一种基于指纹识别技术的汽车门锁软硬件设计

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引言
　　汽车门锁分为机械式和电子式两类。机械式汽车门锁的最大缺陷是安全性不足；电子式汽车门锁的出现使汽车门锁的安全性得到提高很大提高。但随着科技的发展，各种各样的专用盗车工具和盗车方法已经在网上流传，电子式汽车门锁的安全性受到严峻的考验。指纹识别技术是目前最安全可靠的身份识别技术之一，具有较高的可行性和实用性，也是目前最成熟和最具有前景的生物识别技术。
本文利用指纹识别技术，设计出模拟汽车指纹识别门锁。依据汽车的特殊情况来设计执行机构、选取相应的硬件；在 Biokey SDK算法的基础上进行二次开发，完善软件的功能。搭建出模拟汽车指纹识别门锁系统，测试执行机构的动作是否符合要求。

1 系统总体方案设计
　　系统可以分成三部分：由指纹采集设备和计算机构成的自动指纹识别系统、由计算机和控制元件构成的控制系统、由门锁控制器和双向直流电机来模拟汽车门锁（如图1）。

  
　　1.1指纹采集仪
　　指纹采集是自动指纹识别系统中的首要步骤。指纹采集仪通常按取像方法分类，常用的指纹取像方法有以下几种：光学设备取像；晶体传感器取像；超声波设备取像。其中超声波扫描被认为是指纹取像技术中非常好的一类 [1]。作者比较市场上的各种指纹采集仪，选择最优价廉的U.are.U4000指纹采集仪，它的特点有：自动读取指纹图像、通过USB接口把数字化的指纹图像传送到计算机、支持中控科技Biokey SDK开发工具等 [2]。
　　1.2数据采集卡
　　本系统采用台湾 ADLink公司生产的 PCI9111DG数据采集卡实现数据的输入输出功能，该采集卡有三个与外界进行通信的数据端口：CN1 、CN2、 CN3。本系统只用 CN3端口， ACLD-9137是与 CN3的接线端子，作者用接线端子上的模拟量输出通道（端口30）和模拟量接地端口（端口9）与门锁控制器上对应的信号输入端口相连，实现对执行机构的控制。
　　1.3汽车门锁
　　汽车门锁是由门锁控制器和执行机构组成。本系统采用奥拓中控门锁的双向直流电机作为执行机构，通过控制电机正反转来模拟门锁的开关动作。
　　门锁控制器的作用是控制门锁执行机构的开关、缩短工作时间节省能源[3]。本系统采用继电器和 555单稳态触发器组成的门锁控制器来控制执行机构。门锁控制器的电路图如图 2所示。

  
　　门锁控制器工作原理：门锁开闭按键保持状态，控制器不向执行机构输出执行信号；按下开锁按键，执行机构正转，当按下按键的持续时间T>T P（555单稳态触发器输出驱动继电器矩形脉冲信号宽度）时 ，执行机构工作时间等于T P；闭锁过程与开锁过程一样；当开锁与闭锁开关同时被按下时，由于继电器之间有互锁功能，这时候门锁控制器不对执行机构输出信号，保护电路。
脉冲宽度计算公式：
　　TP= RC ln 3 =1.1RC
　　式中R、C分别是555单稳态触发器的外接电阻阻值和电容的大小 [4]。

2 软件的设计
　　2.1 Biokey SDK算法描述
　　Bioeky SDK算法是一种快速、准确的 1:1和1:N指纹识别算法，面向软件开发商和系统集成商全面开放。在使用Biokey SDK进行指纹识别时(对2000到6000枚指纹进行识别)，不需要对指纹通过姓名、PIN等预先分类就就可以在 1到 5秒内轻松完成 [5]。指纹识别算法的标准流程如图 3所示：


        2.2软件的界面功能及实现
　　对 Biokey算法进行二次开发。指纹注册是通过函数 OnOnEnrollZkfpengx2（）实现，在注册过程中，将所有人的指纹按照工序号储存在计算机内存当中 。图像保存是通过函数:OnMeuSaveb 和函数 OnMeusavej来实现，保存路径可以根据实际情况设定。1：1和1：N两种识别形式分别是由:OnMeuOnetoone()和OnMeuOneton()实现。匹配成功后，由函数 m_PCI9111.WriteDOPort()输出信号，函数中变量 temp表示输出信号的电压，作者设置temp=6，即输出电压设置为6V。
　　指纹识别系统流程图如图 4所示。

  

3 系统的测试
　　准备工作：首先把PCI9111DG上针式跳线JP1接通U1（需要输出信号的范围为0V～10V）。然后启动软件，注册5个不同的手指并保存图像，退出软件重新进入。接着为门锁控制器通上电源，在软件界面上选择1:N识别类型，用不同手指对比测试系统。用万用表电压档测量线端子ACLD-9137上的30和9这两个端子的电压信号，并同时观察双向直流电机的动作。用0表示保持，1表示开锁动作，-1表示闭锁动作。系统测试结果如表1所示：

  

4 结论
　　本系统采用光学指纹采集仪器采集指纹图像，用电脑进行指纹图像的运算，设计出简单实用的门锁控制器对门锁执行机构进行有效控制，降低了系统的造价。测试结果表明，本文设计的汽车指纹识别门锁方案是可行的，它能够有效、方便的控制门锁的开闭，指纹识别系统使门锁拥有足够的安全性。
　　本文作者创新点：本文提出把指纹识别技术应用到汽车门锁当中，解决传统汽车门锁安全可靠性不足的问题。为指纹识别技术在汽车防盗系统得到应用打下基础。