本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)，具體涉及一種集成式相控陣指紋傳感器。

背景技術(shù)：

指紋傳感器是實(shí)現(xiàn)指紋自動(dòng)采集的關(guān)鍵器件。由于指紋的唯一性和便攜性等特點(diǎn)，指紋傳感器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金融支付、安防設(shè)施、考勤系統(tǒng)等身份信息認(rèn)證識(shí)別領(lǐng)域。

傳統(tǒng)的指紋識(shí)別方式有光學(xué)識(shí)別、電容識(shí)別。其中電容識(shí)別方式存在的缺陷是對于臟手指、濕手指等識(shí)別率低。當(dāng)前較為先進(jìn)的指紋識(shí)別技術(shù)是射頻指紋識(shí)別技術(shù)，但是采用的射頻信號的頻率和相位單一，導(dǎo)致其探測深度和維度局限在幾十μm以內(nèi)固定深度的指紋脊線二維圖像上,不能進(jìn)一步采集到包括指紋脊線、汗毛孔、毛細(xì)血管、骨骼等生物識(shí)別信息在內(nèi)的三維圖像，限制了識(shí)別率、精確性和防偽性的進(jìn)一步提高。生物識(shí)別技術(shù)是指通過計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性，例如指紋、臉象、虹膜等和行為特征，例如筆跡、聲音、步態(tài)等來進(jìn)行個(gè)人身份鑒定的技術(shù)手段，具有抗干擾因素強(qiáng)、識(shí)別率高等優(yōu)點(diǎn)。然而在特殊的領(lǐng)域中，需要“移動(dòng)、距離”檢測技術(shù)，來解決傳感器喚醒、低功耗、移動(dòng)報(bào)警、運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤等問題，這些問題的解決方法僅僅依靠單一的生物識(shí)別技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種指紋識(shí)別率和準(zhǔn)確性高且能夠解決單一傳感器高功耗、無法喚醒和移動(dòng)報(bào)警等問題的集成式相控陣指紋傳感器。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種集成式相控陣指紋傳感器，包括一個(gè)電路板，電路板上設(shè)置微控制器，用于發(fā)射和接收無線信號的相控陣收發(fā)模塊，陀螺儀，加速度傳感器，用于信號切換的模擬矩陣開關(guān)，a/d轉(zhuǎn)換模塊和用于供電的電源模塊；微控制器用于處理實(shí)時(shí)相控陣收發(fā)模塊、陀螺儀和加速度傳感器的信息，相控陣收發(fā)模塊、陀螺儀和加速度傳感器通過模擬矩陣開關(guān)與a/d轉(zhuǎn)換模塊的輸入端電連接，a/d轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與微控制器電連接。

進(jìn)一步地，電路板上設(shè)置gps模塊，gps模塊與微控制器連接。

進(jìn)一步地，相控陣收發(fā)模塊包括多個(gè)發(fā)射天線，用于發(fā)出多種頻率和/或相位的無線信號，對手指指紋進(jìn)行波束電掃描；無線信號發(fā)生器，用于向發(fā)射天線輸入多種頻率和/或相位無線信號的無線信號；無限信號調(diào)節(jié)器，位于無限信號發(fā)生器和發(fā)射天線之間，用于調(diào)節(jié)無線輸入信號的相位和/或頻率；至少一個(gè)接收天線，用于接收無線信號穿透手指后產(chǎn)生多個(gè)載有指紋信息的反射信號。

優(yōu)選地，微處理器是基于mcu和dsp架構(gòu)的集成芯片。

優(yōu)選地，陀螺儀為三軸陀螺儀。

優(yōu)選地，加速度傳感器為mems三軸加速度傳感器。

優(yōu)選地，微控制器通過i2c接口或spi接口進(jìn)行信息傳輸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明將陀螺儀和加速度傳感器集成到相控陣指紋傳感器上，一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，節(jié)省了安裝空間，方便維護(hù)和安裝，采用集成方式減少了外界對傳感器信號的影響，提高了傳感器的穩(wěn)定性。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于手機(jī)、汽車、智能手環(huán)、印章等多種設(shè)備中，不僅可以用于指紋驗(yàn)證，而且能夠進(jìn)行動(dòng)感體驗(yàn)操作、運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤或根據(jù)需求調(diào)整設(shè)備狀態(tài)為休眠或喚醒，從而降低電源模塊功耗，節(jié)能環(huán)保；

（2）本發(fā)明將相控陣原理應(yīng)用到指紋傳感器上，通過向手指發(fā)射多個(gè)具有不同相位和頻率的無線信號來實(shí)現(xiàn)波束電掃描，從而獲得多個(gè)載有不同深度指紋信息的反射信號，對反射信號進(jìn)行處理后可獲得具有豐富細(xì)節(jié)特征的三維圖像，識(shí)別率和準(zhǔn)確性高；由于采用的是多譜段的無線信號對指紋信息進(jìn)行采集，因此可以排除汗水、護(hù)手霜、傷痕等干擾因素實(shí)現(xiàn)信息的識(shí)別，提高了識(shí)別率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的原理示意圖；

圖2是本發(fā)明中相控陣收發(fā)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-發(fā)射天線、2-接收天線、3-無限信號發(fā)生器、4-無線信號調(diào)節(jié)器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1和圖2，對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本發(fā)明公開了一種集成式相控陣指紋傳感器，包括一個(gè)電路板，如圖1所示，電路板上設(shè)置微控制器，用于發(fā)射和接收無線信號的相控陣收發(fā)模塊，陀螺儀，加速度傳感器，用于信號切換的模擬矩陣開關(guān)，a/d轉(zhuǎn)換模塊和電源模塊。微控制器用于處理實(shí)時(shí)相控陣收發(fā)模塊、陀螺儀和加速度傳感器的信息，電源模塊用于為整個(gè)電路系統(tǒng)供電。

