CN103198547A

CN103198547A - 指纹识别控制器

Info

Publication number: CN103198547A
Application number: CN2013101084688A
Authority: CN
Inventors: 杨浩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2013-07-10

Abstract

本发明涉及锁具领域，具体涉及一种指纹识别控制器，能够提高其使用方便性、安全性、可靠性、通用性和可移植性，且大大降低终端应用产品的开发和制造成本，从而可提高其推广应用。其结构包括：指纹采集元件、控制主板、操作面板及后固定盖，操作面板上设有指纹采集窗，指纹采集元件与操作面板连接，用于通过操作面板上的指纹采集窗采集指纹信息；控制主板包括集成在该控制主板上的以下结构：用于存储指纹信息的信息存储结构、用于对比指纹信息的信息识别控制结构、物理的功能选择和设定结构、用于接收指令信息的输入结构、用于控制驱动设备和提示信息的输出结构，控制主板和指纹采集元件连接并与操作面板及后固定盖构成一个整体。

Description

指纹识别控制器

技术领域

本发明涉及锁具领域，具体涉及一种指纹识别控制器。

背景技术

指纹识别技术是把一个人的身份同自己的指纹对应起来，通过将即时读取的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证此人的真实身份。每个人的皮肤纹路（包括指纹在内）在图案和交叉点上各不相同，也就是说，每个人的皮肤纹路是唯一的，并且在正常情况下保持终生不变。依靠这种唯一性和稳定性，我们才能通过指纹识别技术确认一个人的身份。

现有技术所使用的指纹识别模块以指纹采集器、控制主板、按键板等作为主要部件，各个独立部件用数据线进行连接；此类指纹识别模块的采集器大多采用了识别效率较低的光学指纹采集元件和安全性较低的图片式指纹采集识别控制方式。

虽然现有技术的这种指纹识别模块应用较普遍，但是它存在较多弊端。此种指纹识别模块包括的指纹采集器、控制主板、按键板等是相互独立的分散结构，它们体积大，没有固定的位置，没有可正常操作使用的操作面板，各部件必须分别装配在不同类型产品事先设计好的预留位置上，所以此类模块无法作为可整体独立使用的个体，进而无法直接整体嵌入式应用于锁具、箱柜等传统产品方案上，需要后期进行全新的二次开发设计，同时，每一款产品都需要有针对性的（依照传统指纹模块的各部件规格及尺寸）开设全新产品外壳和内部结构模具进行生产制造。综上，这种指纹识别模块的通用性、使用安全性、方便性、可靠性都较差，进而造成了指纹锁的制造不便以及成本的增加。

发明内容

本发明提供一种指纹识别控制器，通用性、使用安全性、方便性、可靠性和可移植性较高。

本发明提供了一种指纹识别控制器，包括：

指纹采集元件、控制主板、操作面板及后固定盖，其中，所述操作面板上设有指纹采集窗，所述指纹采集元件与所述操作面板连接，用于通过所述操作面板上的指纹采集窗采集指纹信息；

其中，所述控制主板包括用于存储指纹信息的信息存储结构、用于对比指纹信息的信息识别控制结构、物理的功能选择和设定结构、用于接收指令信息的输入结构、用于控制驱动设备和提示信息的输出结构，所述信息存储结构、所述信息识别控制结构、所述物理的功能选择和设定结构、所述输入结构和所述输出结构都整体集成在所述控制主板上；

所述控制主板和所述指纹采集元件连接并与所述操作面板及所述后固定盖构成一个整体。

在本发明的各实施例中，优选地，所述指纹采集元件为半导体式指纹采集元件。

在本发明的各实施例中，优选地，所述指纹采集元件、所述控制主板和所述操作面板及所述后固定盖结合为一体，同时也具备外接分体式使用的功能。

在本发明的各实施例中，优选地，所述控制主板上设置有用于嵌入所述指纹采集元件的镂空和/或凹部。

在本发明的各实施例中，优选地，所述输入元件为键盘式输入元件或触屏式输入元件。

在本发明的各实施例中，优选地，所述的指纹识别控制器进一步包括：

用于传输信息的信息接口。

集成在所述控制主板中的马达和电磁铁驱动元件和信息输出接口，用于驱动与之相连的产品机械控制设备中的马达或电磁铁。

报警器，其与所述信息识别控制结构连接，并用于在采集到的指纹信息与预先存储的指纹信息不同时进行报警，或用于在读取到的输入密码信息与预先存储的密码信息不同时进行报警，或用于提示产品的设置和使用操作错误，或用于低电压或其它异常情况发生时的警告。

