一种含NFC识别功能的指纹模组的制作方法

本实用新型涉及智能家居智能锁、指纹锁、门禁等安防领域，尤其涉及一种含NFC识别功能的指纹模组，丰富安防领域的指纹识别、NFC读卡识别、NFC手机识别等应用的产品形态。该模组可用于门禁、智能锁，也可独立应用为身份识别设备。

背景技术：

安防应用长久不衰。安防应用的身份识别中，NFC识别、指纹识别最为常见。NFC识别一般分为NFC读卡识别、NFC手机识别，在安防设备上以独立模组的形式存在。指纹识别一般也是独立的指纹模组。

实际应用中，上述两种识别需求，往往是并存的，设备中往往设置两种独立的功能单元模组，成本、面积、协调可控等均是面临的问题。因此为指纹模组扩展NFC识别功能是安防厂商亟待的方便之举。

技术实现要素：

本申请提供一种含NFC识别功能的指纹模组，包括：NFC微处理器、指纹算法芯片和指纹传感器；所述指纹传感器与所述指纹算法芯片连接，所述指纹算法芯片与所述NFC微处理器连接，所述NFC微处理器通过模拟天线接口与非接触式智能卡通信，所述NFC微处理器通过数字接口与外部上位机通信。

如上的，其中，在所述NFC微处理器与所述模拟天线接口之间设置天线匹配电路。

如上的，其中，还包括管理所述NFC微处理器、所述指纹算法芯片和所述指纹传感器对电能的变换、分配、检测及电能管理的电源管理芯片。

如上的，其中，所述电源管理芯片通过电源管理芯片引脚VCC和引脚GND连接外部上位机。

如上的，其中，所述NFC微处理器包括内核MCU、NFC模拟接收电路、NFC模拟发送电路、NFC协议数字电路和MCU数字接口；其中，所述NFC模拟接收电路、所述NFC模拟发送电路、所述NFC协议数字电路和所述MCU数字接口均通过数字总线连接所述内核MCU；所述NFC模拟接收电路和NFC模拟发送电路通过模拟天线接口与非接触式智能卡的卡片数据通信，所述NFC协议数字电路用于对卡片数据进行处理，所述内核MCU通过数字接口与所述指纹算法芯片连接。

如上的，其中，所述NFC模拟接收电路包括低噪声放大器、混频器、本地振荡器、滤波器和模数转换器。

如上的，其中，所述NFC模拟发送电路包括数模转换器、混频器、本地振荡器和功率放大器。

本申请还提供一种含NFC识别功能的指纹模组的指纹识别方法，包括：所述指纹传感器接收用户指纹样本数据，将指纹样本数据发送至所述指纹算法芯片；所述指纹算法芯片从指纹样本数据中得到样本指纹特征点数据，将样本指纹特征点数据发送至所述NFC微处理器；所述NFC微处理器比对预存指纹库中的指纹特征点数据与接收到的样本指纹特征点数据，若匹配成功，则用户身份合法。

如上的，其中，所述指纹算法芯片从指纹样本数据中得到样本指纹特征点数据，对样本指纹特征点数据中的特殊点进行极坐标变换，得到变换后的特殊点对，将变换后的特殊点对通过数字接口发送至所述NFC微处理器。

本实用新型的有益效果为：采用本申请提供的含NFC识别功能的指纹模组，使得指纹识别、NFC读卡识别以及NFC手机识别功能一体化，将该一体化模组独立使用或应用于门禁、智能锁等安防产品中，丰富了安防领域的产品形态，缩小了成本，提高了多种身份识别的协调可控性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的含NFC识别功能的指纹模组的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的含NFC识别功能的指纹模组内部结构示意图；

图3为NFC微处理器结构示意图；

图4为NFC微处理器的电路图；

图5为本申请实施例提供的指纹模组的指纹识别方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本申请实施例中含NFC识别功能的指纹模组的结构示意图，图2为含NFC识别功能的指纹模组内部结构示意图。

