智能家居：单芯片指纹锁的解决方案

　　为普通锁增加指纹功能后，对于锁的使用，客观上带来了一定的复杂度。当然这只是体现在初次使用时的指纹登记操作上，指纹开锁操作仍然是非常简单的。

　　初次使用指纹锁时，需要先存入指纹数据到锁的控制模块中。存储指纹需要经过“指纹采集”和“指纹判别”。“指纹采集”需要设计一个友好的操作序列来引导用户顺畅的采集指纹。在“指纹判别”时，需要根据“指纹质量”给出回馈信息，以提示和帮助用户输入较好质量的指纹。存储的指纹数据通常称为指纹模板，指纹模板的好坏直接影响后续指纹识别(开锁)的准确性。

　　在大多数场景下使用的指纹锁，都会涉及“指纹管理”的问题。即由特定的管理员来授权其它人使用该指纹锁。“指纹管理”包括指纹增加、指纹删除(单个)、指纹清除(全部)。甚至包括指纹编号管理，以及重复注册的识别问题。

　　在安全等级要求更高的指纹锁中，可能会涉及“双指(多指)论证”—即由多个人的指纹串连验证通过才能开锁的情况。这些涉及到“指纹管理”功能的需求，需要结合具体的应用场景来完成流程设计。

　　核心控制模块设计

　　指纹锁的核心控制模块是以SIB8132为核心设计的控制板。图2两图分别是指纹控制板上的正面和背面。SIB8132是一个类似ARM7的32位高性能处理器。工作电压3.3V，内核工作电压2.5V，最大工作电流75mA。256K的RAM、ROM使得编写一个集密码、遥控、指纹三者于一体的应用程序绰绰有余。大小有14×14mm及10×10mm两种。100个PIN引脚包含了3组UART、32位GPIO、主副I2C、8位并口、SPI等丰富的接口。这些接口便于处理器与更多的外设连接，从而能够实现功能更为强大的指纹锁系统。因此对于目前市场上“多板拼接”的指纹锁具方案，SIB8132具有更大的竞争优势。采用SIB8132处理器，真正可以做到“单板单芯”的控制模块。

　　指纹采集设备选型

　　指纹采集设备是除了核心控制模块外的最为重要的外设。它的性能优劣关乎整个指纹锁的质量。指纹采集设备是使用者接触最多的部件，是指纹数据生成的源头。正因为它被接触最多最频繁，所以在选型时，耐用性和易用性是最先考虑因素。耐用性考量表现在手指接触时的防静电能力、耐磨耐腐蚀性、以及传感灵敏度是否随使用次数明显下降等。一般认为，光学指纹采集头较为耐用，而采用半导体直接传感的指纹采集头较为灵敏。易用性表现在使用者的感受上。一般而言，按压式即面状指纹采集器使用简单，手指一按即可采集指纹。按压式的大小一般是15mm-25mm见方。除此之外，为了降低成本,以及为了适应小型手持设备的需要，也有不少此类产品使用滑动式即刮擦式传感器，其大小仅有10×5mm见方左右。

　　当然对于指纹锁来讲，用户更为大众化一些。所以，使用按压式采集头的会更多一些。低成本一点的使用光学按压式指纹采集头。高品质一点的采用半导体按压式指纹采集芯片(其中有半导体电容、半导体电感、半导体压感三者常用传感方式)。

　　电源模块设计

　　电源模块对于任何一个嵌入式系统都很重要，指纹锁也不例外。对使用电池的指纹锁产品来讲，在电源设计上尤其要考虑供电方式、功耗、以及缺电等应急情况。选用SIB8132，可以达到工作功耗不超过75mA。

　　在电源设计上，还需考虑低电压报警的问题。低电压报警是当电池电量不足时，提前提醒用户更换新电池的功能。在设计上要保证低电压状态下可用次数达到至少100次以上。如果在电量耗尽前，用户仍未能换上足量电池，则需要锁上有外接电源接口，以保证可以应急开门。当然，应急的情况还包括电路系统失效的情况，这时可以考虑“双机”模式，其安全性则更高。