CN107992847A - 一种具有活体手指检测功能的指纹采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有活体手指检测指纹采集电路设计方法和装置，USB接口电路通过电源模块电路与活体手指检测电路、摄像头模组电路、光源电路、Flash存储电路、单片机平台电路的电连接；单片机平台电路与活体手指检测电路相连，接收活体手指感应信号；单片机平台电路与摄像头模组电路相连接收传递摄像头模组采集到的指纹数据；单片机平台电路和Flash存储电路相连存储和调用指纹数据；在传统的指纹采集模块的基础上，增加了活体手指探测功能，可以正确识别出指纹膜、指纹套等非活体手指；增加了USB通讯功能，提高了指纹的检测速度；结构紧凑，便于产品做嵌入式放置。
Description
技术领域
本发明公开了一种具有活体手指检测指纹采集电路设计方法和装置，涉及到活体手指检测技术、指纹采集电路技术，属于指纹采集技术领域。
背景技术
在现代社会，指纹识别类产品应用日趋广泛，如考勤机在企事业等单位得到极大的普及，在给人们带来便利的同时，也带来了一些负面影响，一些人通过指纹复制技术，将自己的指纹复制到硅胶等材料制成的指纹套上，他人可以使用这个指纹套代替自己打卡；犯罪分子通过复制用户的指纹，假冒用户身份进行非法登录、授权，盗取用户的钱财和物资，使用户遭受到重大经济损失；而传统的指纹识别模块由于不具有活体指纹识别功能、不能区分出活体手指和指纹套区别；传统的指纹识别模块的通讯接口多采用Uart方式、检测速度慢，电路结构复杂、不利于产品小型化嵌入式设计。
活体手指的检测识别技术，是针对真人活体手指进行识别检测，对其他非真人手指不作识别，如被测人佩戴指纹套、指纹膜等物质后，将手指放在指纹检测区内，电路没有检测到真人手指，不会读取指纹信息。这一技术可广泛应用在指纹采集类产品中，如考勤机、门禁系统等装置上。
市场迫切需要一种能自动识别活体手指、快速进行指纹提取、比对，且电路简单、结构紧凑、可嵌入式安装的指纹采集装置。
发明内容
本发明公开了一种指纹采集电路设计方法和装置，实现了用户的活体手指探测功能、指纹采集功能、USB通讯功能、本发明电路精简、结构紧凑，便于产品模块化嵌套设计，开放的USB通讯接口便于第三方公司做二次开发。
本发明提供的一种具有活体手指检测功能的指纹采集装置，其特征在于由电源模块电路、活体手指检测电路、摄像头模组电路、光源电路、Flash存储电路、单片机平台电路及USB接口电路组成；
其中，所述的USB接口电路通过电源模块电路与活体手指检测电路、摄像头模组电路、光源电路、Flash存储电路、单片机平台电路的电连接；
所述的单片机平台电路的一个通用GPIO2端口与活体手指检测电路Finger_On口相连，接收活体手指感应信号；单片机平台电路的并行D总线与摄像头模组电路的D总线相连，进行指令通讯和数据传输，接收传递摄像头模组采集到的指纹数据；单片机平台电路的一个GPIO0端口与光源电路Light_Ctrl端口相连，控制光源电路工作；单片机平台电路的I2C总线接口和Flash存储电路的I2C总线相连，存储和调用指纹数据；单片机平台电路的USB总线DM/DP端和USB接口电路DM/DP总线相连，传递指令和数据；
所述的活体手指检测电路由电容式感应IC芯片U9、电阻R9、电容C8、C9、ESD二极管D5、手指感应器J3组成；U9的接地端、D5的一端、C8的一端、C9的一端与GND网络相连接实现共地；U9的电源端、C9的一端与V3.3_JG100B网络节点相连；U9的检测输出端与Finger_ON网络相连，高电平为有活体手指信号输出，低电平为无活体手指检测输出；手指感应器J3通过R9、C8组成的滤波电路与U9的检测端输入端连接，将活体手指信号传送到U9的输入端。
本发明所述的一种具有活体手指检测功能的指纹采集装置，其特征在于：
