CN212592151U - 一种心电检测系统、活体指纹识别装置及智能门锁 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种心电检测系统、活体指纹识别装置及智能门锁，心电检测系统包括心电采集模块，用于采集被检体的心电信号；第一放大模块，用于接收采集的心电信号，并对心电信号进行放大后输出一级放大信号；负反馈模块，与第一放大模块并联，用于滤除一级放大信号中的杂质信号并保持一级放大信号稳定输出；第二放大模块，接收一级放大信号并对其进行放大后输出二级放大信号；低通滤波模块，接收二级放大信号并处理后输出；模拟数字转换模块，接收处理后的信号并将其转换成数字信号后输出被检体的心电信息。该心电检测系统采用两级逐级放大心电信号，并对一级放大信号进行负反馈处理，从而能得到更准确的心电信号。

Description

一种心电检测系统、活体指纹识别装置及智能门锁

技术领域

本实用新型涉及指纹识别技术领域，特别涉及一种心电检测系统、活体指纹识别装置及智能门锁。

背景技术

随着信息技术和电子技术的发展，电子设备(平板、手机、智能门锁等)已经与人们的生活密不可分，随之而来电子设备的安全问题也备受关注。目前，通常用指纹作为信息特征进行设备的解锁，即利用指纹识别系统对设备进行安全管理。但是指纹解锁存在一个很大的漏洞，即通过提取残留指纹，再利用明胶、硅胶或者橡胶等材料制作成的与提取的指纹纹路一致的指纹套，将指纹套戴在手指上或者假手指上，即可骗过指纹识别系统，这样，对指纹识别系统构成了极大的安全隐患。

公开号为CN107194382A的中国专利文献公开了一种活体指纹识别装置，利用心电检测模块(光电心率检测模块)和相控阵生物识别模块相结合，降低指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了指纹识别装置的安全性，但是该装置的心电检测模块的灵敏度和精确度不高，不利于进行活体识别。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中心电检测模块的检测灵敏度与精确度不高，不利于进行活体识别的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种心电检测系统，包括：心电采集模块，用于采集被检体的心电信号；第一放大模块，用于接收心电采集模块采集的心电信号，并对心电信号进行放大后输出一级放大信号；负反馈模块，与第一放大模块并联，用于滤除一级放大信号中的杂质信号并保持一级放大信号稳定输出；第二放大模块，接收一级放大信号，对一级放大信号进行放大后输出二级放大信号；低通滤波模块，接收二级放大信号并处理后输出；模拟数字转换模块，接收低通滤波模块输出的处理后的信号并将处理后的信号转换成数字信号后输出被检体的心电信息。

利用上述技术方案，通过对心电采集模块采集的心电信号采用两级逐级放大的方式，并对第一放大模块输出的一级放大信号进行负反馈处理，即通过负反馈模块滤除一级放大信号中的杂质信号，以防止心电信号经过一级放大后失真，并且负反馈模块还能保证一级放大信号的稳定输出，进而再对一级放大信号进行二级放大，并设置低通滤波模块以去除二级放大信号中的高频电磁波以及工频信号等信号的干扰，然后经过模拟数字转换模块将经过低通滤波模块处理后的信号转换为数字信号输出，得到较为准确的心电信号。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，负反馈模块包括：第三电阻、第四电阻、第九电阻、第一电容以及第三运算放大器；其中，第三运算放大器的正相输入端与第二放大模块相连，第三运算放大器的负相输入端分别与第九电阻的第二端以及第一电容的第二端相连，第三运算放大器的输出端分别与第一电容的第一端以及第一放大模块相连；第三电阻的第一端分别与第一放大模块和心电采集模块相连，第三电阻的第二端分别与第四电阻的第二端以及第三运算放大器的正相输入端相连；第四电阻的第一端分别与第一放大模块和心电采集模块相连；第九电阻的第一端分别与第一放大模块和第二放大模块相连。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，负反馈模块还包括：第七电阻、第八电阻以及第四电容；其中，第七电阻的第一端与电源端相连，第七电阻的第二端、第八电阻的第一端以及第四电容的第一端均与第三运算放大器的正相输入端相连；第八电阻的第二端和第四电容的第二端均与接地端相连。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，第一放大模块是型号为AD627的运算放大器。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，还包括：数字滤波模块，数字滤波模块与模拟数字转换模块相连。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，第二放大模块具体包括：第五电阻、第六电阻、第二运算放大器以及第二电容；其中，第二运算放大器的正相输入端与负反馈模块相连，第二运算放大器的负相输入端分别与第五电阻的第二端、第六电阻的第一端以及第二电容的第一端相连，第二运算放大器的输出端与低通滤波模块相连，用于输出二级放大信号；第五电阻的第一端与第一放大模块相连，用于接收一级放大信号；第六电阻的第二端分别与第二电容的第二端以及第二运算放大器的输出端相连。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，低通滤波模块具体包括：第十电阻以及第三电容，其中，第十电阻的第一端与第二放大模块相连，用于接收二级放大信号，第十电阻的第二端和第三电容的第一端均与模拟数字转换模块相连，用于输出处理后的信号；第三电容的第二端与接地端相连。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，第二放大模块的放大倍数是第一放大模块放大倍数的25～50倍。

可选地，在本实用新型实施例提供的心电检测系统中，还包括：第一电阻与第二电阻；第一电阻的第一端与心电采集模块连接，第一电阻的第二端与第一放大模块相连；第二电阻的第一端与心电采集模块连接，第二电阻的第二端与第一放大模块相连。