在本发明的各实施例中，优选地，所述操作面板及所述后固定盖构成了用于嵌入所述控制主板和所述指纹采集元件的空腔。

在本发明的各实施例中，优选地，所述操作面板及后固定盖上设置有用于安装所述输入和使用控制元件、显示灯、显示屏、所述指纹采集元件的安装位，并起到安装固定作用。

通过本发明的各实施例提供的指纹识别控制器，能够带来以下至少一种有益效果：

1.指纹识别控制器的通用性、使用安全性、方便性、可靠性和可移植性较高，设计开发和生产制造成本较低。本发明的指纹识别控制器不仅包括指纹采集元件和控制主板，还配置有带指纹采集窗、设置和使用功能按键等的操作面板及后固定盖，同时，指纹采集元件、控制主板、操作面板及后固定盖之间相互连接固定，完成独立使用功能。具体地，指纹采集元件与控制主板连接，并嵌入到控制主板中间的镂空位置里，指纹采集元件上的传感器部分同时嵌入至操作面板上的指纹采集窗内，指纹采集元件可通过操作面板上的指纹采集窗直接采集指纹；控制主板进一步包括信息存储结构和信息校对结构，信息存储结构用于存储预先采集的指纹信息以作为指纹信息库，同时，信息存储结构与输入元件相连接用于在使用过程中根据输入信息添加、修改、删除和初始化信息存储结构中存储的指纹信息；信息校对结构与指纹采集元件和信息存储结构分别连接，用于校对指纹采集元件采集到的指纹信息与信息存储结构中存储的指纹信息是否相同，并得到校对结果。上述的结构设置和连接方式能使得指纹识别控制器可独立使用，进一步地，将其应用于锁具、箱柜等产品时，可直接安装应用即可，使之成为终端应用的指纹识别产品，不用再进行繁琐的二次开发设计流程，从而提高了其通用性和可移植性。

2.进一步提高了指纹识别控制器的通用性和可移植性。现有技术中的指纹识别模块的指纹采集元件和控制主板以及按键板等都是分散布局的，且体积大，后期应用于指纹锁等指纹识别产品时结构设计较为复杂，每一款产品的外形必须基于指纹采集元件和控制主板等部件的外形及尺寸设计开发，内部结构设计也必须以分散固定指纹采集元件和控制主板以及功能按键板为基本要素。在生产时，还需设计不同的产品外壳及产品内部固定架，且需开设相应不同的生产模具。而本发明的实施例中的指纹识别控制器的指纹采集元件与控制主板集成为一体，优选地，通过具有内部空腔结构的操作面板及后固定盖将指纹采集元件和控制主板嵌入在其壳体内部，使指纹识别控制器的各结构紧凑布局，同时极大地缩小了其体积，便于后期的应用。当将本发明的指纹识别控制器应用到指纹锁、指纹箱柜等产品上上时，可直接根据其操作面板及后固定盖的外形尺寸打孔安装于指纹锁、指纹箱柜等产品的的面板上，应用起来极为简单方便，也便于对传统的锁具、箱柜等产品进行升级改造。

