CN109684975A - 一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其包括有：指纹传感器，所述指纹传感器支持低功耗手指检测模式，且所述指纹传感器用于采集指纹数据；指纹算法芯片，连接于所述指纹传感器；供电单元，用于提供电源；MCU控制器，所述指纹传感器、指纹算法芯片和供电单元分别电性连接于所述MCU控制器，所述MCU控制器用于：当所述指纹传感器在手指检测模式下检测到有手指触碰所述指纹传感器时，将所述供电单元的输出端与所述指纹算法芯片的电源端接通，以令所述指纹算法芯片上电并对所述指纹传感器采集的指纹数据进行处理。本发明无需金属环和触摸检测芯片，并且能满足手指检测功能和低功耗待机要求。
Description
技术领域
本发明涉及指纹触摸芯片，尤其涉及一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置及方法。
背景技术
现有技术中，指纹识别装置已经开始广泛应用于各种门禁安防智能锁，指纹识别电子挂锁等，可利用人体的指纹特征对个人身份进行识别，在所有的生物识别技术中，指纹识别技术是目前最为成熟、应用最广的生物识别技术。而指纹传感器种类中，电容式指纹传感器由于体积小，而广泛应用于指纹锁和各种智能嵌入式设备。根据嵌入式指纹识别系统应用场景，目前市场主流的指纹锁中的指纹传感器芯片由于受限于其驱动原理和低功耗待机要求等限制，在指纹识别芯片上增加了一个检测手指信号的金属环，该金属环用于检测手指和指纹采集时发送驱动信号等作用。可见该金属环在此应用方案中必不可少。但目前市面上很多智能锁和电子挂锁的外壳皆是金属外壳，为了防静电这些金属外壳往往需要需做接地处理，但如果使用驱动金属环做检测手指电子锁的外壳就不能接地，导致结构设计中需要做金属环与指纹锁结构外壳做隔离处理，如果金属环靠近系统地会导致触摸不灵敏且容易出现短路失效的问题，这样就限制了需要驱动金属环的指纹识别装置的应用。由此可见设计一种无需金属环检测的嵌入式指纹识别装置应用迫在眉睫。
请参见图1，现有技术存在一种常见的含驱动金属环加触摸检测芯片的指纹识别装置，其包括有驱动金属环100、触摸检测芯片101、电池组102、指纹传感器芯片103、指纹算法处理芯片104、MCU控制器105、3.3V_LDO模块106等。其中，指纹识别装置应用使用到触摸检测芯片加驱动金属环来实现检测手指功能，此处的金属环和触摸芯片由于指纹模组的应用原理限制不能省去。在手指按压到金属环时触摸检测芯片会发出Touch_out信号给MCU控制器，此时MCU控制器会给出I/O信号打开D1给指纹算法芯片和指纹传感器芯片上电工作，等指纹算法芯片工作完毕进入休眠状态时，MCU控制器会将D1关断使指纹算法芯片和指纹传感器芯片掉电。而触摸检测芯片是常供电状态，故在此应用中其作用是为了降低指纹模组在待机情况下的电流功耗。由于目前市面上较多的指纹锁的结构外壳使用的是导电金属合金材料在应用中常常需要让系统外壳做接地处理，在此处的金属环在指纹锁的结构中显得尤为突兀，且不能接接触或连接到金属外壳，否则会导致触摸芯片的感应电极短接到系统地从而无法起到检测手指的作用，所以设计中会受到限制；在靠近在外壳的金属结构中此金属环和指纹锁外壳结构需要做绝缘隔离处理，使用改触摸检测芯片和金属环增加了用户成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种无需金属环和触摸检测芯片，并且满足手指检测功能和低功耗待机要求的指纹识别装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其包括有：指纹传感器，所述指纹传感器支持低功耗手指检测模式，且所述指纹传感器用于采集指纹数据；指纹算法芯片，连接于所述指纹传感器；供电单元，用于提供电源；MCU控制器，所述指纹传感器、指纹算法芯片和供电单元分别电性连接于所述MCU控制器，所述MCU控制器用于：当所述指纹传感器在手指检测模式下检测到有手指触碰所述指纹传感器时，将所述供电单元的输出端与所述指纹算法芯片的电源端接通，以令所述指纹算法芯片上电并对所述指纹传感器采集的指纹数据进行处理。
优选地，所述指纹传感器的芯片型号为BF82192X的指纹传感器。
优选地，所述供电单元与所述指纹算法芯片之间连接有开关单元，所述MCU控制器用于控制所述开关单元通断，进而控制所述指纹算法芯片的上电状态。
优选地，所述开关单元包括有MOS管D1，所述MOS管D1的漏极连接于所述供电单元，所述MOS管D1的源极连接于所述指纹算法芯片，所述MOS管D1的栅极连接于所述MCU控制器。
