一種基于指紋識別技術的汽車門鎖軟硬件設計

　　摘要：針對目前傳統(tǒng)汽車門鎖安全可靠性不足的狀況，提出一種基于指紋識別技術的模擬汽車指紋識別門鎖系統(tǒng)。設計出系統(tǒng)的總體方案，對相關硬件進行選型；采用Biokey SDK算法作為該系統(tǒng)的軟件，并對該算法進行二次開發(fā)，使其符合系統(tǒng)的控制要求。搭建出模擬汽車指紋識別門鎖系統(tǒng)。測量輸出信號，觀察執(zhí)行機構的動作情況。試驗表明，該系統(tǒng)能夠很好控制汽車門鎖開關，并具有方便可靠性。

0 引言

　　汽車門鎖分為機械式和電子式兩類。機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在網上流傳，電子式汽車門鎖的安全性受到嚴峻的考驗。指紋識別技術是目前最安全可靠的身份識別技術之一，具有較高的可行性和實用性，也是目前最成熟和最具有前景的生物識別技術。
本文利用指紋識別技術，設計出模擬汽車指紋識別門鎖。依據汽車的特殊情況來設計執(zhí)行機構、選取相應的硬件；在 Biokey SDK算法的基礎上進行二次開發(fā)，完善軟件的功能。搭建出模擬汽車指紋識別門鎖系統(tǒng)，測試執(zhí)行機構的動作是否符合要求。

1 系統(tǒng)總體方案設計

　　系統(tǒng)可以分成三部分：由指紋采集設備和計算機構成的自動指紋識別系統(tǒng)、由計算機和控制元件構成的控制系統(tǒng)、由門鎖控制器和雙向直流電機來模擬汽車門鎖（如圖1）。

　　1.1指紋采集儀

　　指紋采集是自動指紋識別系統(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：光學設備取像；晶體傳感器取像；超聲波設備取像。其中超聲波掃描被認為是指紋取像技術中非常好的一類 [1]。作者比較市場上的各種指紋采集儀，選擇最優(yōu)價廉的U.are.U4000指紋采集儀，它的特點有：自動讀取指紋圖像、通過USB接口把數字化的指紋圖像傳送到計算機、支持中控科技Biokey SDK開發(fā)工具等 [2]。

　　1.2數據采集卡

　　本系統(tǒng)采用臺灣 ADLink公司生產的 PCI9111DG數據采集卡實現(xiàn)數據的輸入輸出功能，該采集卡有三個與外界進行通信的數據端口：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）與門鎖控制器上對應的信號輸入端口相連，實現(xiàn)對執(zhí)行機構的控制。

　　1.3汽車門鎖

　　汽車門鎖是由門鎖控制器和執(zhí)行機構組成。本系統(tǒng)采用奧拓中控門鎖的雙向直流電機作為執(zhí)行機構，通過控制電機正反轉來模擬門鎖的開關動作。

　　門鎖控制器的作用是控制門鎖執(zhí)行機構的開關、縮短工作時間節(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)行機構。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)行機構輸出執(zhí)行信號；按下開鎖按鍵，執(zhí)行機構正轉，當按下按鍵的持續(xù)時間T>T P（555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出驅動繼電器矩形脈沖信號寬度）時 ，執(zhí)行機構工作時間等于T P；閉鎖過程與開鎖過程一樣；當開鎖與閉鎖開關同時被按下時，由于繼電器之間有互鎖功能，這時候門鎖控制器不對執(zhí)行機構輸出信號，保護電路。
脈沖寬度計算公式：

　　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]。

2 軟件的設計

　　2.1 Biokey SDK算法描述

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