相控陣收發(fā)模塊用于發(fā)射和接收無線信號進(jìn)行指紋識(shí)別，如圖2所示，包括多個(gè)發(fā)射天線1，用于發(fā)出多種頻率和/或相位的無線信號，對手指指紋進(jìn)行波束電掃描，無線信號的頻率在1mhz~5mhz間，可以穿透金屬、塑料、玻璃等材料，排除汗水、護(hù)手霜、傷痕等干擾因素實(shí)現(xiàn)信息的識(shí)別，提高識(shí)別率，波束電掃描的方式是相掃、頻掃、相/相掃或者相/頻掃，采用多種波束電掃描方式的組合，可以進(jìn)一步提高指紋的識(shí)別度和抗干擾性能，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)采集、拓?fù)渌阉骱椭悄茏R(shí)別等功能；無線信號發(fā)生器3，用于向發(fā)射天線輸入多種頻率和/或相位無線信號的無線信號；無限信號調(diào)節(jié)器4，位于無限信號發(fā)生器3和發(fā)射天線1之間，用于調(diào)節(jié)無線輸入信號的相位和/或頻率；至少一個(gè)接收天線2，用于接收無線信號穿透手指后產(chǎn)生多個(gè)載有指紋信息的反射信號。

模擬矩陣開關(guān)通過收發(fā)電路與相控陣收發(fā)模塊連接，接收天線2接收的載有指紋信息的反射信號通過收發(fā)電路進(jìn)行濾波降噪和放大處理后輸送給模擬矩陣開關(guān)，相控陣收發(fā)模塊、陀螺儀和加速度傳感器通過模擬矩陣開關(guān)與a/d轉(zhuǎn)換模塊的輸入端電連接，a/d轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與微控制器電連接。模擬矩陣開關(guān)根據(jù)需求命令將相控陣收發(fā)模塊、陀螺儀、加速度傳感器的信號進(jìn)行切換，選擇性將信號傳輸給a/d轉(zhuǎn)換模塊，a/d轉(zhuǎn)換模塊將接收的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；微處理器接收數(shù)字信號并根據(jù)需要對信號進(jìn)行圖像處理或計(jì)算得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在本實(shí)施例中，微處理器是基于mcu和dsp架構(gòu)的集成芯片，具有強(qiáng)大的信號處理功能，且具有低功耗、低成本和小封裝等優(yōu)點(diǎn)；陀螺儀采用的是三軸陀螺儀，加速度傳感器為mems三軸加速度傳感器。微控制器通過i2c接口或spi接口進(jìn)行信息傳輸。

電路板上還可設(shè)置gps模塊，用于定位位置信息，gps模塊與微控制器連接，當(dāng)gps模塊的信號丟失時(shí)，微控制器也可根據(jù)陀螺儀和加速度傳感器的信號進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤。

本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于手機(jī)、汽車、智能手環(huán)、印章等多種設(shè)備中，不僅可以用于指紋驗(yàn)證，而且能夠進(jìn)行動(dòng)感體驗(yàn)操作、運(yùn)動(dòng)軌跡的跟蹤或根據(jù)需求調(diào)整設(shè)備狀態(tài)為休眠或喚醒，從而降低電源模塊功耗，節(jié)能環(huán)保。

以本發(fā)明應(yīng)用于印章為例，需要使用印章時(shí)，首先進(jìn)行指紋驗(yàn)證，相控陣收發(fā)模塊啟動(dòng)，待指紋驗(yàn)證一致后方可使用。印章平放時(shí)，陀螺儀和加速度傳感器檢測到印章處于靜止?fàn)顟B(tài)，將此信號傳輸給微控制器，微控制器調(diào)整電源模塊為低功耗供電模式，即休眠模式，降低電源模塊功耗，節(jié)能環(huán)保；當(dāng)需要使用印章時(shí)，陀螺儀和加速度傳感器檢測到印章移動(dòng)，將此信號傳輸給微控制器，微控制器再調(diào)整電源模塊為正常供電模式，即喚醒模式，便于使用。

以本發(fā)明應(yīng)用于汽車或電動(dòng)車為例，需要指紋解鎖時(shí)，相控陣收發(fā)模塊啟動(dòng)，進(jìn)行指紋驗(yàn)證；需要定位汽車或電動(dòng)車的位置信息時(shí)，gps模塊啟動(dòng)，獲取位置信息；需要了解汽車或電動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)軌跡，而gps模塊的信號較弱或信號丟失時(shí)，陀螺儀和加速度傳感器檢測信號并將信號傳輸給微控制器，獲得它們的運(yùn)動(dòng)軌跡。

以本發(fā)明應(yīng)用于老年人帶的智能手表為例，需要啟動(dòng)智能手表進(jìn)行指紋解鎖時(shí)，相控陣收發(fā)模塊啟動(dòng)，進(jìn)行指紋驗(yàn)證；需要定位位置信息時(shí)，gps模塊啟動(dòng)，獲取位置信息；當(dāng)陀螺儀和加速度傳感器檢測到老人跌倒失重的瞬間信號時(shí)，將此信號傳輸給微控制器，微控制器可以控制外接的警報(bào)器發(fā)出警報(bào)，提醒其他人把跌倒老人及時(shí)扶起和救治。

本發(fā)明將陀螺儀和加速度傳感器集成到相控陣指紋傳感器上，一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，節(jié)省了安裝空間，方便維護(hù)和安裝，采用集成方式減少了外界對傳感器信號的影響，提高了傳感器的穩(wěn)定性。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。