请参阅图1和图2，本申请提供的含NFC识别功能的指纹模组，包括NFC微处理器11、指纹算法芯片12、指纹传感器13和电源管理芯片14。

其中，NFC微处理器11、指纹算法芯片12和指纹传感器13均与电源管理芯片14的电源管脚电连接，用于管理不同组件对电能的变换、分配、检测及电能管理，且电源管理芯片14通过电源管理芯片引脚VCC和引脚GND连接外部上位机；指纹传感器13与指纹算法芯片12电连接，指纹传感器13用于接收使用者的指纹信息，指纹算法芯片12中集成指纹匹配和提取算法，用于对指纹传感器13传输的指纹信息进行匹配和提取，NFC微处理器11与指纹算法芯片12电连接，用于控制和调度指纹算法芯片12且用于比对使用者的指纹信息，且NFC微处理器11通过数字接口15与外部上位机进行通信连接，其中，数字接口包括但不限于SPI接口、IIC接口、UART接口等。

优选地，NFC微处理器11为集成NFC识别功能的MCU，处理符合ISO14443标准的非接触式IC卡或NFC手机的数据。

在本申请实施例中，为了防止天线的阻抗受电路板的铺地、外壳和安装角度等因素的影响，在NFC微处理器11与模拟天线接口Ta、Tb之间设置天线匹配电路16，如π型匹配电路，该匹配电路16是为了当天线严重偏离基准阻抗(如50欧姆)时，将其纠正至该基准阻抗。

请参阅图3，NFC微处理器11包括内核MCU110、NFC模拟接收电路120、NFC模拟发送电路130和NFC协议数字电路140；其中，NFC模拟接收电路120、NFC模拟发送电路130和NFC协议数字电路140均通过数字总线连接内核MCU110，数字接口15也通过数字总线连接内核MCU110；NFC模拟接收电路120和NFC模拟发送电路130通过模拟天线接口与非接触式智能卡的卡片数据通信，NFC协议数字电路140用于对非接触式智能卡卡片数据进行处理，内核MCU110通过数字接口15与指纹模组的指纹算法芯片12连接，用于处理和比对来自指纹算法芯片12的指纹信息；

如图4所示，NFC模拟接收电路120用于射频场取电和小信号放大与整形，具体包括低噪声放大器1210、混频器1220、本地振荡器1230、滤波器1240和模数转换器(ADC)1250；

其中，低噪声放大器1210用于放大通过天线接收来自外部非接触式智能卡数据的信号幅度，并衰减干扰信号，保证信号的线性度；混频器1220连接低噪声放大器1210和本地振荡器1230，接收低噪声放大器1210放大的数据信号，对数据信号的频率进行变换，将数据信号与本地振荡器1230输出的本地震荡信号进行混合，本地振荡信号的频率与NFC接收电路的通信频率相同；滤波器1240与混频器1220连接，对来自混频器1220的数据信号进行滤波，滤波器1240可以为高通滤波器和/或带通滤波器；模数转换器1250与滤波器连接1240，用于将经滤波器1240得到的模拟信号转换为数字信号。

NFC协议数字电路140连接NFC模拟接收电路，将NFC模拟接收电路得到的数字信号进行解析和处理。

NFC模拟发送电路130用于完成非接触式智能卡的指令输出，具体包括数模转换器(DAC)1310、混频器1320、本地振荡器1330和功率放大器1340；

其中，数模转换器1310用于将待输出的指令的数字信号转换为模拟信号，混频器1320连接数模转换器1310和本地振荡器1330，将转换得到的模拟信号的频率进行变换，将模拟信号与本地振荡器1330的本地振荡信号进行混合；功率放大器1340与混频器1320连接，将经过的信号功率放大，然后经模拟天线接口传输至非接触式智能卡。

