CN108608992A - 一种基于指纹识别的多功能车载控制系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于指纹识别的多功能车载控制系统及其工作方法，该系统包括指纹识别传感器、用于检测驾驶者手是否放在方向盘上的压力传感器、FPGA芯片、Cortex‑A8控制板、报警器和方向盘锁紧机构，所述压力传感器紧贴设于方向盘上，所述FPGA芯片分别连接指纹识别传感器、压力传感器以及车辆上的发动机启动电机、座椅调节器，所述Cortex‑A8控制板分别连接FPGA芯片、报警器、方向盘锁紧机构以及车辆上的车载终端，所述FPGA芯片连接有用于存储不同驾驶者的指纹和座椅位置的存储卡。与现有技术相比，本发明提高车辆的舒适性和安全性，具有加快数据处理速度、提高数据准确性、制作成本低、结构简单等优点。

Description

一种基于指纹识别的多功能车载控制系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及车辆零部件技术领域，尤其是涉及一种基于指纹识别的多功能车载控制系统及其工作方法。

背景技术

指纹是人体生物特征的一种，在人类的婴儿时期就已基本确定，并且其纹线构成终生不变，即指纹具有不变性；指纹的纹线结构具有足够的复杂度：指纹脊线包含了勾、眼、桥、棒、点等特征点，且每条纹线的起点、分支点、交叉点、终点又各有不同，因此几乎可以肯定的说，没有两个人的指纹是完全相同的，即指纹具有唯一性；与人的其它生物特征，如虹膜、静脉、人脸等相比，指纹还具有特征变化小、特别方便获取等特点。正是由于以上的一些优势，我们可以将指纹应用到汽车上，替换车钥匙。汽车钥匙具有其携带便利性，但汽车钥匙需要携带在身上，然而，这样可能导致汽车钥匙的遗失而无法启动汽车。指纹可以避免这个弊端，每个人都有指纹，并且都是随身携带的，可以通过指纹来启动汽车，这样就可以避免车钥匙遗失的弊端。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于指纹识别的多功能车载控制系统及其工作方法，提高车辆的舒适性和安全性，具有加快数据处理速度、提高数据准确性、制作成本低、结构简单等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于指纹识别的多功能车载控制系统，设于车辆上，包括指纹识别传感器、用于检测驾驶者手是否放在方向盘上的压力传感器、FPGA芯片、Cortex-A8控制板、报警器和方向盘锁紧机构，所述压力传感器紧贴设于方向盘上，所述FPGA芯片分别连接指纹识别传感器、压力传感器以及车辆上的发动机启动电机、座椅调节器，所述Cortex-A8控制板分别连接FPGA芯片、报警器、方向盘锁紧机构以及车辆上的车载终端，所述FPGA芯片连接有用于存储不同驾驶者的指纹和座椅位置的存储卡。

所述指纹识别传感器的型号为FPC1011F。

所述方向盘锁紧机构包括第一夹爪、第二夹爪、螺杆和锁紧电机，所述第一夹爪和第二夹爪对称设置在方向盘的杆身两侧，第一夹爪通过第一螺母与螺杆连接，所述第二夹爪通过第二螺母于螺杆连接，所述第一螺母的螺纹和第二螺母的螺纹相反，所述锁紧电机的驱动端连接螺杆的一端，所述Cortex-A8控制板连接锁紧电机，锁紧方向盘时，锁紧电机驱动螺杆转动，经第一螺母和第二螺母带动第一夹爪和第二夹爪相向运动，直至第一夹爪和第二夹爪抱紧方向盘的杆身。

所述第一夹爪和第二夹爪的截面均呈半环形。

一种基于指纹识别的多功能车载控制系统的工作方法，包括以下步骤：

指纹识别传感器采集使用者的指纹，FPGA芯片将使用者的指纹与存储卡内存储的指纹进行指纹匹配，若指纹匹配成功，FPGA芯片控制发动机启动电机启动车辆发动机，并根据存储卡内存储的对应座椅位置控制座椅调节器，座椅调节器对座椅进行调整；