相应地，本实用新型实施例还提供了一种活体指纹识别装置，包括：本实用新型上述任一实施例提供的心电检测系统，用于检测被检体的心电信息；活体判断模块，用于将检测到的被检体的心电信息与第一预设信息进行比较，以判断被检体是否为活体；若被检体的心电信息在第一预设信息范围内，则被检体为活体；指纹检测模块，用于检测被检体的指纹信息；指纹验证模块，用于将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，注册指纹信息由用户预先注册在活体指纹识别装置中；其中，若被检体为活体且被检体的指纹信息与注册指纹信息一致，则验证通过。

可选地，在本实用新型实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：健康检测模块，用于在活体判断模块判断被检体是否为活体之后，当被检体为活体时，将被检体的心电信息与第二预设信息进行比较，以判断被检体的健康状态；其中，若心电信息不在第二预设信息范围内，则被检体处于不健康状态；第一预设信息范围包含第二预设信息范围。

可选地，在本实用新型实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：报警模块，用于在健康检测模块判断被检体的健康状态之后，当被检体处于不健康状态时，进行报警。

可选地，在本实用新型实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：激活模块，用于在活体判断模块判断被检体是否为活体之后，在指纹检测模块检测被检体的指纹信息之前，当被检体为活体时，激活指纹检测模块以检测被检体的指纹信息。

可选地，在本实用新型实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：接触检测模块，用于在心电检测系统检测被检体的心电信息之前，检测被检体的触摸，当检测到被检体触摸时，激活心电检测系统。

可选地，在本实用新型实施例提供的活体指纹识别装置中，还包括：存储模块，用于在心电检测系统检测被检体的心电信息之前，存储注册指纹信息，和/或，第一预设信息。

相应地，本实用新型实施例还提供了一种智能门锁，包括本实用新型上述任一实施例提供的活体指纹识别装置。

本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：

通过对心电采集模块采集的心电信号采用两级，逐级放大，并对第一级放大模块输出的一级放大信号进行负反馈处理，即通过负反馈模块滤除一级放大信号中的由人体体表摩擦引起的静电信号、空气中微弱的电磁波信号等组成的杂质信号，以防止心电信号经过一级放大后失真，进而再进行二级放大，并又设置低通滤波模块以去除二级放大信号中的高频电磁波以及工频信号等信号的干扰，然后经过模拟数字转换模块将经过低通滤波模块处理后的信号转换为数字信号输出，得到较为准确的心电信号。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式提供的心电检测系统的结构示意图一；

图2是本实用新型一具体实施方式提供的心电检测系统的结构示意图二；

图3是本实用新型一具体实施方式提供的心电检测系统的具体结构示意图；

图4是本实用新型一具体实施方式提供的活体指纹识别装置的结构示意图一；

图5是本实用新型一具体实施方式提供的活体指纹识别装置的结构示意图二；

图6是本实用新型一具体实施方式提供的活体指纹识别方法的流程图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。虽然本实用新型的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此实用新型的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作实用新型介绍的目的是为了覆盖基于本实用新型的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本实用新型的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本实用新型也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本实用新型的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“上述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。取决于语境，如在此所使用的词语“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

参考图1，根据本实用新型的具体实施方式的一种心电检测系统100，包括：依次电连接的心电采集模块1、第一放大模块2、第二放大模块3、低通滤波模块4、模拟数字转换模块5，并且心电检测系统100还包括与第一放大模块2并联的负反馈模块6，即负反馈模块6分别与心电采集模块1、第一放大模块2以及第二放大模块3相连；其中，心电采集模块1用于采集被检体的心电信号，然后第一放大模块2接收心电采集模块1采集的心电信号，并对心电信号进行放大后输出一级放大信号。负反馈模块6用于去除一级放大信号中的杂质信号，并保持一级放大信号的稳定输出。第二放大模块3接收一级放大信号，对一级放大信号进行放大后输出二级放大信号，经过低通滤波模块4接收二级放大信号并且对其进行处理后输出处理信号。最后模拟数字转换模块5接收低通滤波模块4输出的处理后的信号并将处理后的信号转换成数字信号后输出被检体的心电信息。这里的心电信息可以为心电波形图。

因为心电采集模块1采集到的心电信号中不只包含人体的心电信号，还掺杂有由人体体表摩擦引起的静电信号、空气中微弱的电磁波等信号组成的杂质信号、高频电磁波以及工频信号等噪声信号，若只采用一级放大直接将心电采集模块1采集到的的信号进行放大几千倍，会使得心电信号被噪声信号覆盖，导致心电信号失真，从而无法有效得到所需的人体心电信号。

本心电检测系统100通过两级放大，并对第一级放大模块输出的一级放大信号进行负反馈处理，通过负反馈模块6滤除一级放大信号中的由人体体表摩擦引起的静电信号、空气中微弱的电磁波信号等组成的杂质信号，以防止心电信号经过一级放大后失真，进而再将一级放大信号进行二级放大，并通过低通滤波模块4去除二级放大信号中的高频电磁波以及工频信号等信号，从而得到更准确的人体心电信号。

参考图3，心电采集模1可以包括两个心电传感器，分别为第一心电传感器T1和第二心电传感器T2，优选的，心电传感器T1、T2可以分别用于感测同一只手的拇指和掌心处的心电信号，当然心电传感器T1和T2也可以采集其他部位的心电信号，在此不作限定。并且，采集的心电信号不一定必须是完整的信号，可以只包含一些特定的信息，比如心电波信号中的波峰、波谷信息等。这两个心电传感器可以构成一个电容，两者容性耦合体表的心电电位。