本申请还提供含NFC识别功能的指纹模组的指纹识别方法，如图5所示，包括：

步骤501：指纹传感器接收用户指纹样本数据，将指纹样本数据发送至指纹算法芯片；

本申请实施例中，优选地，指纹传感器为电容型传感器，包括排布为矩阵阵列的感测元件，用于感测手指与传感器之间的电容，感测元件具有足够小的尺寸并且被布置得足够紧密以提供对手指的皮肤的脊纹和凹谷的电容成像。

步骤502：指纹算法芯片从指纹样本数据中得到样本指纹特征点数据，对样本指纹特征点数据中的特殊点进行极坐标变换，得到变换后的特殊点对，将变换后的特殊点对通过数字接口发送至NFC微处理器；

其中，特殊点对为指纹中相邻的两个特征点，二者的方向为0度或180度，若两个特征点为(ni，nj)，坐标分别为(xi,yi,zi)、(xj,yj,zj)，xyz分别标识特征点的直角坐标系的三个系数，其中i和j的取值范围为0～特征点总数-1，若满足：

Min(|zi-zj|，360°-|zi-zj|)∈(0°,10°)or(170°,180°)

则两个特征点为特殊点对；

本实施例中，对特殊点进行及左边变换，具体为：

以特殊点对中的ni点为基准，进行直角坐标向极坐标的坐标转换得到ni,nj的极坐标；

特征点ni的极坐标

特征点nj的极坐标

其中，r是特征点与坐标系中心的距离，α是特征点和坐标系中心连线与坐标轴正向夹角，β是特征点方向与坐标轴正向夹角。

步骤503：NFC微处理器读取内部预存的指纹库，比对预存指纹库中的指纹特征点与接收到的特殊点对，如果匹配成功，则用户身份合法，否则用户身份不合法。

具体的，NFC微处理器从指纹库中读取预存的指纹，提取合法指纹的特征点结构数据进行预处理，得到预设特征点数据；其中，进行预处理具体为将特征点结构数据存入内存中，得到预设指纹特征点数据，将指纹文件转换为指纹的特征点数据；

然后剔除指纹库中无中心点的指纹、特征点个数小于预设值的指纹以及中心点位置偏离阈值的指纹；其中，每个指纹的指纹中心点按照行业标准提取，预设值为32，中心点位置的偏离超过阈值具体为在640*640大小的图像中，拇指[320,400]为基准，其余四指以[320,320]为基准，实际中心点位置与基准位置欧式距离超过128，以去除图像质量差和特征点数据质量差的指纹，提高统计过程的准确性。

将指纹库中的指纹的中心点移至统计区域的中心，将中心角度调整为竖直方向，对预设指纹特征点数据中的特征点进行统计，得到每个特征点的权值；将指纹的中心点移至统计区域的中心，即400*400的位置，然后将指纹中心点方向调整为与X轴正向处于90°的位置，以同一指纹的基准，提高指纹比对过程中比中的有效性。

比对预设指纹特征点数据和接收到的特殊点对，将所有比中的特征点结合所述比中特征点的权值，得到最终相似度分数，根据最终相似度分数输出比对结果；具体的，根据所比中的特征点的权值累加得到累加权值，将累加权值处于比中特征点的数量，得到指纹的权值系数，根据比中的特征点计算得到原始相似度分数，在原始相似度分数的基础上乘以权值系数得到最终相似度分数，设置最终相似度分数阈值，输出所有大于相似度分数阈值的指纹，或按照最终相似度分数从高到低进行排序。

采用本申请提供的含NFC识别功能的指纹模组，能够实现如下识别功能：

(1)能够通过指纹传感器、指纹算法芯片接收指纹信息，结合NFC微处理器实现指纹识别功能；

(2)通过模拟天线接口可以与非接触式智能卡通信完成NFC读卡识别功能；

(3)通过数字接口实现与NFC手机的通信，实现NFC手机识别功能。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。