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[电脑]假装原生~集成指纹模块到台式电脑面板上,并介绍指纹模块的一些微冷知识 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2018-08-24
— 本帖被 發騷友 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2018-08-26) —
先上完成效果图:



之前看到坛友改的指纹模块,想起以前曾经想用手机指纹模块做些东西,但仍然没有找到方法,忍不住淘了一个笔记本的指纹模块改着玩。不同的是我把模块集成到了机器里,而不是做成外置 USB 的形式。

我的电脑机箱是这款:


机箱前面板正面除了 LOGO 什么都没有。顶部有一些插口。最右侧带 H、L 字样的貌似是风扇控制开关的开口。这个面板模具应该是多款公用的,此款机箱比较低端,割掉了这个功能, HL 开口就没有打开。正好可以利用这里安装指纹模块,对外观的破坏最小。


这样做需要较小的指纹模块,或者感应器和模块的主 PCB 可以分开,否则空间不够。




指纹模块需要占用一条 USB 线路。如果机箱前面板上没有那个 HL,完全可以把一个靠边的 USB 口改成指纹窗口,并把模块连接在该线路上。但我这里的情况是,主板提供的 USB 3.0 前面板插口有两条线路,这款机箱的前面板上却仅有一个 USB 3.0 口。我打算移走一个 USB 2.0 用来连接指纹模块,然后把空闲的 USB 3.0 线路移过来取而代之,这样就不会浪费。


在深水宝找来找去选中了这种。是戴尔笔记本的模块。


我们先看看模块的结构。这种模块和 Thinkpad 上那种最常见的不太一样。




模块的 Pinouts 已经标注在图中。空焊盘原本就是空的,八脚 IC 焊盘中间脏脏的部分原本是个二维码贴纸,掉了。这里应该是给 SPI 存储器准备的。

侧面看来这有个支架,我们把它拆下来。








模块的核心是一个薄薄的 FPC(柔性电路板)。黑色的部分是指纹感应区,被支架顶起,弯曲成拱形;黄色的部分中间长条形的是主控芯片,其他部分有密密麻麻的线路,最后连接到模块电路板的背面(被标签遮住了)。

这个模块的关键部分都在 FPC 上,方形的 PCB 上仅仅是晶振和阻容件。FPC 上的部分是指纹传感器。这是一个刮擦式的传感器,它来自 Synaptics 公司(更常见的另一种样子的刮擦式传感器,也就是坛友改造最常用的那种,来自 AuthenTec 公司,一会儿我会详细介绍)。这些传感器本身就支持 USB 接口,如果有传感器的资料,设计一个最小化的适配板子再去板厂打样,DIY 一个无线鼠标接受器大小的指纹狗是完全可能的——实际上已有此类产品存在。

Synaptics 的刮擦式指纹传感器使用了 Chip-On-Flex 封装,这是某种程度上的“软封装”,把控制芯片和指纹感应区分离,实际应用场合下,芯片会被外壳遮盖住;AuthenTec 则使用 BGA 形式的“硬封装”,焊接在电路板上,整个传感器暴露在外。

这里顺便说说能帮助判断模块接口线序的规律。例如:
数据线、电源线的粗细对比;
线路上圆圆的 Test Points;
GND 铺铜;
三脚贴片晶振的中间引脚为 GND;
VCC-GND 之间通常有滤波/去耦电容;
USB 的 D+ D- 是差分线;
......
凡此种种,在实际操作中不一定每条都满足,综合考虑吧。

供电电压从低开始试验。猜测:PCB 上带有电源芯片的模块,其外部供电电压可能会高一些,比如 5V;否则就取决于控制芯片本身——一般来说,是 3.6/3.3/3.0/2.7/2.4/1.8V 这样的电压,其中 3.3/1.8 比较常用,当然也不排除其他可能性。鉴于这个模块没有专门的电源芯片,我们应该从尽可能低的电压开始试验,逐渐升至 3.3V 或 5V。


实测发现,用可调电源板从 USB 口取电,提供一个 1.?V 的电压,模块其他引脚接至 USB 口无法识别,即使交换 D+ D-,仍不能识别,说明电压不对或者模块损坏;逐渐提高电压发现 3.3V 供电可以成功识别。真实情况是,接近 3V 已经能识别了,但 3.3V 是标准电压,模块能稳定工作,同时这个电压也比较容易获得。






这个模块的型号是 Synaptics VFS5011。实际上我们通过英文 Google 能查到关于这个模块的一些资料。
Win 10 会自动安装驱动程序,然后可以在“设置”里面可以找到指纹登录的选项。按照向导提供的步骤录入指纹后就可以刷指纹登录了。










特别提一下 Linux 下的情况。因为写程序的需要,我有时候会在 Ubuntu 下工作,命令行下老是 sudo 有点烦人,刷指纹可以代替输入一大串的密码用于 sudo 的验证。关于 Ubuntu 怎么用这个指纹模块,我待会儿说明一下。

一般的台式机用这玩意其实没什么大用,顶多是登录方便一些。在软件支持下登录网站账户也行,坛友已经讲解过了。至于安全性什么的,不必强求,对于计算机来说,基本的物理安全都没有的话,哪有什么信息安全可言。

待续……
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