所述的单片机平台电路由单片机U10、晶体Y1、电容C35、C37、C38、C48、C49、C50、电阻R31组成；晶体Y1与C37、C35组成外接震荡电路与U10连接，给U10通过震荡信号；U10的USB端口与DM网络、DP网络连接进行数据指令交互；U10的I2C接口与Flash存储电路的网络连接，实现I2C的数据指令交互；U10的同步信号端分别与摄像头模组的HSYNC网络、VSYNC网络连接，实现网络同步；U10的时钟信号端分别与摄像头模组的PCLK网络、MCLK网络连接，实现时钟信号同步；U10的复位端与摄像头模组的RST_SEN网络连接，实现复位信号同步；U10的GPIO_0口与活体手指检测电路的Finger_On网络连接，接收活体手指检测信号；U10的GPIO_0口46与光源电路的Light_Ctrl网络连接上，控制LED灯工作。
工作过程如下：
本发明所述的活体手指检测电路将检测到的活体手指信号，传送到单片机平台电路，单片机平台电路驱动光源电路工作，为摄像头模组提供光源，摄像头模组电路读取用户指纹信息、并将指纹信息保存在Flash存储电路中，单片机平台电路最终将指纹信息传送到USB接口电路上，与外设进行数据指令交互；非活体手指信号不能触发活体手指检测电路工作。
本发明的积极效果在于：
本发明在传统的指纹采集模块的基础上，增加了活体手指探测功能，可以正确识别出指纹膜、指纹套等非活体手指；增加了USB通讯功能，提高了指纹的检测速度；结构紧凑，其外形体积仅为30*25*7.5mm，便于产品做嵌入式放置。
附图说明：
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的USB接口电路；
图3为本发明的单片机平台电路；
图4为本发明的Flash存储电路；
图5为本发明的摄像头模组电路；
图6为本发明的光源电路；
图7为本发明的电源电路；
图8为本发明的活体手指检测电路。
具体实施方式
通过以下实施例进一步举例描述本发明，并不以任何方式限制本发明，在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动或改变都将落入本发明的权利要求范围之内。
实施例1
本发明所述的指纹采集电路装置系统框图如附图1所示，由电源模块电路、活体手指检测电路、摄像头模组电路、光源电路、Flash存储电路、单片机平台电路及USB接口电路组成。其中，所述的USB接口电路的电源端和电源模块电路的输入端相连，给其供电；电源模块电路的输出端连接到活体手指检测电路、摄像头模组电路、光源电路、Flash存储电路、单片机平台电路的电源端上，给其供电；所述的单片机平台电路的一个通用GPIO2端口和活体手指检测电路Finger_On口相连，接收活体手指感应信号；单片机平台电路的并行D总线和摄像头模组电路的D总线相连，进行指令通讯和数据传输，接收传递摄像头模组采集到的指纹数据；单片机平台电路的一个GPIO0端口和光源电路Light_Ctrl端口相连，控制光源电路工作；单片机平台电路的I2C总线接口和Flash存储电路的I2C总线相连，存储和调用指纹数据；单片机平台电路的USB总线DM/DP端和USB接口电路DM/DP总线相连，传递指令和数据。
本发明所述的活体手指检测电路如附图2所示，由芯片U9、电阻R9、电容C8、C9、ESD二极管D5、手指感应器J3组成； 其中，U9芯片选用深圳晶格电子公司的电容式感应IC型号为JG100B，利用操作者的手指在面板上的电荷电平进行检测,通过监测电容的微小改变来确定手指接近或者触摸到感应表面，当有活体手指放入J3感应区后，U9的检测端3脚检测到大电容存在，判定有活体手指放入，U9的输出端1脚输出高电平到单片机平台电路；当非活体手指或无手指放入J3感应区后，U9的检测端3脚不能检测到大电容，判定无活体手指放入，U9的输出端1脚输出低电平到单片机平台电路；D5选用MLSEP12B，作用是滤出高频静电；U9的接地端2脚、D5的一端、C8的一端、C9的一端和GND网络相连接；U9的电源端5脚、C9的一端和V3.3_JG100B网络相连；U9的检测输出端1脚和Finger_ON网络相连，高电平为有活体手指信号输出，低电平为无活体手指检测输出；U9的检测端输入端3脚和R9的一端、C8的一端相连；R9的另一端和D5的一端、连接器J3相连；