如图1，心电采集模块1采集到的心电信号被输入到第一放大模块进行放大处理，由于人体的心电信号具有幅值小、频率低、易受干扰、不稳定、随机性强等特点，使得对心电放大电路的设计提出了很严格的要求，尤其是放大器的选择十分重要。选择放大器时需要从增益、频率响应、输入阻抗、共模抑制比、噪声、漂移等几个方面加以综合考虑，比如选择一些高输入阻抗、低噪声、低漂移、高增益以及高共模抑制比的差动放大器，以防止输出饱和、使输出稳定、减少共模干扰的传递。

作为本实用新型的一个优选实施方式，第一运算放大模块可以是型号为AD627的运算放大器(下面以第一运算放大器AR1代指)。参考图3，第一运算放大器AR1的正相输入端(即图3中AR1的正级)分别与第四电阻R4的第一端和第三运算放大器AR3的输出端相连，第一运算放大器AR1的负相输入端(即图3中AR1的负级)与第三电阻R3的第一端相连，第一运算放大器的输出端则与第九电阻的第一端相连。

这里之所以采用型号为AD627的运算放大器作为第一放大模块，是因为AD627相比于需要依靠调节电阻进行倍数调整的放大电路来说，其放大倍数的精确度更高，电路更简便，从而可以使心电检测系统100的电路布局简单化，从而使得心电检测系统100的结构更加紧凑，尺寸更小；并且AD627的放大倍数为5倍，心电采集模块采集到的心电信号经过AD627放大5倍数后，更利于杂质信号的去除。

参考图3，作为本实用新型的一个优选实施方式，负反馈模块6分别与心电采集模块1、第一放大模块2以及第二放大模块3相连，负反馈模块6具体可以包括第三电阻R3、第四电阻R4、第九电阻R9、第一电容C1以及第三运算放大器AR3。其中，第三运算放大器AR3的正相输入端(即图3中AR3的正级)与第二放大模块3相连，第三运算放大器AR3的负相输入端(即图3中AR3的负级)分别与第九电阻R9的第二端以及第一电容C1的第二端相连，第三运算放大器AR3的输出端分别与第一电容C1的第一端以及第一放大模块2相连；第三电阻R3的第一端分别与第一放大模块2和心电采集模块1相连，第三电阻R3的第二端分别与第四电阻R4的第二端以及第三运算放大器AR3的正相输入端相连；第四电阻R4的第一端分别与第一放大模块2和心电采集模块1相连；第九电阻R9的第一端分别与第一放大模块2和第二放大模块3相连。

具体地，第九电阻R9接收第一运算放大器AR1输出的一级放大信号(下面以Vout1表示)并将该信号输送到第三运算放大器AR3的负相输入端，第三电阻R3和第四电阻R4将获取的输入信号中的直流部分(下面以Vout2表示)输送到第三运算放大器AR3的正相输入端，此时第三运算放大器AR3的输出端输出的信号Vout3＝(Vout1-Vout2)*K1(K1为一个系数，其数值与第三电阻、第四电阻和第九电阻的电阻值以及第三运算放大器的特性有关)，最后第三运算放大器再将信号Vout3输出至第一运算放大器AR1的正相输入端，同样的第一运算放大器AR1输出的一级放大信号Vout1等于其负相输入端信号减去其正相输入端信号的差再乘以某个比例系数。该比例系数与第一运算放大器AR1的特性有关。

根据上述可知，当第一运算放大器AR1输出的一级放大信号Vout1变大时，信号Vout3也会相应变大，又因为Vout3输送到AR3的正相输入端，因此此时第一运算放大器AR1的负相输入端信号与其正相输入端信号之差会相应减小，最终使得第一运算放大器输出端输出的一级放大信号Vout1相应减小，即通过该负反馈模块的调节作用，使得当第一运算放大器AR1输出端的信号Vout1变大时，会自动降低Vout1幅度；相反，当Vout1变小时，通过负反馈模块，可以升高Vout1的幅度，使得Vout1始终处于一个动态平衡的状态。

作为本实用新型的一个优选实施方式，负反馈模块6还可以包括第七电阻R7、第八电阻R8以及第四电容C4。其中，第七电阻R7的第一端与电源端VCC相连，第七电阻R7的第二端、第八电阻R8的第一端以及第四电容C4的第一端均与第三运算放大器AR3的正相输入端相连，第八电阻R8的第二端和第四电容C4的第二端均与接地端相连。

具体的，通过调节R7/R8的比值，能够改变输送到第三运算放大器AR3正相输入端的信号Vout2的值，从而改变Vout1-Vout2的变化幅度，提高第三运算放大器AR3的输出信号Vout3的变化灵敏度，进而使得第一运算放大器AR1的一级放大信号Vout1能够一直维护在5倍放大倍数附近，避免了因为第三运算放大器AR3的输入端有干扰信号输入，导致Vout3在没有负反馈时输出信号幅度过大，甚至导致信号失真。第一电容C1和第四电容C4在整个电路网络中，起着滤波稳定幅度的作用，主要是为了去除心电信号中掺杂的杂质信号，该杂质信号主要由人体摩擦静电信号以及空气中微弱的电磁波等信号组成，第一电容C1和第四电容C4的数值主要与第一心电传感器T1和第一心电传感器T2的接触面积有关，当T1和T2的接触面积越大，其采集的信号的频率范围也越广，即心电信号中包含的高、低频信号的频率范围也越广，由于C1和C4主要是去除低频率信号，因此第一电容C1和第四电容C4的电容值也应设置的越大，即第一电容C1和第四电容C4的电容值与心电传感器T1和T4的接触面积正相关。

