本發(fā)明涉及傳感器技術，具體涉及一種集成式相控陣指紋傳感器。

背景技術：

指紋傳感器是實現(xiàn)指紋自動采集的關鍵器件。由于指紋的唯一性和便攜性等特點，指紋傳感器已經廣泛應用于金融支付、安防設施、考勤系統(tǒng)等身份信息認證識別領域。

傳統(tǒng)的指紋識別方式有光學識別、電容識別。其中電容識別方式存在的缺陷是對于臟手指、濕手指等識別率低。當前較為先進的指紋識別技術是射頻指紋識別技術，但是采用的射頻信號的頻率和相位單一，導致其探測深度和維度局限在幾十μm以內固定深度的指紋脊線二維圖像上,不能進一步采集到包括指紋脊線、汗毛孔、毛細血管、骨骼等生物識別信息在內的三維圖像，限制了識別率、精確性和防偽性的進一步提高。生物識別技術是指通過計算機與光學、聲學、生物傳感器和生物統(tǒng)計學原理等高科技手段密切結合，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)等來進行個人身份鑒定的技術手段，具有抗干擾因素強、識別率高等優(yōu)點。然而在特殊的領域中，需要“移動、距離”檢測技術，來解決傳感器喚醒、低功耗、移動報警、運動軌跡跟蹤等問題，這些問題的解決方法僅僅依靠單一的生物識別技術是無法實現(xiàn)的。

技術實現(xiàn)要素：

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

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種集成式相控陣指紋傳感器，包括一個電路板，電路板上設置微控制器，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，a/d轉換模塊和用于供電的電源模塊；微控制器用于處理實時相控陣收發(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與a/d轉換模塊的輸入端電連接，a/d轉換模塊的輸出端與微控制器電連接。

進一步地，電路板上設置gps模塊，gps模塊與微控制器連接。

進一步地，相控陣收發(fā)模塊包括多個發(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；無限信號調節(jié)器，位于無限信號發(fā)生器和發(fā)射天線之間，用于調節(jié)無線輸入信號的相位和/或頻率；至少一個接收天線，用于接收無線信號穿透手指后產生多個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接口進行信息傳輸。

與現(xiàn)有技術相比，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，一體化設計，結構簡單，體積小，節(jié)省了安裝空間，方便維護和安裝，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)明可廣泛應用于手機、汽車、智能手環(huán)、印章等多種設備中，不僅可以用于指紋驗證，而且能夠進行動感體驗操作、運動軌跡的跟蹤或根據(jù)需求調整設備狀態(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)明將相控陣原理應用到指紋傳感器上，通過向手指發(fā)射多個具有不同相位和頻率的無線信號來實現(xiàn)波束電掃描，從而獲得多個載有不同深度指紋信息的反射信號，對反射信號進行處理后可獲得具有豐富細節(jié)特征的三維圖像，識別率和準確性高；由于采用的是多譜段的無線信號對指紋信息進行采集，因此可以排除汗水、護手霜、傷痕等干擾因素實現(xiàn)信息的識別，提高了識別率。

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)模塊的結構示意圖；

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

具體實施方式

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

本發(fā)明公開了一種集成式相控陣指紋傳感器，包括一個電路板，如圖1所示，電路板上設置微控制器，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，a/d轉換模塊和電源模塊。微控制器用于處理實時相控陣收發(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行指紋識別，如圖2所示，包括多個發(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、護手霜、傷痕等干擾因素實現(xiàn)信息的識別，提高識別率，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，可以進一步提高指紋的識別度和抗干擾性能，實現(xiàn)自適應采集、拓撲搜索和智能識別等功能；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，用于調節(jié)無線輸入信號的相位和/或頻率；至少一個接收天線2，用于接收無線信號穿透手指后產生多個載有指紋信息的反射信號。

模擬矩陣開關通過收發(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)電路進行濾波降噪和放大處理后輸送給模擬矩陣開關，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與a/d轉換模塊的輸入端電連接，a/d轉換模塊的輸出端與微控制器電連接。模擬矩陣開關根據(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行切換，選擇性將信號傳輸給a/d轉換模塊，a/d轉換模塊將接收的電信號轉換成數(shù)字信號；微處理器接收數(shù)字信號并根據(jù)需要對信號進行圖像處理或計算得出相應的數(shù)據(jù)。在本實施例中，微處理器是基于mcu和dsp架構的集成芯片，具有強大的信號處理功能，且具有低功耗、低成本和小封裝等優(yōu)點；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接口進行信息傳輸。

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

本發(fā)明可廣泛應用于手機、汽車、智能手環(huán)、印章等多種設備中，不僅可以用于指紋驗證，而且能夠進行動感體驗操作、運動軌跡的跟蹤或根據(jù)需求調整設備狀態(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)明應用于印章為例，需要使用印章時，首先進行指紋驗證，相控陣收發(fā)模塊啟動，待指紋驗證一致后方可使用。印章平放時，陀螺儀和加速度傳感器檢測到印章處于靜止狀態(tài)，將此信號傳輸給微控制器，微控制器調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；當需要使用印章時，陀螺儀和加速度傳感器檢測到印章移動，將此信號傳輸給微控制器，微控制器再調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)明應用于汽車或電動車為例，需要指紋解鎖時，相控陣收發(fā)模塊啟動，進行指紋驗證；需要定位汽車或電動車的位置信息時，gps模塊啟動，獲取位置信息；需要了解汽車或電動車的運動軌跡，而gps模塊的信號較弱或信號丟失時，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，獲得它們的運動軌跡。

以本發(fā)明應用于老年人帶的智能手表為例，需要啟動智能手表進行指紋解鎖時，相控陣收發(fā)模塊啟動，進行指紋驗證；需要定位位置信息時，gps模塊啟動，獲取位置信息；當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，將此信號傳輸給微控制器，微控制器可以控制外接的警報器發(fā)出警報，提醒其他人把跌倒老人及時扶起和救治。

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，一體化設計，結構簡單，體積小，節(jié)省了安裝空間，方便維護和安裝，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所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。