3.指纹识别控制器的体积较小。本发明的实施例采用了半导体式指纹采集元件，其外部尺寸仅为现有技术的指纹采集元件的1/30左右，极大地缩小了指纹识别控制器的体积。

4.提高了指纹识别率。在现有技术中，指纹采集元件主要是以光学表面成像的方式采集指纹，脏手指、干手指、老人和小孩等指纹欠清晰的手指、手指脱皮或表面指纹受到轻微损伤等都容易导致识别失败，强光下指纹也不易被读取；且指纹信息容易被读出、被泄露，指纹识别的拒识率和误识率高。而本发明的实施例中采用了半导体式指纹采集元件，该种指纹采集元件主要采用的是电容真皮识别传感器，其根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是嵴什么位置是峪，其工作过程是通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压，当手指接触到半导体电容指纹表现上时，因为嵴是凸起的峪是凹下，根据电容值与距离的关系，会在嵴和峪的地方形成不同的电容值，然后利用放电电流进行放电，因为嵴和峪对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同，嵴下的像素(电容量高)放电较慢，而处于峪下的像素(电容量低)放电较快，根据放电率的不同，可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。光学设备多采用人工调整改善图像质量不同，电容传感器采用自动控制技术调节指纹图像像素以及指纹局部范围敏感程度，在不同环境下结合反馈信息生成高质量图像信息，由于提供了局部调整能力，即使对比度差的图像(如手指压得较轻的区域)也能被有效检测到，并在捕捉瞬间为这些像素提高灵敏度，生成高质量指纹图像信息。所以，本发明使用的指纹采集元件能够提高指纹的识别率。

5.对指纹识别软件算法进行了革新，用二进制指纹特征代码对比的识别认证方式取代了传统图片式采集对比识别方式，提高了指纹识别效率和指纹信息保密性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明的嵌入了指纹采集元件的控制主板的一种实施例的结构示意图；

图2为本发明的指纹识别控制器的前操作面板的一种实施例的结构示意图；

图3为本发明的指纹识别控制器的后固定盖板的一种实施例的结构示意图；

图4为本发明的指纹识别控制器的一种实施例的侧视图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的实施例一中，指纹识别控制器包括：

指纹采集元件是指纹采集传感器，用于通过根据采集到的图像、纹理等进行指纹校验。指纹采集元件上的指纹传感器嵌入到操作面板上的指纹采集窗内成为一体，对指纹信息进行采集。控制主板用于对采集到的指纹信息进行存储、校验、和信息输出控制等。控制主板进一步包括信息存储结构和信息校对结构，信息存储结构用于存储预先采集的指纹信息以作为指纹信息库，同时，信息存储结构与输入元件相连接用于在使用过程中根据输入信息添加、修改、删除和初始化信息存储结构中存储的指纹信息；信息校对结构与指纹采集元件和信息存储结构分别连接，用于校对指纹采集元件采集到的指纹信息与信息存储结构中存储的指纹信息是否相同，并得到校对结果。上述的结构设置和连接方式能使得指纹识别控制器可独立使用，进一步地，将其应用于锁具、箱柜等产品时，可直接安装应用即可，使之成为终端应用的指纹识别产品，不用再进行繁琐的二次开发设计流程，从而提高了其通用性和可移植性。

在实施例一的基础上，为了同时实现多种功能，例如备指纹及密码识别、指纹及密码登记、指纹及密码删除、系统复位、密码功能屏蔽、马达和电磁铁驱动控制、语音及信号灯提示、防盗报警等功能，并有外接交互式接口，可与外接设备实现连动控制；也可包括未列出的其他功能信息，以实现多种功能。

由于现有技术常使用光学表面成像的方式或图片式对比的方式采集指纹，识别率较低，拒识率和误识率高。通常情况下，干燥手指、老人和小孩等指纹不够清晰的用户群无法有效识别；同时，手指含有污物、手指脱皮或表面指纹受到轻微损伤等都容易导致校对识别失败。为了解决现有技术的这些问题，本发明在实施例一的基础上，优选地，指纹采集元件使用半导体式指纹采集元件。该种指纹采集元件主要采用的是电容传感器，其根据指纹的嵴和峪与半导体电容感应颗粒形成的电容值大小不同，来判断什么位置是嵴什么位置是峪，其工作过程是通过对每个像素点上的电容感应颗粒预先充电到某一参考电压，当手指接触到半导体电容指纹表现上时，因为嵴是凸起的峪是凹下的，根据电容值与距离的关系，会在嵴和峪的地方形成不同的电容值，然后利用放电电流进行放电，因为嵴和峪对应的电容值不同，所以其放电的速度也不同，嵴下的像素(电容量高)放电较慢，而处于峪下的像素(电容量低)放电较快，根据放电率的不同，可以探测到嵴和峪的位置，从而形成指纹图像数据。光学设备多采用人工调整改善图像质量不同，电容传感器采用自动控制技术调节指纹图像像素以及指纹局部范围敏感程度，在不同环境下结合反馈信息生成高质量图像，由于提供了局部调整能力，即使对比度差的图像(如手指压得较轻的区域)也能被有效检测到，并在捕捉瞬间为这些像素提高灵敏度，生成高质量指纹图像。所以，本发明使用的半导体式指纹采集元件能够更有效地提高指纹的识别率。同时，半导体式指纹采集元件的体积较小，一般为传统指纹采集器的体积的1/30大小，进而可以较大程度地减小指纹识别控制器的体积。