作为本实用新型的一个优选实施方式，参考图3，第二放大模块3具体包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第二运算放大器AR2以及第二电容C2；其中，第二运算放大器AR2的正相输入端(即图3中AR2的正级)与负反馈模块6相连，第二运算放大器AR2的负相输入端(即图3中AR2的负级)分别与第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端以及第二电容C2的第一端相连，第二运算放大器AR2的输出端与低通滤波模块4相连，用于输出二级放大信号；第五电阻R5的第一端与第一放大模块2相连，用于接收一级放大信号；第六电阻R6的第二端分别与第二电容C2的第二端以及第二运算放大器AR2的输出端相连.

具体地，第二运算放大器AR2、第五电阻R5、第六电阻R6以及第二电容C2组成一个二级放大电路，该放大电路的放大倍数由R6/R5决定。作为本实用新型的一个优选实施方式，第二放大模块3的放大倍数是第一放大模块1放大倍数的25～50倍，优选的，第一放大模块的放大倍数与第二放大模块放大倍数的乘积在600～1300之间。在具体实施时，可以将第一放大模块2的放大倍数设置为5倍，而将第二放大模块3的放大倍数设置为200倍，因此经过一级放大与二级放大后，被检体的心电信号可以被放大至1000倍。一般地，人体心电信号很微弱，只有几毫伏，毫伏范围内的波动不易被模拟数字转换器捕捉，造成信号失真，而通过将微弱的心电信号放大1000倍，提升至几个伏特的级别，更易于后续模拟数字转换器的处理以及后续数据的处理。

作为本实用新型的一个优选实施方式，该心电检测系统100中的低通滤波模块4可以具体包括第十电阻R10以及第三电容C3，其中，第十电阻R10的第一端与第二放大模块3相连，用于接收二级放大信号，第十电阻R10的第二端和第三电容C3的第一端均与模拟数字转换模块5相连，用于输出处理后的信号；第三电容C3的第二端与接地端相连。

具体地，在该心电检测系统100中设置低通滤波模块4，即RC滤波器，其截至频率可以为50Hz，即只允许频率不高于50Hz的信号通过，其目的是为了消除高频电磁波、工频信号等噪声信号的影响，使输出的电压信号更纯净。随着电子产品日益生活化，各种频段的无线电广播、电视发射台、通讯设备、雷达等的工作使空中的电磁波大量增加。这些高频电磁干扰也可通过测量系统与人体连接的导线引入，可能引起测量结果的不稳定，严重时会使测量系统不能工作。这导致各种场合下电磁干扰越来越严重，所以心电信号在采集过程中不仅有50Hz的工频干扰和低频、直流分量的干扰，还有高于人体正常心电高频部分的频率的高频谐波的严重干扰，例如高于100Hz的高频谐波。此外，信号处理所采用的电子设备本身也会产生仪器噪声，这类干扰一般具有较高的频率特性。因此有必要利用RC滤波器进行低通滤波。

参考图2，作为本实用新型的一个优选实施方式，该心电检测系统100还可以包括数字滤波模块7，数字滤波模块7与模拟数字转换模块5相连。

具体的，经过低通滤波模块4滤除频率高于50Hz的干扰信号后，该信号被送入到模拟数字转换模块5进行数据采集，由于心电检测系统100中的前置电子设备(比如第一放大模块、第二放大模块、模拟数字转换模块等各个模块中所包含的电子元器件)可能会在信号采集和处理过程中，其设备本身也产生仪器噪声，因此这里设置数字滤波模块7以消除仪器噪声干扰。

优选的，模拟数字转换模块5可以为模拟数字转换器(Analog-to-digitalconverter，ADC)，其可以将模拟形式的连续信号转换为数字形式的离散信号。数字滤波模块7可以为数字滤波器(Digital filter)，数字滤波器可以按照程序计算信号，达到滤波的目的，即通过对数字滤波器的存储器编写程序，就可以实现各种滤波功能。对数字滤波器来说，增加功能就是增加程序，不用增加元件，不受元件误差的影响；对低频信号的处理也不用增加芯片的体积。因此用数字滤波方法可以摆脱模拟滤波器被元件限制的困扰，具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。

作为本实用新型的一个优选实施方式，其特征在于，该心电检测系统100还可以包括第一电阻R1和第二电阻R2，其中，第一电阻R1的第一端与心电采集模块1连接，第一电阻R2的第二端与第一放大模块2相连；第二电阻R2的第一端与心电采集模块1连接，第二电阻R2的第二端与第一放大模块2相连。

具体的，参考图3，当第一放大模块2为第一运算放大器AR1，心电采集模块1为两个心电传感器T1、T2时，第一电阻R1的一端与第一心电传感器T1相连，第一电阻R1的第二端与第一运算放大器AR1的负相输入端相连；而第二电阻R2的一端与第二心电传感器T2相连，第二电阻R2的第二端与第一运算放大器AR1的正相输入端相连。第一电阻和第二电阻可以用于降低被检体的静电信号对于心电信号的影响。

