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给大家分享一下指纹挂锁的方案

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(20263089)

出0入0汤圆

发表于 2020-3-9 20:47:30 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 CrekerLi 于 2020-3-9 20:50 编辑

个人觉得:由于手机的指纹解锁让广大的用户对指纹这种识别方式有了很高的认可度。指纹挂锁在未来几年会有很不错的市场。指纹挂锁在学校、健身房等很多半公开场合有很大的需求。
我这里主要就技术实现介绍一下。我将从低功耗方案、MCU选型、指纹sensor选型、操作流畅性设计几个方面来展开。
1.        待机。
        待机是核心指标,实现比较理想的待机,需要从低功耗和电池两个方面考虑。

        电池选型
                由于挂锁的体积一般很小,所以电路板的长度一般不会超过30mm,于是电池更不能太大。干电池是没戏了,7号电池的长度是4.25cm,没办法放进挂锁中。纽扣电池的容量太小,而且也用于的购买和安装都不是很方便
                综上所述,锂电池基本是不二选择。锂电池可以选择尺寸大约20mm*6mm*4mm【长宽高】,其容量大约在3.7V * 100mAh。容量应该是够用了,后面我会详细计算一下理论待机时长。
        元器件低功耗设计:待机主要是MCU、指纹sensor、电机驱动、触摸检测、稳压五个部分。
                a)        MCU使用standby模式,待机功耗在3-5uA。
                b)        指纹sensor直接断电,待机功耗为0;
                c)        电机驱动使用集成的H桥或者用MOS管搭一个H桥,待机功耗都可以到1-2uA的级别;
                d)        触摸检测可以使用TTP223做待机检测,待机功耗在3uA左右。
                e)        稳压芯片选择LDO比如HT7533,待机功率大约2.5-5uA。
        综上:整机的待机功耗在8.5-15uA的范围。我的模组实测待机功耗是12uA。

2.        MCU选型。
        MCU可选的比较多,可以使用专用的芯片,比如。。。【这个我还真不太想去了解有哪些,反正开发资料也不好拿】。或者通用的芯片,比如st、CC、nrf、gd等。两种MCU都可以完成指纹的一系列工作。
        使用通用芯片的好处是资源更加多,我们可以在网上找到比较成熟的软件demo和PCBA demo;缺点是需要把指纹算法移植到MCU中,对于没有相关技术资源的企业或者个人来说,是一件比较有难度的事。
        然后指纹算法本身的计算量不大,只要MCU的主频有50MHz就基本够用了,目前比较通用的MCU是GD32FFPR。别的MCU也是可行的,比如你想用蓝牙和指纹的功能,就可以使用nrf52840这个MCU,可以一个IC集成蓝牙,指纹,NFC刷卡功能【一个IC集成的指纹蓝牙刷卡目前只有demo,还正在测试中】
        专用芯片的劣势就在于,资料相对比较少,然后也比较封闭,从0到1做起来,坑是挺多的【反正我是不想搞】。

        综上所述,MCU的选型方面,就看自己的技术优势了。


3.        Sensor选型:这一块其实不用怎么考虑,挂锁对指纹的安全级别要求不是很高,所以,你手头有啥便利的供应商就用啥吧。
4.        操作流畅性选型:一般的操作就是三个:录入、删除、开锁。其中删除和录入是超低频操作,开锁是超高频操作。所以在功能设计的时候,让录入和删除麻烦些也没什么关系。开锁速度一定要快。

这里列举一下我使用的方案
1.电池:100mA 和130mA 150mA 的3.7V锂电池可选
2.MCU:GD32FFPR
3.指纹:比亚迪生产,型号未知【哈哈哈哈哈哈】。
4.电机驱动:L9110S
5.充电管理:TP4056【TP4056几乎没有什么外围电路,充电一个小时基本就能充满电池】
6.触摸IC:TTP223
7.LDO:HT7533-7
这里放一下我实测的充电数据,基本可以满足要求。



都是非常通用的元器件。除去电机【电机价格在6元左右】和电池【4元左右,太便宜的就别买了】,物料20元可以搞下来。
因为功能简单,功能开发就很容易了。

这里给大家粗略计算一下按照上面的方案的待机时长的理论值【实际情况和我的计算值差别不大】

耗电:待机期间电流:50mA 一天开锁5次 一次开锁耗时3S
一天耗电:3S * 5 *  50mA + 24h * 11.5uA = 0.6mAH
总计可用:100mAH / 0.6mAH = 170天;开锁次数:170 * 5 = 837次;
撑半年没问题


如果有表达不清楚的地方,欢迎指正,或者联系 17633350870【同微信号】
下面放一波图:
   

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