本实用新型涉及指纹锁技术领域，具体涉及一种用于指纹锁的低功耗嵌入式系统。
背景技术：
现有的指纹锁不仅价格昂贵，而且指纹锁内部的嵌入式控制系统与锁体锁芯是一体的，想要更换一个指纹锁还需重新对门进行测量加工以匹配所买的指纹锁的锁体锁芯，繁琐且不经济。现有的指纹锁内部的嵌入式控制系统内部使用的低功耗实用新型与处理器分开，处理器没有集成低功耗处理实用新型，造成处理器功耗较大，成本较高。
因此，需要选择功耗较低且成本较低的嵌入式处理器，实现比现有技术更加省电的超低功耗；根据控制电路板结构，通过3D打印技术设计合适的解锁外设，就可做到不更换锁体锁芯便可使用即装即用的指纹锁。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种用于指纹锁的低功耗嵌入式系统,用以解决现有指纹锁控制系统功耗较高，且不可以即装即用的问题。
为实现上述目的，本实用新型的技术实用新型为
一种用于指纹锁的低功耗嵌入式系统，包括锁框和卡接于所述锁框内的指纹解锁系统；所述指纹解锁系统包括FPC1020AM指纹识别传感器，与所述FPC1020AM指纹识别传感器电连接有MSP430G2553IPW20电路，与所述MSP430G2553IPW20电路电连接有74HC00与非门电路，与所述74HC00与非门电路电连接有用于驱动电机的TB6612FNG电路，于所述MSP430G2553IPW20电路上电连接有数据接口电路，于所述TB6612FNG电路上电连接有ASM1117稳压电路。
其中，所述MSP430G2553IPW20电路包括MSP430芯片、接线端子P5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第一电容C1和开关件SW-BP4；
所述MSP430芯片的管脚P1.0通过电阻R3接第二发光二极管D2的正极；
所述MSP430芯片的管脚P1.6通过第二电阻R2接第一发光二极管D1的正极；
所述第一发光二极管D1的负极和所述第二发光二极管D2的负极的公共端接地；
所述MSP430芯片的管脚DVCC接电源，所述MSP430芯片的管脚DVSS接地；
所述MSP430芯片的RST管脚电连接所述接线端子P5的管脚3；
所述MSP430芯片的TEST管脚电连接所述接线端子P5的管脚4；
所述MSP430芯片的管脚P1.1电连接所述接线端子P5的管脚1；
所述MSP430芯片的管脚P1.2电连接所述接线端子P5的管脚2；
所述接线端子P5的管脚5电连接电源；
所述第一电容C1和所述开关件SW-BP4并联；
所述第一电容C1、接线端子P5的管脚3和所述MSP430芯片的RST管脚的公共端通过第一电阻R1接电源。
接线端子P5为程序烧写及调试接口，通过该部分电路，可以实现PC端对主控MCU的变成控制及调试；
其中，所述数据接口电路包括USB接口J1和接线端子P3；
所述USB接口J1的VSS管脚电连接所述接线端子P3的管脚4，且所述VSS管脚和所述接线端子P3的管脚4的公共端接地；
所述USB接口J1的VCC管脚电连接所述接线端子P3的管脚5；
所述USB接口J1的D+管脚电连接所述接线端子P3的管脚7；
所述USB接口J1的D-管脚电连接所述接线端子P3的管脚8；
所述接线端子P3的管脚5和管脚6的公共端接电源。
该Micro-USB接口为PC与指纹模块进行通信的接口，通过该部分电路可实现上位机对指纹模块的直接管理，具体包括指纹录入、指纹擦除、指纹编号等。
其中，所述TB6612FNG电路包括TB6612FNG芯片、接线端子P1和第二电容C2、第三电容C3；
所述TB6612FNG芯片的两个A01管脚均与所述接线端子P1的管脚2电连接；
所述TB6612FNG芯片的两个A02管脚均与所述接线端子P1的管脚1电连接；
所述TB6612FNG芯片的两个PGND1管脚、两个PGND2管脚均与所述TB6612FNG芯片的GND管脚电连接且接地；
所述TB6612FNG芯片的VM1管脚、VM2管脚和VM3管脚均相互电连接；