在实施例一的基础上，优选地，可将指纹采集元件与控制主板分体式嵌入构造为一体，更优选地，还可将输入结构也集成在控制主板上，这样可使指纹识别控制器的结构更为紧凑，同时便于设置壳体将集成有指纹采集元件的控制主板包裹，形成一个整体结构。在参照图1所示的一种指纹识别控制器的部分结构的实施例中，控制主板2上嵌入连接了指纹采集元件3和集成了部分输入元件1。图1所示的实施例是指纹识别控制器的内部核心结构，体积小，结构集中，便于后期利用和维护。

为了实现上述的指纹采集元件和输入元件在控制主板上的嵌入连接和集成，优选地，可在控制主板上设置用于嵌入指纹采集元件的镂空和/或凹部，从而可使指纹识别控制器的结构更为紧凑。更优选地，当嵌入安装的指纹采集元件的表面与控制主板的表面齐平时，能够使指纹识别控制器的整体结构更加规整、小巧。

在实施例一的基础上，优选地，为了便于使用时根据喜好进行多种选择，可将输入元件设置为键盘式输入元件或者触屏式输入元件。

为了实现指纹识别控制器与外部结构的信息交互，例如将外部的指纹信息导入或者将存储的指纹信息导出，都需要进一步设置信息接口，例如可以为USB接口或SD卡接口等。

集成在所述控制主板中的马达和电磁铁驱动元件和信息输出接口，用于驱动与之相连的产品机械控制设备中的马达或电磁铁。指纹识别控制器可进一步设置马达或电磁铁驱动的选择使用功能，用于控制终端应用产品的电子驱动设备。

上述为本发明使用指纹信息进行验证的指纹识别控制器，除了这种方案外，还可选择或增加通过密码等识别认证方式进行验证输入，从而实现指纹识别控制器的多种验证和识别方式，满足多元化需求，同时当指纹和密码同时进行验证校对时，能够增加使用时的安全性。在这种应用方式中，可在控制主板的信息存储结构中预先存储密码信息，相应地，也在输入元件中设置用于输入密码（例如数字、字母）的输入键，以输入密码验证信息。

综上，指纹识别控制器是用于根据以指纹为主、可选择或增加使用密码等其它识别方式为辅的功能配置进行身份验证的，因而，在完成校对过程后需要给出校对结果。优选地，可设置报警器结构，将报警器与信息校对结构连接，当信息校对结构的校对结果为指纹信息不匹配或密码信息有误时，信息校对结构将结果发送至报警器，报警器进行报警。而当指纹信息匹配或密码信息正确时，报警器不报警。优选地，报警器可为指示灯，例如，当校对结果正确时，指示灯为绿灯，而当验证结果有误时，指示灯为红灯。进一步地，还可发出声音报警。

上述的指纹采集元件、控制主板（包括主板上集成的输入输出元件及外连接口、功能选择设置结构等）是指纹识别控制器的核心电子器件，但是各部分结构并未稳定固定且不便于后期的应用。为此，指纹识别控制器进一步设置了操作面板及后固定盖，该壳体内部具有空腔，以将各核心电子器件固定并包围在壳体内部，结构上更加稳定，同时也形成了一个整体。为了对应各核心电子器件的使用，需要在操作面板及后固定盖壳体上设置各部件对应的安装位，例如输入元件需要输入信息，则壳体上需要设置镂空，以将输入元件的按键或触屏裸露于外部，便于输入信息；例如，指纹采集窗体需要采集指纹，则壳体上需要设置镂空，以将指纹采集传感器裸露于操作面板上的指纹采集窗体外部，便于指纹的接触采集。优选地，壳体通常由前操作面板和后盖板连接组成。