以图3为例，具体说下该电路的具体工作过程：

第一心电传感器T1和第二心电传感器T2分别采集人手拇指和掌心处的心电信号，然后心电信号分别经过第一电阻R1和第二电阻R2去除静电信号后，分别输送到第一运算放大器AR1的负相输入端和正相输入端，经过第一运算放大器AR1放大后输出一级放大信号，同时由于第一运算放大器AR1并联有负反馈网络，因此，伴随着负反馈过程，即第九电阻接收到一级放大信号输送至第三运算放大器AR3的负相输入端，通过调节第七电阻R7和第八电阻R8的比值，使得经由第三电阻R3和第四电阻R4输送至第三运算放大器AR3的正相输入端，然后经由第三运算放大器AR3处理再反馈给第一运算放大器AR1的正相输入端，从而保证第一运算放大器AR1的一级放大信号能够稳定输出；同时，第五电阻R5接收一级放大信号输并将其送至第二运算放大器AR2的负相输入端，而第二运算放大器AR2的正相输入端则接收经由第三电阻R3和第四电阻R4输送的心电传感器采集到的心电信号中的直流成分，并且经由第二运算放大器AR2的放大作用，一级放大信号被放大为二级放大信号，然后输出至由第十电阻R10和第三电容C3组合的RC滤波器中，去除其中频率高于50Hz的杂质信号，之后被输送至模拟数字转换器ADC，将模拟信号转换为数字信号，并经过数字滤波器去除仪器噪声信号后输出心电波形图。

本实用新型实施例提供的心电检测系统，通过两级放大，并对第一级放大模块输出的一级放大信号进行负反馈处理，即通过负反馈模块滤除一级放大信号中的由人体体表摩擦引起的静电信号、空气中微弱的电磁波信号等组成的杂质信号，以防止心电信号经过一级放大后失真，进而在进行二级放大，再通过低通滤波模块去除高频电磁波以及工频信号等信号的干扰，然后经过模拟数字转换模块将经过低通滤波模块处理后的信号转换为数字信号输出，得到较为准确的心电信号。

以上只是举例说明本实用新型实施例提供的心电检测系统中的各个模块的具体结构，在具体实施时，上述各模块的具体结构不局限于本实用新型实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，再次不作限定。

相应的，本实用新型的具体实施方式还提供了一种活体指纹识别装置，如图4所示，包括：上述具体实施方式提供的心电检测系统100、活体判断模块200、指纹检测模块300以及指纹验证模块400；其中，心电检测系统100用于检测被检体的心电信息；活体判断模块200用于将检测到的被检体的心电信息与第一预设信息进行比较，以判断被检体是否为活体；若被检体的心电信息在第一预设信息范围内，则被检体为活体。

如上所说，当心电信息为心电波图形时，第一预设信息也应该是人体的心电波形图的集合，可以将被检体的心电波形图与第一预设信息的心电波形图集合中的每个图形通过处理器进行拟合比对，若是一致则被检体为活体。但是这种方法太过于繁琐，耗时较长。上文中提到本实用新型实施例提供的心电检测系统100采集的心电信号不一定必须是完整的信号，可以只包含一些特定的信息，比如心电波信号中的波峰、波谷以及频率等信息。相应地，这里所说的第一预设信息范围不一定是人体心电的所有特征信息，可以只是与人体的心电信息相关的某些参数的范围。优选的，第一预设信息包括心电信息中的波峰、波谷以及频率这些参数的信息。需要注意的是，第一预设信息中并不限于波峰、波谷、频率等参数，只要保证第一预设信息与心电检测系统100输出的心电信息的参数一致即可，在此不作限定。

并且由于每个人的体质差异，其心电信息不能完全相同，会有一定的波动范围，即人体的心电波不是确定，而是具有一定浮动的范围，换句话说就是，不同人体的心电波的波峰、波谷以及频率等特征是不同的。因此，优选地，第一预设信息包括人体心电信息中波峰的范围、波谷的范围以及频率的范围。在判断被检体是否为活体(也就是人体)时，需要分别将被检体的心电信息中的波峰、波谷以及频率分别与第一预设信息中的波峰范围、波谷范围以及频率范围作比较，只有当被检体的心电信息中的波峰、波谷以及频率分别在第一预设信息中的波峰范围、波谷范围以及频率范围内，才能判断被检体为活体，即，只有波峰、波谷以及频率三者均符合条件才能认定为活体，而只有其中一个或者两个参数满足条件，不能被判断为活体。比如被检体的心电信息中只有波峰在第一预设信息中的波峰范围内，不能判定为活体；或者被检体心电信息中只有波谷在第一预设信息中的波谷范围内以及被检体心电信息中的频率在第一预设信息中的频率范围内，也不能判断被检体为活体。以具体数字为例，可以设置第一预设信息中的波峰范围为4V～7V，波谷范围为-2V～1V，频率范围为1Hz～2Hz，当检测到被检体的心电信息中的波峰为6V，波谷范围为-0.5V，频率范围为0.2Hz时，虽然被检体心电信息中的波峰和波谷分别在第一预设信息的波峰范围和波谷范围内，但是被检体心电信息中的频率不在第一预设信息的频率范围内，因此判断该被被检体不为活体；而当被检体的心电信息中的波峰为6V，波谷范围为-0.5V，频率范围为1.2Hz时，被检体心电信息中的波峰、波谷以及频率分别在第一预设信息中的波峰范围、波谷范围以及频率范围内，因此可以判断被检体为活体。

指纹检测模块300用于检测被检体的指纹信息，这里的指纹检测技术是现有技术中的成熟技术，在此不做赘述。指纹验证模块400用于将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，其中，注册指纹信息由用户预先注册在活体指纹识别装置中。若被检体为活体且指纹信息与注册指纹信息一致，则验证通过。

