基于指紋識(shí)別技術(shù)的汽車門鎖軟硬件設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前傳統(tǒng)汽車門鎖安全可靠性不足的狀況，提出一種基于指紋識(shí)別技術(shù)的模擬汽車指紋識(shí)別門鎖系統(tǒng)。設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的總體方案，對(duì)相關(guān)硬件進(jìn)行選型；采用Biokey SDK算法作為該系統(tǒng)的軟件，并對(duì)該算法進(jìn)行二次開發(fā)，使其符合系統(tǒng)的控制要求。搭建出模擬汽車指紋識(shí)別門鎖系統(tǒng)。測(cè)量輸出信號(hào)，觀察執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作情況。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)能夠很好控制汽車門鎖開關(guān)，并具有方便可靠性。

0 引言

　　汽車門鎖分為機(jī)械式和電子式兩類。機(jī)械式汽車門鎖的最大缺陷是安全性不足；電子式汽車門鎖的出現(xiàn)使汽車門鎖的安全性得到提高很大提高。但隨著科技的發(fā)展，各種各樣的專用盜車工具和盜車方法已經(jīng)在網(wǎng)上流傳，電子式汽車門鎖的安全性受到嚴(yán)峻的考驗(yàn)。指紋識(shí)別技術(shù)是目前最安全可靠的身份識(shí)別技術(shù)之一，具有較高的可行性和實(shí)用性，也是目前最成熟和最具有前景的生物識(shí)別技術(shù)。
本文利用指紋識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)出模擬汽車指紋識(shí)別門鎖。依據(jù)汽車的特殊情況來設(shè)計(jì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、選取相應(yīng)的硬件；在 Biokey SDK算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，完善軟件的功能。搭建出模擬汽車指紋識(shí)別門鎖系統(tǒng)，測(cè)試執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是否符合要求。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)可以分成三部分：由指紋采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)構(gòu)成的自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)、由計(jì)算機(jī)和控制元件構(gòu)成的控制系統(tǒng)、由門鎖控制器和雙向直流電機(jī)來模擬汽車門鎖（如圖1）。 

　　1.1指紋采集儀

　　指紋采集是自動(dòng)指紋識(shí)別系統(tǒng)中的首要步驟。指紋采集儀通常按取像方法分類，常用的指紋取像方法有以下幾種：光學(xué)設(shè)備取像；晶體傳感器取像；超聲波設(shè)備取像。其中超聲波掃描被認(rèn)為是指紋取像技術(shù)中非常好的一類 [1]。作者比較市場(chǎng)上的各種指紋采集儀，選擇最優(yōu)價(jià)廉的U.are.U4000指紋采集儀，它的特點(diǎn)有：自動(dòng)讀取指紋圖像、通過USB接口把數(shù)字化的指紋圖像傳送到計(jì)算機(jī)、支持中控科技Biokey SDK開發(fā)工具等 [2]。

　　1.2數(shù)據(jù)采集卡

　　本系統(tǒng)采用臺(tái)灣 ADLink公司生產(chǎn)的 PCI9111DG數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出功能，該采集卡有三個(gè)與外界進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)端口：CN1 、CN2、 CN3。本系統(tǒng)只用 CN3端口， ACLD-9137是與 CN3的接線端子，作者用接線端子上的模擬量輸出通道（端口30）和模擬量接地端口（端口9）與門鎖控制器上對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸入端口相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。

　　1.3汽車門鎖

　　汽車門鎖是由門鎖控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。本系統(tǒng)采用奧拓中控門鎖的雙向直流電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)來模擬門鎖的開關(guān)動(dòng)作。

　　門鎖控制器的作用是控制門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開關(guān)、縮短工作時(shí)間節(jié)省能源[3]。本系統(tǒng)采用繼電器和 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的門鎖控制器來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。門鎖控制器的電路圖如圖 2所示。