请参照图2，图2所示的实施例是指纹识别控制器的一种前操作面板，前操作面板是指纹识别控制器的壳体的一部分，用于与后盖板构成完整的壳体。前操作面板上设置有信号提示灯4，用于对产品供电电压、功能设置、产品使用情况等进行提示或警示。前操作面板上还设置有用于与控制主板上的输入元件进行匹配的输入元件的安装位5。同时，前操作面板上设置了指纹采集窗体6，用于将前操作面板与控制主板安装好后，通过指纹采集窗体6与指纹采集元件的匹配完成指纹的采集。进一步地，前操作面板上还设置有外接接口7，例如外接电源接口等。

请参照图3，图3所示的实施例是指纹识别控制器的一种后盖板，其中，后盖板上设置有用于固定连接各结构的固定螺孔8、作为警报器的蜂鸣器开口9以及用于同外部结构传输信息的数据线通道口10。

请参照图4所示的指纹识别控制器的一种实施例的侧视图，前操作面板11与后盖板12将嵌入有指纹采集元件的控制主板2包围在内部，使指纹识别控制器的结构更加紧凑、小巧。同时，控制主板2还连接有数据线13，该数据线从指纹识别控制器内部延伸出来，并根据各功能实现的需要，同外部结构相连接。

由于本发明提供的指纹识别控制器体积小、功能齐全，能独立完成功能设置及使用操作，进而可通过嵌入式组装构造的方式，开发生产出各种全新的指纹生物识别产品，例如将传统的锁具、保险箱<柜>、门等产品，在原型面板相应位置上进行开孔，并将“指纹识别控制器”进行整体嵌入式构造组装，使之成为全新概念的指纹锁、指纹保险箱<柜>、指纹门等指纹生物识别产品，且生产效率高、成本低廉、产品种类丰富。

在实际应用中，“本专利半导体滑动式指纹识别控制模组”可与任意传统产品搭配应用，使之成为全新的指纹识别产品。如将传统欧式大拉手机械铜锁升级改造，可通过在其面板上开出与本发明的指纹识别控制器的结构规格一致的孔，再将本发明的指纹识别控制器的前操作面板和后盖板采取夹击固定的方式，安装在开好孔的锁具面板上，然后搭配上标准的电子锁体，即将传统欧式大拉手机械铜锁直接升级改造成为了欧式大拉手指纹铜锁。

在改造升级完成的指纹锁中，指纹识别控制器同锁体的控制开关连接，并将指纹、密码验证结果发送至锁体的控制开关，从而对现有技术中的锁体实现指纹等的控制开启，安全性更高。

在对现有的锁具、门、箱柜等产品的结构改造过程中，可将指纹识别控制器集成在锁体的内部，以使结构更为工整，同时节省所占据的空间体积；也可将指纹识别控制器直接安装在锁体的外部，如锁具面板上表面、箱盖表面、柜门或房门面板上，便于设置、安装和使用。

本发明提供的指纹识别控制器是集指纹信息采集读取、信息识别控制、功能设置和使用操作等于一体的，具备完整性和独立性的功能模组，可以以嵌入式的方式与新型产品方案或其它传统产品（如普通机械锁具、传统箱柜等）进行设计构造和二次开发。

本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种指纹识别控制器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的指纹识别控制器，其特征在于，所述指纹采集元件为半导体式指纹采集元件。

3.如权利要求1所述的指纹识别控制器，其特征在于，所述指纹采集元件、所述控制主板和所述操作面板及所述后固定盖结合为一体，同时也具备外接分体式使用的功能。

4.如权利要求3所述的指纹识别控制器，其特征在于，所述控制主板上设置有用于嵌入所述指纹采集元件的镂空和/或凹部。

5.如权利要求1所述的指纹识别控制器，其特征在于，所述输入元件为键盘式输入元件或触屏式输入元件。

6.如权利要求1-5任一项所述的指纹识别控制器，其特征在于，进一步包括：

用于传输信息的信息接口。

7.如权利要求1-5任一项所述的指纹识别控制器，其特征在于，进一步包括：

8.如权利要求1-5任一项所述的指纹识别控制器，其特征在于，进一步包括：

9.如权利要求1所述的指纹识别控制器，其特征在于，

所述操作面板及所述后固定盖构成了用于嵌入所述控制主板和所述指纹采集元件的空腔。

10.如权利要求1所述的指纹识别控制器，其特征在于，

所述操作面板及后固定盖上设置有用于安装所述输入和使用控制元件、显示灯、显示屏、所述指纹采集元件的安装位，并起到安装固定作用。