需要注意的是，这里指的验证通过，具体是在活体判断模块200根据检测到的心电信息与第一预设信息进行比较以及指纹验证模块400根据检测到的指纹信息与注册指纹信息进行比较的基础上，进行判断验证是否通过的，即只有同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件，验证才能通过；只满足其中一个条件时，验证是不能通过的。

本实用新型采用活体判断模块与指纹验证模块相结合，当同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件时，验证才能通过，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了指纹识别装置的安全性。

本实用新型提供的活体指纹识别装置可以被用于电子设备(如平板、手机等)、门禁系统以及其他一些需要验证用户身份的设备系统中，在此不做限定。

作为本实用新型的一个优选实施方式，如图5所示，指纹识别装置还可以包括：健康检测模块500，在活体判断模块200判断被检体是否为活体之后，若被检体为活体，健康检测模块500将检测到的被检体的心电信息与第二预设信息进行比较，以判断被检体的健康状态；其中，若被检体的心电信息不在第二预设信息范围内，则被检体处于不健康状态；其中，第一预设信息范围包含第二预设信息范围。具体地，第一预设信息和第二预设信息可以被设置在活体判断模块中，也可以被单独设置在其他的存储模块中，需要使用时，再从存储模块中进行调取。在此，对预设生物信息的存储位置不作限定。并且与第一预设信息一样，优选的，第二预设信息包括心电信息中的波峰、波谷以及频率这些参数的范围，但第二预设信息并不限于这些参数，在此不作限制。

相应地，第一预设信息范围包含第二预设信息范围具体是指第一预设信息中的波峰范围包括第二预设信息中的波峰范围，第一预设信息中的波谷范围包括第二预设信息中的波谷范围以及第一预设信息中的频率范围包括第二预设信息中的频率范围。比如，第一预设信息中的波峰范围为4V～7V，波谷范围为-2V～1V，频率范围为1Hz～2Hz；第二预设信息中的波峰范围为5V～6V，波谷范围为-1V～0V，频率范围为1.2Hz～1.5Hz。当检测到被检体的心电信息中的波峰为5V，波谷范围为-3V，频率范围为1.4Hz时，虽然被检体的波峰和频率在第一预设信息范围内，但是被检体的波谷不在第一预设信息的波谷范围内，因此判断该被被检体不为活体，也就不再需要判断其健康状态；当检测到被检体的心电信息中的波峰为5.5V，波谷范围为-0.5V，频率范围为1.8Hz时，被检体心电信息中的波峰、波谷以及频率均在第一预设信息的范围内，因此该被检体为活体，进而进行健康检测步骤，将被检体的心电信息中的波峰、波谷、频率分别与第二预设信息中进行比较，被检体的频率不在第二预设信息的频率范围内，因此被检体处于不健康状态。

即，当装置识别出被检体为活体时，还能够根据该被检体的心电信息判断其健康状态并给出反馈，便于用户及时了解自身的身体状态。需要注意的是，如果活体判断模块200判断被检体不是活体，那么就无须利用健康检测模块500对被检体进行健康诊断，以节省装置用电量。

具体地，由于人体的身体健康状况不同，其心电信息的范围亦不同，因此如本方案中所说的，虽然被检体的心电信息在第一预设信息范围内，即被检体虽然是活体，但是其不一定健康，需要利用第二预设信息进行判断健康状态。此时，如果被检体的心电信息在第二预设信息范围内，则被检体处于健康状态；如果被检体的心电信息不在第二预设信息范围内，那么被检体就处于不健康状态，当然这里的被检体是对于活体(也就是人)来说的。若不被检体不是活体，就不需要讨论健康与否了。

作为本实用新型的一个优选实施方式，如图5所示，活体指纹识别装置还可以包括：报警模块600，在健康检测模块判断被检体的将康状态之后，当被检体处于不健康状态时，报警模块600进行报警。优选的，当被检体的心电信息低于第一阈值，报警模块进行第一报警；若心电信息高于第二阈值，报警模块进行第二报警。

即，如果报警模块600不被触发，则表明被检体的健康状态正常，只有当健康状态异常(即被检体处于不健康状态时)，报警模块才会被触发。其中，报警又可以分为两种形式：第一报警和第二报警，且第一报警与第二报警不同。具体地，第一报警和第二报警可以是语音报警(两种报警的语音内容不同)，也可以是不同的灯光闪烁报警(例如，第一报警用红灯闪烁进行报警，而第二报警则用绿灯闪烁进行报警)，只要是可以区分出不同的报警信号即可，在此不作限定。另外，报警模块600可以直接与健康检测模块500相连，也可以不与健康检测模块500相连，而是与控制器相连，当健康检测模块500检测到被检体处于不健康状态时，通过控制器控制报警模块600进行报警。

这里的第一阈值和第二阈值分别为第二预设信息范围的下限和上限，比如为第二预设信息中的频率范围的上下限。优选的，报警模块600中，第一阈值可以为1.2Hz，第二阈值可以为1.5Hz，当被检体的心电信息中的频率值为1Hz时，报警模块600会进行第一报警，比如语音提示心率过慢或者红灯闪烁；当被检体的心电信息中的频率值为1.8Hz时，报警模块600会进行第二报警，比如语音提示心率过快或者绿灯闪烁等。

由于不同物体有不同的心电信息，特别是水果、蔬菜以及木材、金属之类无生命的物体是不具有心电波的，因此通过检测被检体的心电信息是否为接近人体心电信息的方法可以确定被检体是否为人体。并且心电信息能够直接反映一个人的心脏状态的好坏，而心脏是人体作为重要的器官之一，因此，可以利用检测人体的心电信息来辅助判断人体的健康状况。