所述第二电容C2和第三电容C3并联；
所述第二电容C2和所述第三电容C3一个公共端与所述VM1管脚、VM2管脚和VM3管脚的公共端电连接，所述第二电容C2和所述第三电容C3的另一个公共端接地。
该部分电路可实现主控MCU对电机运转的控制。TB6612FNG为双直流电机驱动芯片，本方案中仅使用一路来驱动一个电机。当MCU检测到指纹比对成功，需要进行开锁时，便会输出一路高占空比PWM波给TB6612FNG芯片作为信号，TB6612FNG芯片则会输出大电流驱动电机进行开锁；
其中，所述ASM1117稳压电路包括ASM1117芯片、第四电容C4、第五电容C5、自锁开关SW-DPDT和保险丝MF-PSMF；
所述ASM1117芯片的管脚1接地，所述ASM1117芯片的管脚4接电源；
所述ASM1117芯片的管脚2电连接第五电容C5；所述ASM1117芯片的管脚2和所述第五电容C5的公共端接电源；
所述ASM1117芯片的管脚3电连接第四电容C4；
所述第四电容C4和所述第五电容C5的公共端接地；
所述ASM1117芯片的管脚3和所述第四电容C4的公共端接自锁开关SW-DPDT的一端；
所述自锁开关SW-DPDT的另一端通过保险丝MF-PSMF接电源。
该部分电路实现的功能是从9V的电源中分出一路5V来、给MSP430G2553IPW20、指纹模块、TB6612FNG芯片、74HC00D芯片等供电，该电路结构简单，相比于电阻分压功耗低，更通过本电路使得用户可以单电源供电，而不需要给主控板和电机进行双电源供电，更节省了成本；
其中，所述74HC00与非门电路包括74HC00D芯片；
所述74HC00D芯片的管脚1A和管脚1B连接，所述管脚1A和管脚1B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.3；
所述74HC00D芯片的管脚2A和管脚2B连接，所述管脚2A和管脚2B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.4；
所述74HC00D芯片的管脚3A和管脚3B连接，所述管脚3A和管脚3B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.1；
所述74HC00D芯片的管脚4A和管脚4B连接，所述管脚4A和管脚4B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.2；
所述74HC00D芯片的管脚GND接地，管脚VCC接电源；
所述74HC00D芯片的管脚1Y电连接所述TB6612FNG芯片的AIN2管脚；
所述74HC00D芯片的管脚2Y电连接所述TB6612FNG芯片的AIN1管脚；
所述74HC00D芯片的管脚3Y电连接所述TB6612FNG芯片的STBY管脚；
所述74HC00D芯片的管脚4Y电连接所述TB6612FNG芯片的PWMA管脚。
本电路的功能是实现电平转换，MSP430G2553IPW20的I/O输出电压幅值为3.3V，但是TB6612FNG芯片要求输入电压的幅值为5V，通过本电路，可以实现3.3V到5V的电平转换，且74HC00D芯片采用的是CMOS工艺，耗电量极低，满足系统低功耗的要求。
其中，所述MSP430芯片的P1.0管脚和第三电阻R3的公共端电连接所述接线端子P3的管脚1；
所述MSP430芯片的管脚P1.1和接线端子P5的管脚1的公共端电连接所述接线端子P3的管脚2；
所述MSP430芯片的管脚P1.2和接线端子P5的管脚2的公共端电连接所述接线端子P3的管脚3；
所述TB6612FNG芯片的管脚VM1、管脚VM2、管脚VM3、第二电容C2和第三电容C3的公共端与所述ASM1117芯片的管脚3、第四电容C4和自锁开关SW-DPDT公共端电连接。
其中，所述锁框包括外壳；于所述外壳的上侧设有通过3D打印与其一体成型的锁套；