　　門鎖控制器工作原理：門鎖開閉按鍵保持狀態(tài)，控制器不向執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出執(zhí)行信號(hào)；按下開鎖按鍵，執(zhí)行機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn)，當(dāng)按下按鍵的持續(xù)時(shí)間T>T P（555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出驅(qū)動(dòng)繼電器矩形脈沖信號(hào)寬度）時(shí) ，執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作時(shí)間等于T P；閉鎖過程與開鎖過程一樣；當(dāng)開鎖與閉鎖開關(guān)同時(shí)被按下時(shí)，由于繼電器之間有互鎖功能，這時(shí)候門鎖控制器不對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出信號(hào)，保護(hù)電路。
脈沖寬度計(jì)算公式：

　　TP= RC ln 3 =1.1RC

　　式中R、C分別是555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的外接電阻阻值和電容的大小 [4]。[!--empirenews.page--]

2 軟件的設(shè)計(jì)

　　2.1 Biokey SDK算法描述

　　Bioeky SDK算法是一種快速、準(zhǔn)確的 1:1和1:N指紋識(shí)別算法，面向軟件開發(fā)商和系統(tǒng)集成商全面開放。在使用Biokey SDK進(jìn)行指紋識(shí)別時(shí)(對(duì)2000到6000枚指紋進(jìn)行識(shí)別)，不需要對(duì)指紋通過姓名、PIN等預(yù)先分類就就可以在 1到 5秒內(nèi)輕松完成 [5]。指紋識(shí)別算法的標(biāo)準(zhǔn)流程如圖 3所示： 

2.2軟件的界面功能及實(shí)現(xiàn)

　　對(duì) Biokey算法進(jìn)行二次開發(fā)。指紋注冊(cè)是通過函數(shù) OnOnEnrollZkfpengx2（）實(shí)現(xiàn)，在注冊(cè)過程中，將所有人的指紋按照工序號(hào)儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)存當(dāng)中 。圖像保存是通過函數(shù):OnMeuSaveb 和函數(shù) OnMeusavej來實(shí)現(xiàn)，保存路徑可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。1：1和1：N兩種識(shí)別形式分別是由:OnMeuOnetoone()和OnMeuOneton()實(shí)現(xiàn)。匹配成功后，由函數(shù) m_PCI9111.WriteDOPort()輸出信號(hào)，函數(shù)中變量 temp表示輸出信號(hào)的電壓，作者設(shè)置temp=6，即輸出電壓設(shè)置為6V。

　　指紋識(shí)別系統(tǒng)流程圖如圖 4所示。

3 系統(tǒng)的測(cè)試

　　準(zhǔn)備工作：首先把PCI9111DG上針式跳線JP1接通U1（需要輸出信號(hào)的范圍為0V～10V）。然后啟動(dòng)軟件，注冊(cè)5個(gè)不同的手指并保存圖像，退出軟件重新進(jìn)入。接著為門鎖控制器通上電源，在軟件界面上選擇1:N識(shí)別類型，用不同手指對(duì)比測(cè)試系統(tǒng)。用萬用表電壓檔測(cè)量線端子ACLD-9137上的30和9這兩個(gè)端子的電壓信號(hào)，并同時(shí)觀察雙向直流電機(jī)的動(dòng)作。用0表示保持，1表示開鎖動(dòng)作，-1表示閉鎖動(dòng)作。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如表1所示：

4 結(jié)論

　　本系統(tǒng)采用光學(xué)指紋采集儀器采集指紋圖像，用電腦進(jìn)行指紋圖像的運(yùn)算，設(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單實(shí)用的門鎖控制器對(duì)門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效控制，降低了系統(tǒng)的造價(jià)。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的汽車指紋識(shí)別門鎖方案是可行的，它能夠有效、方便的控制門鎖的開閉，指紋識(shí)別系統(tǒng)使門鎖擁有足夠的安全性。

　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：本文提出把指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到汽車門鎖當(dāng)中，解決傳統(tǒng)汽車門鎖安全可靠性不足的問題。為指紋識(shí)別技術(shù)在汽車防盜系統(tǒng)得到應(yīng)用打下基礎(chǔ)。