优选地，还包括有电池组，所述供电单元为3.3V_LDO模块，所述供电单元的输入端连接于所述电池组，所述供电单元用于将所述电池组输出的电压转换为3.3V电压，以供所述指纹算法芯片上电。
优选地，所述指纹算法芯片与所述指纹传感器之间的信号线路上串接有隔离反向器。
优选地，所述MCU控制器与所述指纹算法芯片之间的信号线路上串接有隔离缓冲器。
一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别方法，该方法基于一装置实现，所述装置包括有指纹传感器、指纹算法芯片、供电单元和MCU控制器，所述指纹传感器支持低功耗手指检测模式，所述指纹算法芯片连接于所述指纹传感器，所述供电单元用于提供电源，所述指纹传感器、指纹算法芯片和供电单元分别电性连接于所述MCU控制器，所述方法包括如下步骤：步骤S1，上电初始化；步骤S2，所述指纹传感器进入手指检测模式；步骤S3，所述指纹传感器检测是否有手指触碰该指纹传感器，若否，则重复步骤S3，若是，则执行步骤S4；步骤S4，所述指纹传感器向所述MCU控制器输出Touchout信号；步骤S5，所述MCU控制器根据所述Touchout信号对所述指纹算法芯片进行上电控制，进而将所述供电单元的输出端与所述指纹算法芯片的电源端接通；步骤S6，所述指纹算法芯片上电后对所述指纹传感器采集的指纹数据进行处理。
优选地，所述开关单元包括有MOS管D1，所述MOS管D1的漏极连接于所述供电单元，所述MOS管D1的源极连接于所述指纹算法芯片，所述MOS管D1的栅极连接于所述MCU控制器，所述步骤S5中，所述MCU控制器通过控制所述MOS管D1的通断状态来控制所述指纹算法芯片上电或者掉电。
优选地，所述步骤S1中，上电初始化过程包括：步骤S10，所述指纹传感器和所述MCU控制器上电；步骤S11，所述MCU控制器控制所述MOS管D1导通；步骤S12，所述指纹算法芯片上电并且初始化所述指纹传感器，之后执行步骤S2。
本发明公开的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置中，电路在上电初始化后，所述指纹传感器进入手指检测模式，若检测到手指触碰该指纹传感器，则向所述MCU控制器输出Touchout信号，所述MCU控制器根据所述Touchout信号对所述指纹算法芯片进行上电控制，所述指纹算法芯片上电后对所述指纹传感器采集的指纹数据进行处理，处理完成后所述指纹传感器可再次进入手指检测模式。相比现有技术而言，本发明无需金属环和触摸检测芯片，并能较好地满足手指检测功能和低功耗待机要求，实际应用中，可将指纹锁的外壳金属件结构接地，进而增强指纹识别芯片的ESD防护性能以及减小指纹图像的噪声，有效降低了指纹锁的使用成本，以及提高了指纹锁的产品性能。
附图说明
图1为现有指纹识别装置的电路框图；
图2为本发明指纹识别装置的电路框图；
图3为指纹传感器静态待机电流测试数据；
图4为本发明指纹识别方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
本发明公开了一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，请参见图2，其包括有：
指纹传感器1，所述指纹传感器1支持低功耗手指检测模式，且所述指纹传感器1用于采集指纹数据；
指纹算法芯片2，连接于所述指纹传感器1；
供电单元3，用于提供电源；
MCU控制器4，所述指纹传感器1、指纹算法芯片2和供电单元3分别电性连接于所述MCU控制器4，所述MCU控制器4用于：
当所述指纹传感器1在手指检测模式下检测到有手指触碰所述指纹传感器1时，将所述供电单元3的输出端与所述指纹算法芯片2的电源端接通，以令所述指纹算法芯片2上电并对所述指纹传感器1采集的指纹数据进行处理。
上述指纹识别装置中，电路在上电初始化后，所述指纹传感器1进入手指检测模式，若检测到手指触碰该指纹传感器1，则向所述MCU控制器4输出Touchout信号，所述MCU控制器4根据所述Touchout信号对所述指纹算法芯片2进行上电控制，所述指纹算法芯片2上电后对所述指纹传感器1采集的指纹数据进行处理，处理完成后所述指纹传感器1可再次进入手指检测模式。相比现有技术而言，本发明无需金属环和触摸检测芯片，并能较好地满足手指检测功能和低功耗待机要求，实际应用中，可将指纹锁的外壳金属件结构接地，进而增强指纹识别芯片的ESD防护性能以及减小指纹图像的噪声，有效降低了指纹锁的使用成本，以及提高了指纹锁的产品性能。
作为一种优选方式，所述指纹传感器1的芯片型号为BF82192X的指纹传感器。具体地，该指纹传感器是由深圳贝特莱电子科技股份有限公司公司生产制造的BF82192X型传感器。