于所述外壳的上部凹设有沿着其长度方向延伸的主板安装腔；所述主板安装腔的纵截面为矩形；安装后所述指纹解锁系统卡接于所述主板安装腔内；
于所述外壳的下部穿设有沿着其长度方向延伸的用于安装电源导线的电源孔；所述电源孔的个数大于等于2。
其中，所述锁套包括挡板和通过3D打印与其一体成型的设于所述挡板的外边缘处的圆环状的外固定环；所述挡板的外壁为向外凸起的曲面。
其中，所述外壳包括本体和通过3D打印一体成型的设于所述本体的上端的两侧的遮挡板；
所述遮挡板的外侧面为平面，其内侧面为曲面；所述遮挡板上端和所述外固定环的下端对齐。
本实用新型具有如下优点：
本实用新型的用于指纹锁的低功耗嵌入式系统，包括锁框和卡接于所述锁框内的指纹解锁系统；所述指纹解锁系统包括FPC1020AM指纹识别传感器，与所述FPC1020AM指纹识别传感器电连接有MSP430G2553IPW20电路，与所述MSP430G2553IPW20电路电连接有74HC00与非门电路，与所述74HC00与非门电路电连接有用于驱动电机的TB6612FNG电路，于所述MSP430G2553IPW20电路上电连接有数据接口电路，于所述TB6612FNG电路上电连接有ASM1117稳压电路；
本实用新型的用于指纹锁的低功耗嵌入式系统成本较低，适用范围较广，嵌入式处理器选用MSP430G2553IPW20，成本低廉且可做到直接超低功耗，比现有低功耗实用新型更加省电。所述指纹解锁系统可驱动一个直流电机，再结合3D打印技术设计合适的解锁外设，就可做到不更换锁体锁芯便可使用即装即用的指纹锁。
本实用新型的指纹解锁系统和锁芯是分离的，可以应该于各种门，在更换指纹锁时不对门有任何要求，适用范围较广；再结合3D打印技术设计合适的解锁外设，就可做到不更换锁体锁芯便可使用即装即用的指纹锁。
附图说明
图1是本实用新型的MSP430G2553IPW20电路的电路图。
图2是本实用新型的数据接口电路的电路图。
图3是本实用新型的TB6612FNG电路的电路图。
图4是本实用新型的ASM1117稳压电路的电路图。
图5是本实用新型的74HC00与非门电路的电路图。
图6是本实用新型的锁框的俯视图。
图7是本实用新型的锁框的立体图。
图8是本实用新型的锁框的主视图。
图9是本实用新型的锁框的侧视图。
图10是本实用新型的外壳的主视图。
图11是本实用新型的电机驱动流程图。
1-锁套；11-外固定环；12-挡板；2-外壳；21-本体；22-遮挡板；3-电源孔；4-主板安装腔。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
本实施例1的用于指纹锁的低功耗嵌入式系统，包括锁框和卡接于所述锁框内的指纹解锁系统；所述指纹解锁系统包括FPC1020AM指纹识别传感器，与所述FPC1020AM指纹识别传感器电连接有MSP430G2553IPW20电路，与所述MSP430G2553IPW20电路电连接有74HC00与非门电路，与所述74HC00与非门电路电连接有用于驱动电机的TB6612FNG电路，于所述MSP430G2553IPW20电路上电连接有数据接口电路，于所述TB6612FNG电路上电连接有ASM1117稳压电路。
本实用新型的用于指纹锁的低功耗嵌入式系统，嵌入式处理器选用MSP430G2553IPW20，成本低廉且可做到直接超低功耗，比现有低功耗实用新型更加省电。
TB6612FNG电路驱动电路可驱动一个直流电机，再结合3D打印技术设计合适的解锁外设，就可做到不更换锁体锁芯便可使用即装即用的指纹锁。
本实用新型的的解锁系统和锁芯是分离的，可以应该于各种门，在更换指纹锁时不对门有任何要求，适用范围较广；再结合3D打印技术设计合适的解锁外设，就可做到不更换锁体锁芯便可使用即装即用的指纹锁。
