指纹锁的硬件模块设计思路

指纹锁的硬件模块设计思路

采集图像传感器

指纹传感器是通过光学扫描、晶体热敏、晶体电容等3种主要传感原理采集指纹图像。衡量一个传感器的质量主要有：成像质量、手指适应能力、采集速度、电气特性、硬件接口能力、SDK能力、附加功能。根据成像原理不同。广泛使用的指纹传感器类型有光学、电感式、电容式以及压感式等。其中，CMOS光学传感器具有无畸变、指纹图像清晰、对比度高的特点，对质量较差指纹具有良好的校正和容错性能，在使用寿命上百万次无变化。指纹图像读取过程中，采用自适应参数调节机制，使干、湿手指都有较好的成像质量，适用人群更广泛，所以这里采用CMOS光学传感器作为嵌入式指纹锁的图像采集设备。而其他类型的传感器虽具有体积小、重量轻等优势，但其自身的缺陷注定了这些类型的传感器不适合作为门禁锁产品。

图像处理模块

指纹锁既要求稳定性好、识别速度快、准确率高，还要求体积小、功耗低，采集速度快。为了将PC机验证的指纹算法较好地移植到嵌入式系统中，选择合适的算法模块CPU至关重要。目前国内大多数采用“DSP+MCU”，“ARM+MCU”，或“FPGA+MCU”方式实现。在设计算法处理模块CPU时，分别对ARM、DSP和FPGA进行比较：性能较强的FPGA，但价格都较高，与该设计“民用”指纹锁低成本要求不符。而对于当今比较流行的嵌入式系统ARM和DSP，两者各有优点，应用的针对场合不同。结合该系统设计的技术要求和特点，考虑性能高、功耗低的器件。

底层控制模块及其他模块

设计指纹锁，除了要有完整的中间构件——指纹识别模块，还需要配套的底层控制模块等基础构件。该系统选用高性能低功耗的MEGA8单片机作为底层控制模块的CPU处理器。该器件所实现的功能有：循环扫描键盘并进行相应处理；控制LED灯指示系统当前工作状态；驱动电机执行开关门锁动作；与DSP通讯交互信息等。如图2所示，单片机作为底层控制模块，其IO引脚控制其他器件，采用I2C与DSP进行信息交换。

软件设计时，MEGA8单片机上电后CPU启动进入复位状态，进行寄存器初始化，读取存储参数，设置外围传感器参数等工作。启动完毕，即进入工作状态，处理相应的各类底层驱动。进入休眠态前，存储好各项参数，保存现场，然后进入省电模式。

电源管理模块如图3所示，包括电源和电源管理器件。电源部分，该设计由4节1.5 V 串联的干电池供电，此电压实际最高时为7V左右，最低时为5V，足以满足整体体统的电压要求。电源管理器件，选用手持设备中常用的低功耗高性能稳压器R1111N331B、

XC62068152MR、XC6-206P332MR，输出33V的整体电压和DSP1.8V的核心电压，这类器件的特点是它具有控制关断引引脚，在系统处于睡眠时，可以通过置位使能端，关断整个系统板的供电，从而达到低功耗节能的目的。