作为本实用新型的一个优选方式，如图5所示，该活体指纹识别装置还可以包括激活模块700，当被检体为活体时，该激活模块700用于激活指纹检测模块300以检测被检体的指纹信息。

需要注意的是，这里的激活模块700激活指纹检测模块300的过程是在活体判断模块200判断被检体是否为活体之后才进行的。即只有检测到被检体为活体时，才进行激活指纹检测模块300进而检测被检体的指纹信息，若被检体不是活体，则不需要进行指纹检测，也就是说，若被检体不是活体，指纹检测模块300则处于休眠状态，这样可以节省电源，并在一定程度上可以延长装置的使用寿命。

作为本实用新型的一个优选方式，如图5所示，该活体指纹识别装置还可以包括接触检测模块800，用于在心电检测系统100检测被检体的心电信息之前，检测被检体的触摸，当检测到被检体触摸时，激活心电检测系统100以检测被检体的心电信息。也就是说，在心电检测系统100进行检测之前，可以通过接触检测模块800判断被检体是否触摸到该装置，如没有触摸到，则继续保持心电检测系统100处于休眠状态，同样的，设置接触检测模块800之后，可以进一步节省电源，并进一步在一定程度上延长装置的使用寿命。

作为本实用新型的一个优选方式，如图5所示，该活体指纹识别装置还可以包括存储模块900，用于在心电检测系统100检测被检体的心电信息之前，存储注册指纹信息，和/或，第一预设信息。即用户预先注册的指纹信息和(或者)预先设置的能够表征人体心电信息的第一预设信息可以被存储在该存储模块900中，便于指纹识别模块400和(或者)活体判断模块200调取存储模块900中的数据信息进行数据处理与匹配。

以上只是举例说明本实用新型实施例提供的活体指纹识别装置中的各模块的具体结构，在具体实施时，上述各模块的具体结构不局限于本实用新型实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，再次不作限定。

相应地，本实用新型还提供了一种智能门锁，包括本实用新型上述实施方式提供的活体指纹识别装置。

相应地，参考图6，本实用新型的具体实施方式还提供了一种活体指纹识别方法，具体包括：

S1、心电检测步骤，检测被检体的心电信息。

具体地，因为每种生物的心电信息不同，因此可以选用心电信息作为判断被检体是否为人体的依据。这里的心电信息可以是心电信息中波峰信息、波谷信息、频率信息等相关参数，在此不作限定。

S2、活体判断步骤，将检测到的被检体的心电信息与第一预设信息进行比较，以判断被检体是否为活体，若被检体的心电信息在第一预设信息范围内，则被检体为活体。

具体地，第一预设信息包括心电信息中的波峰、波谷以及频率这些参数的范围，但是，第一预设信息中并不限于波峰、波谷、频率等参数，只要保证第一预设信息与心电检测系统100检测的被检体的心电信息中的参数一致即可。

S3、指纹检测步骤，检测被检体的指纹信息。

具体地，这里的指纹检测步骤可以利用任何一种指纹检测技术进行检测，例如微波检测技术、光电信息检测技术等等，由于指纹检测技术目前已是一种较为成熟的检测技术，故在此不做赘述。

S4、指纹验证步骤，将检测到的被检体的指纹信息与注册指纹信息进行比较，注册指纹信息由用户预先注册；其中，若被检体为活体且指纹信息与注册指纹信息一致，则验证通过。

也就是说，如果只满足被检体为活体或者被检体指纹信息与注册指纹信息一致中的一个条件，验证不能通过。只有在同时满足被检体为活体以及检测到的指纹信息能够与注册指纹信息匹配这两个条件，验证才能够通过。

通过将活体检测与指纹检测相结合，能够降低指纹识别过程中被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高指纹识别的安全性。

作为本实用新型的一个优选方式，该活体指纹识别方法，在活体判断步骤之后，还包括：健康检测步骤，当被检体为活体时，将检测到的被检体的心电信息与第二预设信息进行比较，以判断被检体的健康状态；其中，

若被检体的心电信息不在第二预设信息范围内，则被检体处于不健康状态；第一预设信息范围包含第二预设信息范围。

具体地，如上所说，由于每个人的体质差异，其心电信息不能完全相同，会有一定的波动范围，即人体的心电信息中波峰、波谷以及频率等参数不是确定的某个数值，而是分别具有一定的范围。换句话说就是，在该范围内的可以判断为人体(活体)。但是由于某些原因，例如，身体健康状况不同，其心电信息的范围亦不同，即如本方案中所说的，可以第二预设信息为依据，判断被检体的健康状态，在第二预设信息范围内的处于健康状态，否则为不健康状态。具体例子参考健康检测模块中第二预设信息范围的例子。

作为本实用新型的一个优选实施方式，在健康检测步骤之后，该活体指纹识别方法还可以包括：报警步骤，当被检体处于不健康状态时进行报警。

作为本实用新型的一个优选方式，在活体判断步骤之后，在指纹检测步骤之前，该活体指纹识别方法还可以包括：激活步骤，当被检体为活体时，执行指纹检测步骤。

具体的，该步骤设置在活体判断步骤S2与指纹检测步骤S3之间，即，如果活体判断步骤S2判断被检体不是活体，则不执行指纹检测步骤S3；只有当被检体为活体时，才继续执行指纹检测步骤S3。