若指纹匹配不成功的次数超过设定次数，FPGA芯片与Cortex-A8控制板相互数据，Cortex-A8控制板控制方向盘锁紧机构将方向盘锁紧，同时控制报警器报警；

车辆发动机启动成功，进入安全驾驶检测状态，FPGA芯片内设定驾驶者手不能离开方向盘的时间间隔，若超过时间间隔内压力传感器未采集到压力信号，FPGA芯片与Cortex-A8控制板相互数据，Cortex-A8控制板通过车载终端控制车辆减速，同时控制报警器报警。

当Cortex-A8控制板通过车载终端控制车辆减速到车辆速度为零时，车载终端提醒是否启动熄火程序，用于驾驶者根据需要进行选择；

车载终端还用于录入指纹、指纹匹配是否成功的提醒。

发动机启动电机启动车辆发动机的过程中，若超过设定时间内启动失败，则间隔一定时间后再控制发动机启动电机工作，同时车载终端提醒是否继续启动，用于驾驶者根据需要选择。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、提高了车辆的舒适性和安全性，通过指纹匹配将座椅调节到预先设定的位置、将发动机进行自启动，还利用方向盘上的压力传感器感应驾驶人手放在方向盘上，督促其安全驾驶，指纹匹配错误五次，将由方向盘锁死模块对方向盘锁死，督促驾驶者正确匹配指纹，防止过于频繁匹配指纹导致系统出错，同时将起到部分防盗作用。对于发动机熄火，只需要将手离开方向盘十秒，ECU将默认进行熄火程序。同时控制核心ECU采用FPGA芯片与Cortex-A8控制板构成的双核系统，使用FPGA分担ARM芯片的内部资源消耗，加快数据处理速度，对数据进行二次处理，提高了数据的准确性。

2、本发明采用的指纹识别模块是电容式触摸，并且结合相应算法，可以在手指出现蜕皮等致使指纹模糊的情况下，对指纹进行识别，提高了指纹的识别率，保证发动机的启动，也提高了安全性和便捷性。

3、本发明将发动机自启动、安全驾驶、座椅记忆和方向盘锁死四个功能结合，节省各个部件的重新设计，充分合理的利用指纹识别技术，实现功能利用最大化，降低成本。

4、该系统植入车载终端，成为车载终端的子系统，方便了系统的更改，同时节省重新设计显示模块的成本。

附图说明

图1为基于指纹识别的多功能车载控制系统的内部连接示意图；

图2为基于指纹识别的多功能车载控制系统安装于车辆上的示意图；

图3为方向盘锁紧机构的结构示意图；

图4为基于指纹识别的多功能车载控制系统的工作方法流程图。

图中，11、方向盘，12、发动机启动电机，121、发动机飞轮，122、发动机，13、座椅调节器，131、座椅调节电机，132、座椅滑轨，133、座椅，14、车载终端，2、指纹识别传感器，3、压力传感器，4、FPGA芯片，5、Cortex-A8控制板，6、报警器，7、存储卡，81、第一夹爪，82、第二夹爪，83、螺杆，84、锁紧电机，85、第一螺母，86、第二螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一种基于指纹识别的多功能车载控制系统，设于车辆上，包括指纹识别传感器2、用于检测驾驶者手是否放在方向盘11上的压力传感器3、FPGA芯片4、Cortex-A8控制板5、报警器6和方向盘11锁紧机构，压力传感器3紧贴设于方向盘11上，FPGA芯片4分别连接指纹识别传感器2、压力传感器3以及车辆上的发动机启动电机12、座椅调节器13，Cortex-A8控制板5分别连接FPGA芯片4、报警器6、方向盘11锁紧机构以及车辆上的车载终端14，FPGA芯片4连接有用于存储不同驾驶者的指纹和座椅位置的存储卡7，各模块之间通过CAN总线进行通信。

控制核心ECU采用FPGA芯片4（Cyclone IV）与Cortex-A8控制板5构成的双核系统，使用FPGA分担ARM芯片的内部资源消耗，加快数据处理速度，对数据进行二次处理，提高了数据的准确性。FPGA芯片4主要的作用就是对指纹识别传感器2采集的指纹、发动机122自启动控制和方向盘11触摸压力感应等数据进行预处理，再通过DMA（直接内存存取）传入到ARM芯片进行再处理，处理完之后再将相应的数据传回FPGA芯片4，FPGA芯片4再对相应执行机构进行操作，同时ARM芯片也负责与车载终端14、方向盘11锁紧机构和报警器6的数据与命令处理。Cortex-A8控制板5采用三星S5PV210作为主处理器。