本发明所述的USB接口电路如附图3所示，由USB连接器J4、电感L9、共模电感LM1、ESD二极管D1、D2、D3 组成；其中，D1、D2、D3均选用MLSEP12B，它可使电子设备中的电路免受静电放电的破坏；J4的接地端7脚、8脚、D1的2脚、D2的2脚、D3的2脚和GND网络连接在一起；J4的电源端1脚、2脚、D3的1脚、L9的一端和+5v网络连接在一起；L9的另一端连接到Vbus网络上，给电源电路供电；J4的3脚、4脚是USB数据端，经LM1耦合连接到单片机平台电路DM、DP网络上，进行数据通讯和交换，J4的USB-DM端3脚和LM1的3脚、D1的1脚相连，J4的USB-DP端4脚和LM1的1脚、D2的1脚相连；LM1的4脚和DM网络相连；LM1的2脚和DP网络相连。
本发明所述的单片机平台电路如附图4所示，由单片机U10、晶体Y1、电容C35、C37、C38、C48、C49、C50、电阻R31组成；U10选用芯片SN9C337AFG；Y1选用12M晶体；U10的接地端3脚、6脚、22脚、47脚、Y1的2脚、4脚、电容C35的一端、C37的一端、C50的一端、C48的一端、R31的一端和GND网络相连；U10的电源端9脚连接到AV3.3网络上；U10的电源端2脚、21脚、37脚连接到V3.3MCU网络上；U10电源端的1脚、23脚、38脚、40脚、41脚、42脚、C38的一端连接到V1.8MCU网络上；U10的晶体端口44脚、Y1的1脚、C37的一端相连，连接到X1网络上；U10的晶体端口43脚、Y1的3脚、C35的一端相连，连接到X2网络上；U10的USB端口4脚连接到DM网络上，U10的USB端口5脚连接到DP网络上；U10的10脚、C50的一端相连；U10的11脚连接到VMID网络上；U10的I2C接口12脚连接到SDA网络上；U10的I2C接口13脚连接到SCL网络上；U10的同步引脚14脚连接到HSYNC网络上，U10的同步引脚15脚连接到VSYNC网络上；U10的时钟引脚16脚连接到PCLK网络上，U10的时钟引脚17脚连接到MCLK网络上；U10的31脚连接到RST_SEN网络上；U10的SF总线32脚连接到SF_SO网络上；U10的SF总线33脚连接到SF_CS网络上；U10的SF总线34脚连接到SF_SCK网络上；U10的SF总线35脚连接到SF_SI网络上； U10的GPIO_0口45脚连接到Finger_On网络上；U10的GPIO_0口46脚连接到Light_Ctrl网络上；U10的48脚是复位端，和C33的一端、R34的一端连接在一起。
本发明所述的Flash存储电路如附图5所示，由芯片U6、电容C34组成；其中U6选用24LC256，它是一种存储芯片，用来存储用户的指纹特征，存储容量是256 Kbit，最大存储500人的指纹数据；U6 的接地端3脚、4脚、C34的一端和GND网络连接在一起；U6的电源端7脚、8脚、C34的一端、C34的一端和V3.3_MCU网络连接在一起；U6 的片选端1脚和SF_CS网路相连；U6 的SO端2脚和SF_SI网路相连；U6 的I2C数据总线5脚和SDA网络相连；U6 的I2C数据总线6脚和SCL网络相连；
本发明所述的摄像头模组电路如附图6所示，由芯片U1、电容C10、C11、C12、C19、C20组成；其中，U1选用联永科技公司的NT99140模组，通过摄像模组的方式将指纹信号转变成为电信号，传送到单片机平台电路；U1的接地端E7脚、E8脚、C2脚、C8脚、E1脚、电容C10的一端、C11的一端、C12的一端、C19的一端、C20的一端和GND网络相连；U1的电源端A1脚、A5脚、D8引脚、E2脚、E3脚、E5脚、E6脚、电容C10的一端、C11的一端、C12的一端和VDDA_SEN网络相连；U1的电源端A2脚、C19的一端、C20的一端和1V5网络相连；U1的D总线和单片机平台电路的D总线端相连；U1的数据端口SDA端和单片机平台电路的SDA端相连；U1的时钟端口SCLS端和单片机平台电路的SCL端相连；U1的同步端口VSYNC和单片机平台电路的VSYNC端相连。
本发明所述的光源电路如附图7所示，由开关管Q1、电阻R37、R38、R39、R40、R41、R44、R50、发光管D6、D7、D8、D9组成；其中开关管选用FDV304P-SOT-23MOS管；当Q1的栅极Light_Ctrl是低电平时，Q1导通，发光管得电点亮，当Light_Ctrl是高电平时，Q1截止，发光管熄灭；Q1的栅极、R41的一端连接到Light_Ctrl网络上；Q1的源极 、R41的一端、R50的一端连接到V3.3_LIGHT网络上；Q1的漏极、R44的一端、R50的一端连接在一起；R44的一端、R37的一端、R38的一端、 R39的一端、R40的一端连接；R37的一端和D6的正极相连接； R38的一端和D7的正极相连接；R39的一端和D8正极相连接；R40的一端和D9的正极相连接；D6的负极、D7的负极、D8的负极、D9的负极和GND网络连接在一起。