关于供电部分，所述供电单元3与所述指纹算法芯片2之间连接有开关单元，所述MCU控制器4用于控制所述开关单元通断，进而控制所述指纹算法芯片2的上电状态。
进一步地，所述开关单元包括有MOS管D1，所述MOS管D1的漏极连接于所述供电单元3，所述MOS管D1的源极连接于所述指纹算法芯片2，所述MOS管D1的栅极连接于所述MCU控制器4。
本实施例还包括有电池组5，所述供电单元3为3.3V_LDO模块，所述供电单元3的输入端连接于所述电池组5，所述供电单元3用于将所述电池组5输出的电压转换为3.3V电压，以供所述指纹算法芯片2上电。
作为一种优选方式，所述指纹算法芯片2与所述指纹传感器1之间的信号线路上串接有隔离反向器(T1、T2)。所述MCU控制器4与所述指纹算法芯片2之间的信号线路上串接有隔离缓冲器(B1、B2)。实际应用中，也可以利用反相器来替代隔离缓冲器。
本发明公开的指纹识别装置，其工作原理如下：由于指纹传感器BF82192X具有低功耗的手指检测模式，请参见图3，其在3.3V输入电压下静态平均电流为9.4479uA，满足目前智能锁的指纹模组的待机静态电流<10uA范围要求，基于此应用将指纹传感器保持常供电状态，而将指纹算法芯片在静态休眠时掉电。故整个模组的静态待机时只有指纹传感器处于FD指纹检测模式状态即静态待机状态。指纹算法芯片与指纹传感器之间的SPI数据接口由于RST_N和CS_N两个GPIO属于低电平有效，在指纹传感器内部默认有上拉电阻。而指纹算法芯片在掉电情况下其GPIO管脚状态属于不定态在芯片电源VDD低于0时会将接指纹spi的几个GPIO电平拉下来导致指纹传感器芯片复位。与MCU控制器相连的串口TX、RX也同理，故在此电路中增加两个隔离反向器(T1、T2)作隔离处理，可杜绝此情况发生，同时软件也要将对应的信号进行取反。
为了更好地描述本发明的技术方案，本发明还公开了一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别方法，请参见图2和图4，该方法基于一装置实现，所述装置包括有指纹传感器1、指纹算法芯片2、供电单元3和MCU控制器4，所述指纹传感器1支持低功耗手指检测模式，所述指纹算法芯片2连接于所述指纹传感器1，所述供电单元3用于提供电源，所述指纹传感器1、指纹算法芯片2和供电单元3分别电性连接于所述MCU控制器4，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，上电初始化；
步骤S2，所述指纹传感器1进入手指检测模式；
步骤S3，所述指纹传感器1检测是否有手指触碰该指纹传感器1，若否，则重复步骤S3，若是，则执行步骤S4；
步骤S4，所述指纹传感器1向所述MCU控制器4输出Touchout信号；
步骤S5，所述MCU控制器4根据所述Touchout信号对所述指纹算法芯片2进行上电控制，进而将所述供电单元3的输出端与所述指纹算法芯片2的电源端接通；
步骤S6，所述指纹算法芯片2上电后对所述指纹传感器1采集的指纹数据进行处理。
上述方法中，所述开关单元包括有MOS管D1，所述MOS管D1的漏极连接于所述供电单元3，所述MOS管D1的源极连接于所述指纹算法芯片2，所述MOS管D1的栅极连接于所述MCU控制器4，所述步骤S5中，所述MCU控制器4通过控制所述MOS管D1的通断状态来控制所述指纹算法芯片2上电或者掉电。
作为一种优选方式，所述步骤S1中，上电初始化过程包括：
步骤S10，所述指纹传感器1和所述MCU控制器4上电；
步骤S11，所述MCU控制器4控制所述MOS管D1导通；
步骤S12，所述指纹算法芯片2上电并且初始化所述指纹传感器1，之后执行步骤S2。
本发明公开的指纹识别装置及方法，其在无需使用金属环和触摸检测芯片的情况下，同样能实现手指检测功能并支持低功耗待机，可保证指纹锁的外壳金属件良好接地，从而增强指纹识别芯片的ESD防护性能以及减小指纹图像的噪声，同时本发明降低了指纹锁的使用成本，以及提高了指纹锁的产品性能。
以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。
Claims (10)
1.一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其特征在于，包括有：
指纹传感器(1)，所述指纹传感器(1)支持低功耗手指检测模式，且所述指纹传感器(1)用于采集指纹数据；
指纹算法芯片(2)，连接于所述指纹传感器(1)；
供电单元(3)，用于提供电源；