该实用新型前端采用FPC1020AM指纹识别模块，嵌入式处理系统采用设计的全新电路板，其主要IC为一片MSP430G2553IPW20单片机，TB6612FNG电机驱动芯片，74HC00与非门，预留了程序调试、烧录接口，上位机和指纹模块通信的USB接口，所述USB接口同时也是电源接口，后端为一个直流电机。通过3D打印技术设计合适的解锁外设，在所述解锁外设内装入电机、电池、电路板，即可成为一个即装即用的指纹锁。
所述FPC1020AM指纹识别模块采集指纹模拟信息并对采集的指纹信息进行比对和检验，并将检测结果发送到MSP430G2553IPW20单片机；所述MSP430G2553IPW20单片机发送命令到所述TB6612FNG电路驱动电路，所述TB6612FNG电路驱动电路根据命令驱动电机开锁。
在软件程序上，通过编程MSP430执行一整套指令集对指纹模块进行控制，同时在不需要解锁时，控制整个系统进入超低功耗状态，电流几乎为0；
该实用新型可适配3D打印技术，做到不更换锁体锁芯便可即装即用的指纹锁。
实施例2
进一步，在实施例1的基础上增加如下特征和连接关系：
所述MSP430G2553IPW20电路包括MSP430芯片、接线端子P5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一发光二极管D1、第二发光二极管D2、第一电容C1和开关件SW-BP4；
所述MSP430芯片的管脚P1.0通过电阻R3接第二发光二极管D2的正极；
所述MSP430芯片的管脚P1.6通过第二电阻R2接第一发光二极管D1的正极；
所述第一发光二极管D1的负极和所述第二发光二极管D2的负极的公共端接地；
所述MSP430芯片的管脚DVCC接电源，所述MSP430芯片的管脚DVSS接地；
所述MSP430芯片的RST管脚电连接所述接线端子P5的管脚3；
所述MSP430芯片的TEST管脚电连接所述接线端子P5的管脚4；
所述MSP430芯片的管脚P1.1电连接所述接线端子P5的管脚1；
所述MSP430芯片的管脚P1.2电连接所述接线端子P5的管脚2；
所述接线端子P5的管脚5电连接电源；
所述第一电容C1和所述开关件SW-BP4并联；
所述第一电容C1、接线端子P5的管脚3和所述MSP430芯片的RST管脚的公共端通过第一电阻R1接电源。
所述数据接口电路包括USB接口J1和接线端子P3；
所述USB接口J1的VSS管脚电连接所述接线端子P3的管脚4，且所述VSS管脚和所述接线端子P3的管脚4的公共端接地；
所述USB接口J1的VCC管脚电连接所述接线端子P3的管脚5；
所述USB接口J1的D+管脚电连接所述接线端子P3的管脚7；
所述USB接口J1的D-管脚电连接所述接线端子P3的管脚8；
所述接线端子P3的管脚5和管脚6的公共端接电源。
所述TB6612FNG电路包括TB6612FNG芯片、接线端子P1和第二电容C2、第三电容C3；
所述TB6612FNG芯片的两个A01管脚均与所述接线端子P1的管脚2电连接；
所述TB6612FNG芯片的两个A02管脚均与所述接线端子P1的管脚1电连接；
所述TB6612FNG芯片的两个PGND1管脚、两个PGND2管脚均与所述TB6612FNG芯片的GND管脚电连接且接地；
所述TB6612FNG芯片的VM1管脚、VM2管脚和VM3管脚均相互电连接；
所述第二电容C2和第三电容C3并联；
所述第二电容C2和所述第三电容C3一个公共端与所述VM1管脚、VM2管脚和VM3管脚的公共端电连接，所述第二电容C2和所述第三电容C3的另一个公共端接地。
所述ASM1117稳压电路包括ASM1117芯片、第四电容C4、第五电容C5、自锁开关SW-DPDT和保险丝MF-PSMF；
所述ASM1117芯片的管脚1接地，所述ASM1117芯片的管脚4接电源；
所述ASM1117芯片的管脚2电连接第五电容C5；所述ASM1117芯片的管脚2和所述第五电容C5的公共端接电源；
所述ASM1117芯片的管脚3电连接第四电容C4；
所述第四电容C4和所述第五电容C5的公共端接地；
所述ASM1117芯片的管脚3和所述第四电容C4的公共端接自锁开关SW-DPDT的一端；