本发明所述的电源电路如附图8所示，由电源芯片U2、U3、U5、电容C31、C33、C5、C6、C2、C3、电感L1、L2、L4、电阻RN1组成；其中，电源芯片U5采用AIC1747-33GV5TR，稳压值为3.3v，U3采用AIC1747-18GV5TR，稳压值为1.8v，U2采用AIC1747-15GV5TR，稳压值为1.5v；Vbus网络连接着U5的输入端1脚、3脚、U2的输入端1脚、3脚、C31的一端、C2的一端；GND网络连接着C31的一端、C33的一端、C5的一端、C6的一端、C2的一端、C3的一端、U5的接地端2脚、U3的接地端2脚、U2的接地端2脚；U5的输出端5脚、C33的一端、C5的一端、U3的输入端1脚、3脚、L1的端、L2的一端、RN1的一端和V3.3MCU网络相连，给其他电路供电；U3的输出端5脚、C6的一端和V1.8_MCU网络相连，给其他电路供电；U2的输出端5脚、C3的一端和1V5网络相连，给其他电路供电；L2的另一端和VDDA_SEN网络相连；L1的另一端和AV3.3网络相连；RN1的一端、L4的一端和V33_JG100B网络相连；L4的另一端和V3.3_LIGHT网络相连。
Claims (2)
1.一种具有活体手指检测功能的指纹采集装置，其特征在于由电源模块电路、活体手指检测电路、摄像头模组电路、光源电路、Flash存储电路、单片机平台电路及USB接口电路组成；
其中，所述的USB接口电路通过电源模块电路与活体手指检测电路、摄像头模组电路、光源电路、Flash存储电路、单片机平台电路的电连接；
所述的单片机平台电路的一个通用GPIO2端口与活体手指检测电路Finger_On口相连，接收活体手指感应信号；单片机平台电路的并行D总线与摄像头模组电路的D总线相连，进行指令通讯和数据传输，接收传递摄像头模组采集到的指纹数据；单片机平台电路的一个GPIO0端口与光源电路Light_Ctrl端口相连，控制光源电路工作；单片机平台电路的I2C总线接口和Flash存储电路的I2C总线相连，存储和调用指纹数据；单片机平台电路的USB总线DM/DP端和USB接口电路DM/DP总线相连，传递指令和数据；
所述的活体手指检测电路由电容式感应IC芯片U9、电阻R9、电容C8、C9、ESD二极管D5、手指感应器J3组成；U9的接地端、D5的一端、C8的一端、C9的一端与GND网络相连接实现共地；U9的电源端、C9的一端与V3.3_JG100B网络节点相连；U9的检测输出端与Finger_ON网络相连，高电平为有活体手指信号输出，低电平为无活体手指检测输出；手指感应器J3通过R9、C8组成的滤波电路与U9的检测端输入端连接，将活体手指信号传送到U9的输入端。
2.如权利要求1所述的一种具有活体手指检测功能的指纹采集装置，其特征在于：
所述的单片机平台电路由单片机U10、晶体Y1、电容C35、C37、C38、C48、C49、C50、电阻R31组成；晶体Y1与C37、C35组成外接震荡电路与U10连接，给U10通过震荡信号；U10的USB端口与DM网络、DP网络连接进行数据指令交互；U10的I2C接口与Flash存储电路的网络连接，实现I2C的数据指令交互；U10的同步信号端分别与摄像头模组的HSYNC网络、VSYNC网络连接，实现网络同步；U10的时钟信号端分别与摄像头模组的PCLK网络、MCLK网络连接，实现时钟信号同步；U10的复位端与摄像头模组的RST_SEN网络连接，实现复位信号同步；U10的GPIO_0口与活体手指检测电路的Finger_On网络连接，接收活体手指检测信号；U10的GPIO_0口46与光源电路的Light_Ctrl网络连接上，控制LED灯工作。
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