指纹识别传感器2的型号为FPC1011F，指纹识别传感器2可设置在方向盘11旁，方便使用者进入车辆后进行指纹验证，压力传感器3对方向盘11的表面进行电容式感应，通过手放上方向盘11而产生电压的改变而判断是否在安全驾驶，实现对安全驾驶进行监控，如果此时不在安全驾驶，将会产生一个字节的特定信号，由CAN总线传递信息到FPGA芯片4，FPGA芯片4再检测做出相应的指令。报警器6采用报警灯和报警铃，在指纹匹配不成功五次或者驾驶者的手持续三秒没有放在方向盘11上进行警报提醒。

如图3所示，方向盘11锁紧机构包括第一夹爪81、第二夹爪82、螺杆83和锁紧电机84，第一夹爪81和第二夹爪82对称设置在方向盘11的杆身两侧，第一夹爪81通过第一螺母85与螺杆83连接，第二夹爪82通过第二螺母86于螺杆83连接，第一夹爪81和第二夹爪82的截面均呈半环形，第一螺母85的螺纹和第二螺母86的螺纹相反，锁紧电机84的驱动端连接螺杆83的一端，Cortex-A8控制板5连接锁紧电机84，锁紧方向盘11时，锁紧电机84驱动螺杆83转动，经第一螺母85和第二螺母86带动第一夹爪81和第二夹爪82相向运动，直至第一夹爪81和第二夹爪82抱紧方向盘11的杆身，实现方向盘11的锁紧，螺杆83和锁紧电机84通过支架架设在方向盘11的杆身的一侧，实现固定。方向盘11锁死机构将会在指纹匹配不成功五次之后，将方向盘11锁死，直到指纹匹配成功，方向盘11才能解锁。

座椅调节器13包括带动座椅滑动的座椅滑块与座椅滑轨132（或履带结构），以及驱动滑块的座椅调节电机131等，FPGA芯片4的输出端连接座椅调节电机131的控制端，座椅调节电机131是3kw的步进电机（110BLF230-630）。FPGA芯片4根据指纹判断用户，并控制座椅调节电机131调节座椅133的位置，座椅位置由该用户进行设置，还可利用座椅调节器13增加调节座椅133靠背斜度的功能。

发动机启动电机12的开启将由独立的电路进行控制，该发动机启动电机12开启的判断依据是指纹匹配成功，发动机启动电机12的开启将不会超过10秒，超过十秒将先暂停三秒，再进行启动。

车载终端14系统子程序的页面设计可以采用QT进行GUI设计。

如图4所示，基于指纹识别的多功能车载控制系统的工作方法包括以下步骤：

使用者进入车辆驾驶室，将手放入指纹识别传感器2进行指纹匹配，指纹识别传感器2采集使用者的当前指纹，FPGA芯片4将使用者的指纹与存储卡7内预先存储的指纹进行指纹匹配，若指纹匹配成功，FPGA芯片4控制发动机启动电机12启动车辆发动机122（发动机启动电机12控制发动机飞轮121工作，从而启动发动机122），并根据存储卡7内存储的对应座椅位置控制座椅调节器13，座椅调节器13对座椅进行调整；

若指纹匹配不成功的次数超过设定次数（例如5次），FPGA芯片4与Cortex-A8控制板5相互数据，Cortex-A8控制板5控制方向盘11锁紧机构将方向盘11锁紧，同时控制报警器6将会警报，警报的解除还是需要指纹识别的成功，直到指纹识别成功；

车辆发动机122启动成功，进入安全驾驶检测状态，FPGA芯片4内设定驾驶者手不能离开方向盘11的时间间隔（例如3秒），若超过时间间隔内压力传感器3未采集到压力信号（即3秒过后，手依然没有回到方向盘11），FPGA芯片4与Cortex-A8控制板5相互数据，Cortex-A8控制板5通过车载终端14控制车辆开始减速，同时控制报警器6报警。