作为本实用新型的一个优选方式，在心电检测步骤S1之前，该活体指纹识别方法还可以包括：接触检测步骤，检测被检体的触摸；当检测到被检体触摸时，执行心电检测步骤S1。

该步骤设置在心电检测步骤S1之前，换句话说就是，只有感测到被检体接触时，才执行心电检测步骤S1。

作为本实用新型的一个优选方式，在心电检测步骤S1之前，该活体指纹识别方法还可以包括：存储步骤，其设置在心电检测步骤S1之前，该存储步骤具体为存储用户预先注册的注册指纹信息，和/或，预先设置的第一预设信息，以方便活体判断步骤与指纹识别步骤进行数据的调取与处理。

本实用新型提供的活体指纹识别装置，采用心电检测系统、活体判断模块、指纹检测模块以及指纹验证模块相结合，当同时满足被检体为活体且检测的指纹信息与注册指纹信息一致这两个条件时，验证才能通过，降低了指纹识别装置被仿造的假指纹欺骗通过的风险，提高了指纹识别装置的安全性。

另外，活体指纹识别装置中的心电检测系统对心电传感器采集到的心电信号采用两级放大，并对第一放大模块输出的一级放大信号进行负反馈处理，即通过负反馈模块滤除一级放大信号中的由人体体表摩擦引起的静电信号、空气中微弱的电磁波信号等组成的杂质信号，以防止心电信号经过一级放大后失真，然后再将一级放大信号进行二级放大，并通过低通滤波模块去除二级放大信号中的高频电磁波以及工频信号等信号的干扰，然后经过模拟数字转换模块将经过低通滤波模块处理后的信号转换为数字信号输出，得到较为准确的心电信号。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (11)

1.一种心电检测系统，其特征在于，包括：

心电采集模块，用于采集被检体的心电信号；

第一放大模块，用于接收所述心电采集模块采集的心电信号，并对所述心电信号进行放大后输出一级放大信号；

负反馈模块，与所述第一放大模块并联，用于滤除所述一级放大信号中的杂质信号并保持所述一级放大信号稳定输出；

第二放大模块，接收所述一级放大信号，对所述一级放大信号进行放大后输出二级放大信号；

低通滤波模块，接收所述二级放大信号并处理后输出；

模拟数字转换模块，接收所述低通滤波模块输出的处理后的信号并将所述处理后的信号转换成数字信号后输出所述被检体的心电信息。

2.如权利要求1所述的心电检测系统，其特征在于，所述负反馈模块包括：第三电阻、第四电阻、第九电阻、第一电容以及第三运算放大器；其中，

所述第三运算放大器的正相输入端与所述第二放大模块相连，所述第三运算放大器的负相输入端分别与所述第九电阻的第二端以及所述第一电容的第二端相连，所述第三运算放大器的输出端分别与所述第一电容的第一端以及所述第一放大模块相连；

所述第三电阻的第一端分别与所述第一放大模块和所述心电采集模块相连，所述第三电阻的第二端分别与所述第四电阻的第二端以及所述第三运算放大器的正相输入端相连；

所述第四电阻的第一端分别与所述第一放大模块和所述心电采集模块相连；

所述第九电阻的第一端分别与所述第一放大模块和所述第二放大模块相连。

3.如权利要求2所述的心电检测系统，其特征在于，所述负反馈模块还包括：第七电阻、第八电阻以及第四电容；其中，

所述第七电阻的第一端与电源端相连，所述第七电阻的第二端、所述第八电阻的第一端以及所述第四电容的第一端均与所述第三运算放大器的正相输入端相连；

所述第八电阻的第二端和所述第四电容的第二端均与接地端相连。

4.如权利要求1所述的心电检测系统，其特征在于，所述第一放大模块是型号为AD627的运算放大器。

5.如权利要求1所述的心电检测系统，其特征在于，还包括：数字滤波模块，所述数字滤波模块与所述模拟数字转换模块相连。

6.如权利要求1所述的心电检测系统，其特征在于，所述第二放大模块具体包括：第五电阻、第六电阻、第二运算放大器以及第二电容；其中，

所述第二运算放大器的正相输入端与所述负反馈模块相连，所述第二运算放大器的负相输入端分别与所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端以及所述第二电容的第一端相连，所述第二运算放大器的输出端与所述低通滤波模块相连，用于输出所述二级放大信号；

所述第五电阻的第一端与所述第一放大模块相连，用于接收所述一级放大信号；

所述第六电阻的第二端分别与所述第二电容的第二端以及所述第二运算放大器的输出端相连。

7.如权利要求1所述的心电检测系统，其特征在于，所述低通滤波模块具体包括：第十电阻以及第三电容，其中，

所述第十电阻的第一端与所述第二放大模块相连，用于接收所述二级放大信号，所述第十电阻的第二端和所述第三电容的第一端均与所述模拟数字转换模块相连，用于输出所述处理后的信号；

所述第三电容的第二端与接地端相连。

8.如权利要求1所述的心电检测系统，其特征在于，所述第二放大模块的放大倍数是所述第一放大模块放大倍数的25～50倍。

9.如权利要求1所述的心电检测系统，其特征在于，还包括：第一电阻与第二电阻；

所述第一电阻的第一端与所述心电采集模块连接，所述第一电阻的第二端与所述第一放大模块相连；

所述第二电阻的第一端与所述心电采集模块连接，所述第二电阻的第二端与所述第一放大模块相连。

10.一种活体指纹识别装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的心电检测系统。

11.一种智能门锁，其特征在于，包括如权利要求10所述的活体指纹识别装置。

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