所述自锁开关SW-DPDT的另一端通过保险丝MF-PSMF接电源。
所述MF-PSMF是个贴片保险丝，保护电路防止短路电流过大烧毁板子引起火灾。
SW-DPDT是个自锁开关，是电源开关。
所述74HC00与非门电路包括74HC00D芯片；
所述74HC00D芯片的管脚1A和管脚1B连接，所述管脚1A和管脚1B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.3；
所述74HC00D芯片的管脚2A和管脚2B连接，所述管脚2A和管脚2B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.4；
所述74HC00D芯片的管脚3A和管脚3B连接，所述管脚3A和管脚3B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.1；
所述74HC00D芯片的管脚4A和管脚4B连接，所述管脚4A和管脚4B的公共端电连接所述MSP430芯片的管脚P2.2；
所述74HC00D芯片的管脚GND接地，管脚VCC接电源；
所述74HC00D芯片的管脚1Y电连接所述TB6612FNG芯片的AIN2管脚；
所述74HC00D芯片的管脚2Y电连接所述TB6612FNG芯片的AIN1管脚；
所述74HC00D芯片的管脚3Y电连接所述TB6612FNG芯片的STBY管脚；
所述74HC00D芯片的管脚4Y电连接所述TB6612FNG芯片的PWMA管脚。
所述MSP430芯片的P1.0管脚和第三电阻R3的公共端电连接所述接线端子P3的管脚1；
所述MSP430芯片的管脚P1.1和接线端子P5的管脚1的公共端电连接所述接线端子P3的管脚2；
所述MSP430芯片的管脚P1.2和接线端子P5的管脚2的公共端电连接所述接线端子P3的管脚3；
所述TB6612FNG芯片的管脚VM1、管脚VM2、管脚VM3、第二电容C2和第三电容C3的公共端与所述ASM1117芯片的管脚3、第四电容C4和自锁开关SW-DPDT公共端电连接。
实施例3
进一步，在实施例2的基础上增加如下特征和连接关系：
所述锁框包括外壳2；于所述外壳2的上侧设有通过3D打印与其一体成型的锁套1；
于所述外壳2的上部凹设有沿着其长度方向延伸的主板安装腔4；所述主板安装腔4的纵截面为矩形；安装后所述指纹解锁系统卡接于所述主板安装腔4内；
于所述外壳2的下部穿设有沿着其长度方向延伸的用于安装电源导线的电源孔3；所述电源孔3的个数是2。
所述锁套1包括挡板12和通过3D打印与其一体成型的设于所述挡板12的外边缘处的圆环状的外固定环11；所述挡板12的外壁为向外凸起的曲面。
所述外壳2包括本体21和通过3D打印一体成型的设于所述本体21的上端的两侧的遮挡板22；
所述遮挡板22的外侧面为平面，其内侧面为曲面；所述遮挡板22上端和所述外固定环11的下端对齐。
可以根据所述指纹解锁系统的电路板通过3D打印制作合适的解锁外设；本实用新型的指纹解锁系统和锁芯是分离的，可以用于各种门，在更换指纹锁时不对门有任何要求，适用范围较广；再结合3D打印技术设计合适的解锁外设，就可做到不更换锁体锁芯便可使。
实施例4
本实施例4的MCU实现低功耗和开锁过程如下：
在持续循环过程中，
如果P1.0口没有检测到中断，则MCU向指纹模块发出睡眠指令；MCU命令自身进入超低功耗模式；
如果P1.0口检测到中断，则MCU发出指令让指纹模块采集指纹；
MCU收到指纹模块反馈的指纹采集完毕的信号；
MCU发出指令让指纹模块将采集的指纹生成指纹模板；
MCU收到指纹模块反馈的模板生成完毕的信号；
MCU发出指令让指纹模块将刚刚生成的指纹模板与指纹模板库内的所有指纹模板进行比对；
如果比对成功，则给电机驱动芯片发出开锁信号；
如果比对失败，则MCU向指纹模块发出睡眠指令，MCU命令自身进入超低功耗模式；
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。