当Cortex-A8控制板5通过车载终端14控制车辆减速到车辆速度为零时，车载终端14提醒是否启动熄火程序，用于驾驶者根据需要进行选择；

车载终端14还用于录入指纹、指纹匹配是否成功的提醒。对于指纹添加与删减，将会再指纹识别成功之后，在车载终端14中显示，驾驶者可以根据需要进行指纹的添加。

发动机122启动过程中，难免会出现短时间启动不了，但是不能一直使用电机带动飞轮转动，所以发动机启动电机12启动车辆发动机122的过程中，Cortex-A8控制板5通过车载终端14获取车辆状态信息并判断发送机是否启动完成，若超过设定时间内启动失败，则间隔一定时间后再控制发动机启动电机12工作，同时车载终端14提醒是否继续启动，用于驾驶者根据需要选择是否关闭发送机启动电机，驾驶者如果察觉启动时间过久，可以选择终止启动，程序将会出现终止。

本发明操作简便，运行可靠，可以方便人们出行，无需携带车钥匙，无需手动调节座椅位置，只需要在该指纹下预设定参数就可以自动调节并启动。

Claims (7)

1.一种基于指纹识别的多功能车载控制系统，设于车辆上，其特征在于，包括指纹识别传感器、用于检测驾驶者手是否放在方向盘上的压力传感器、FPGA芯片、Cortex-A8控制板、报警器和方向盘锁紧机构，所述压力传感器紧贴设于方向盘上，所述FPGA芯片分别连接指纹识别传感器、压力传感器以及车辆上的发动机启动电机、座椅调节器，所述Cortex-A8控制板分别连接FPGA芯片、报警器、方向盘锁紧机构以及车辆上的车载终端，所述FPGA芯片连接有用于存储不同驾驶者的指纹和座椅位置的存储卡。

2.根据权利要求1所述的一种基于指纹识别的多功能车载控制系统，其特征在于，所述指纹识别传感器的型号为FPC1011F。

3.根据权利要求1所述的一种基于指纹识别的多功能车载控制系统，其特征在于，所述方向盘锁紧机构包括第一夹爪、第二夹爪、螺杆和锁紧电机，所述第一夹爪和第二夹爪对称设置在方向盘的杆身两侧，第一夹爪通过第一螺母与螺杆连接，所述第二夹爪通过第二螺母于螺杆连接，所述第一螺母的螺纹和第二螺母的螺纹相反，所述锁紧电机的驱动端连接螺杆的一端，锁紧方向盘时，所述Cortex-A8控制板连接锁紧电机，锁紧电机驱动螺杆转动，经第一螺母和第二螺母带动第一夹爪和第二夹爪相向运动，直至第一夹爪和第二夹爪抱紧方向盘的杆身。

4.根据权利要求3所述的一种基于指纹识别的多功能车载控制系统，其特征在于，所述第一夹爪和第二夹爪均的截面呈半环形。

5.一种如权利要求1所述的基于指纹识别的多功能车载控制系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

指纹识别传感器采集使用者的指纹，FPGA芯片将使用者的指纹与存储卡内存储的指纹进行指纹匹配，若指纹匹配成功，FPGA芯片控制发动机启动电机启动车辆发动机，并根据存储卡内存储的对应座椅位置控制座椅调节器，座椅调节器对座椅进行调整；

若指纹匹配不成功的次数超过设定次数，FPGA芯片与Cortex-A8控制板相互数据，Cortex-A8控制板控制方向盘锁紧机构将方向盘锁紧，同时控制报警器报警；

车辆发动机启动成功，进入安全驾驶检测状态，FPGA芯片内设定驾驶者手不能离开方向盘的时间间隔，若超过时间间隔内压力传感器未采集到压力信号，FPGA芯片与Cortex-A8控制板相互数据，Cortex-A8控制板通过车载终端控制车辆减速，同时控制报警器报警。

6.根据权利要求5所述的一种基于指纹识别的多功能车载控制系统的工作方法，其特征在于，当Cortex-A8控制板通过车载终端控制车辆减速到车辆速度为零时，车载终端提醒是否启动熄火程序，用于驾驶者根据需要进行选择；

车载终端还用于录入指纹、指纹匹配是否成功的提醒。

7.根据权利要求5所述的一种基于指纹识别的多功能车载控制系统的工作方法，其特征在于，发动机启动电机启动车辆发动机的过程中，若超过设定时间内启动失败，则间隔一定时间后再控制发动机启动电机工作，同时车载终端提醒是否继续启动，用于驾驶者根据需要选择。