MCU控制器(4)，所述指纹传感器(1)、指纹算法芯片(2)和供电单元(3)分别电性连接于所述MCU控制器(4)，所述MCU控制器(4)用于：
当所述指纹传感器(1)在手指检测模式下检测到有手指触碰所述指纹传感器(1)时，将所述供电单元(3)的输出端与所述指纹算法芯片(2)的电源端接通，以令所述指纹算法芯片(2)上电并对所述指纹传感器(1)采集的指纹数据进行处理。
2.如权利要求1所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹传感器(1)的芯片型号为BF82192X的指纹传感器。
3.如权利要求1所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其特征在于，所述供电单元(3)与所述指纹算法芯片(2)之间连接有开关单元，所述MCU控制器(4)用于控制所述开关单元通断，进而控制所述指纹算法芯片(2)的上电状态。
4.如权利要求3所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其特征在于，所述开关单元包括有MOS管D1，所述MOS管D1的漏极连接于所述供电单元(3)，所述MOS管D1的源极连接于所述指纹算法芯片(2)，所述MOS管D1的栅极连接于所述MCU控制器(4)。
5.如权利要求1所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其特征在于，还包括有电池组(5)，所述供电单元(3)为3.3V_LDO模块，所述供电单元(3)的输入端连接于所述电池组(5)，所述供电单元(3)用于将所述电池组(5)输出的电压转换为3.3V电压，以供所述指纹算法芯片(2)上电。
6.如权利要求1所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其特征在于，所述指纹算法芯片(2)与所述指纹传感器(1)之间的信号线路上串接有隔离反向器(T1、T2)。
7.如权利要求1所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别装置，其特征在于，所述MCU控制器(4)与所述指纹算法芯片(2)之间的信号线路上串接有隔离缓冲器(B1、B2)。
8.一种无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别方法，其特征在于，该方法基于一装置实现，所述装置包括有指纹传感器(1)、指纹算法芯片(2)、供电单元(3)和MCU控制器(4)，所述指纹传感器(1)支持低功耗手指检测模式，所述指纹算法芯片(2)连接于所述指纹传感器(1)，所述供电单元(3)用于提供电源，所述指纹传感器(1)、指纹算法芯片(2)和供电单元(3)分别电性连接于所述MCU控制器(4)，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，上电初始化；
步骤S2，所述指纹传感器(1)进入手指检测模式；
步骤S3，所述指纹传感器(1)检测是否有手指触碰该指纹传感器(1)，若否，则重复步骤S3，若是，则执行步骤S4；
步骤S4，所述指纹传感器(1)向所述MCU控制器(4)输出Touchout信号；
步骤S5，所述MCU控制器(4)根据所述Touchout信号对所述指纹算法芯片(2)进行上电控制，进而将所述供电单元(3)的输出端与所述指纹算法芯片(2)的电源端接通；
步骤S6，所述指纹算法芯片(2)上电后对所述指纹传感器(1)采集的指纹数据进行处理。
9.如权利要求8所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别方法，其特征在于，所述开关单元包括有MOS管D1，所述MOS管D1的漏极连接于所述供电单元(3)，所述MOS管D1的源极连接于所述指纹算法芯片(2)，所述MOS管D1的栅极连接于所述MCU控制器(4)，所述步骤S5中，所述MCU控制器(4)通过控制所述MOS管D1的通断状态来控制所述指纹算法芯片(2)上电或者掉电。
10.如权利要求9所述的无需金属环和触摸检测芯片的指纹识别方法，其特征在于，所述步骤S1中，上电初始化过程包括：
步骤S10，所述指纹传感器(1)和所述MCU控制器(4)上电；
步骤S11，所述MCU控制器(4)控制所述MOS管D1导通；
步骤S12，所述指纹算法芯片(2)上电并且初始化所述指纹传感器(1)，之后执行步骤S2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190426 |