国平均每部移动设备上安装的应用软件高达34款。如何安全便捷的管理繁多的应用软件账户已经成为困扰移动设备用户的一大难题。为此，笔者运用蓝牙4.0技术以及指纹识别技术设计了一种离线账户管理器（以下简称管理器）旨在解决该问题。
2 总体思路
管理器的整个系统由两部分构成：一部分是具备蓝牙功能的移动终端APP（笔者以安卓手机为例），一部分是管理器终端。管理器终端硬件上主要由电源管理、控制及存储、蓝牙通信、指纹识别、显示及按键部分构成。整个系统工作主要有三个状态：（1）初始化状态：完成管理器终端首次使用的一些设置，如：用户指纹录入、权限建立等。（2）账户信息写入状态：管理器终端通过蓝牙与移动终端中的APP进行互联，但为保证安全性，APP仅能够完成对账户信息的编辑和下发，管理器终端也仅能够完成状态信息的上报和账户信息的存储。（3）离线账户查询和删除：管理器终端完成指纹识别、账户查询、信息显示和账户删除等。
3 硬件设计
3.1 电源部分
采用锂电池供电方案，电源管理芯片以TP4056为核心完成对锂电池的充电管理，具体电路如图1所示。TP4056是一款单节锂电池恒流恒压充电器，能够提供1A的充电电流，并且具备智能热调节和再充功能。在这里需要注意的是R1和R4的阻值需要依据电池端的负温度系数热敏电阻R3的特性以及电池工作温度范围来确定，具体计算如下：
设电池工作范围为-15℃～+80℃，当-15℃时，R3阻值为RL=55.7K；+80℃时，R3阻值为RH=1.6K。设输入TP4056的TEMP管脚电压为VTEMP，当+80℃时，VTEMP=VTEMPH=K1*VCC；-15℃时， 再由TP4056数据手册知，输入TEMP管脚的电压VTEMP范围为45%～80%VCC，故K1=0.45，K2=0.8，将K1、K2、RH、RL带入上式，计算得出R1=1.6K，R4=7.239K。
3.2 控制及存储部分
微控制器（MCU）采用STM8AL3189作为管理器终端的控制核心，但由于MCU内部存储资源有限不能满足大量账户信息的存储，因此需单独的存储器来完成账户信息的存储。本设计存储器采用M95M01-DF，该存储器是一个SPI接口的存储容量为1Mbit的EEPROM存储器，若以一个账户12个汉字和24个密码为例，该存储器可以存储超过2600个账户信息，能够远远满足设计的存储需要。在此仍然需要注意的是STM8AL3189是不具备LCD接口的，因此按照ST公司提供的数据手册第18脚必须接到VDD，另外低电平的复位方式也可能和其它型号的MCU复位方式不同，因此在电路设计上也需要进行相应的调整。
3.3 指纹识别部分
采用R301电容指纹识别模块，该模块采用先进的指纹传感器和高性能的DSP处理器，并且内嵌完整的指纹识别算法和协议，小于0.1%的拒真率、小于0.001%的认假率的特点，同时提供USB和USART接口。但由于R301采用5V供電，因此不能直接用锂电池供电，需要通过升压后才能给R301供电。为此，笔者选用5V输出的升压芯片MAX751完成升压供电设计。同理，R301的IO电平也需要进行转换才能和STM8AL3189电平进行匹配。为此，笔者选用NLSX4373完成IO口的电平转换，该芯片为安森美半导体推出的带推挽输出的自动感测双向转换器，只需要简单的电路即可完成双向电平转换。完成电源匹配和IO电平匹配后，仅需R301的RX与TX通过NLSX4373后与STM8AL3189的PC3和PC2连接即可。
3.4 显示和按键部分
显示器采用点阵为128*64的OLED显示屏，OLED显示屏具有轻薄、体积小、像素点密集、功耗低等特点。由于STM8AL3189的SPI接口有限，因此对OLED的操作采用普通IO口模拟SPI通信协议即可完成对OLED的操作。按键部分用四个按键组成4路外部中断输入，分别与STM8AL3189的4个外部中断输入端口连接即可。
3.5 蓝牙通信部分
采用CC2540蓝牙通信模块，该模块内嵌蓝牙4.0协议，具有I2C、USART接口，15*24.4*1.8mm的超小体积，能够嵌入PCB板等优势，同时提供完备的蓝牙抓包分析工具和仿真调试工具。硬件上仅需将STM8AL3189的PG0、PG1和PG2分别与CC2540的TX、RX和RESET连接即可。
4 软件设计
系统整个软件由移动终端APP（andriod手机APP）和管理器终端软件组成，上位机软件借助谷雨电子提供的开发工具包和Android蓝牙应用实例可以快速完成编写，并实现上位机的蓝牙管理、数据通信以及人机交互。而管理器终端软件则需要以STM8AL3189为控制核心根据具体的电路设计来进行，通过外部中断、SPI、USART等接口完成对蓝牙通信、指纹管理、信息读存、账户管理、信息显示。
5 结束语
本文设计的账户管理器利用蓝牙4.0技术和指纹识别技术，配合上位机APP既能够与各种蓝牙设备互联，又能够安全、方便的管理用户的各种账户信息，具有非常强的通用性和实用价值。
参考文献
[1]陈元枝，孙浩，赵国如.基于CC254x与STM32的惯性传感器无线传输系统[J].传感器与微系统，2016（7）：103-106.
[2]罗富财.基于Android平台的蓝牙通信系统的研究与实现[D].北京：华北电力大学，2012.
