基于OpenCV的嵌入式人脸识别汽车电动举升门驱动系统

来源:用户上传      作者:唐卓贞 刘益卓 杜虹

　　摘 要：基于OpenCV的人脸识别算法完成了ARM的移植，并应用于汽车电动尾门系统中。系统以单片机为核心，通过CAN总线与车身控制器BCM相连，发挥机电一体化优势，实现了汽车尾门的智能化控制。
　　关键词：OpenCV;人脸识别;电动举升门驱动系统
　　中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.07.093
　　0 引言
　　随着汽车自动化程度的提高，传统汽车用钥匙直接解锁或遥控解锁手动开启或关闭汽车尾门的控制方式已不能满足人们对便捷性舒适性的要求。越来越多的高档汽车尾门引入了电动升举门PLG（Power Lift-Gate）。一些普通汽车用户也提出了改装或加装PLG的客户需求。文章兼顾可靠性、安全性和便携性，设计实现了基于OpenCV的嵌入式人脸识别汽车电动举升门驱动系统，该系统以单片机为核心，通过CAN总线与车身控制器BCM（Body Control Model）相连，发挥机电一体化优势，实现了汽车尾门的智能化控制。
　　1 预期系统设计
　　该系统设计是对系统与电动举升门系统执行与实现的一个基础。对于电动举升门驱动系统的设计，第一需要通过调研了解汽车用户的实际需求，再进一步确定该系统具体的设计功能，然后根据需求并加以分析，然后把系统功能的模块划分出来并选定好所需要的元器件，紧接着用选好的元器件根据设计好的系统方案进行印刷电路板的设计和制板，最后对电路板进行检查与调试。待硬件部分完成后进行软件部分开发，具体流程见图1。
　　2 硬件模块设计
　　根据需求分析，本文设计的系统包括以下模块：图像采集模块、核心控制模块、与BCM通信模块、尾门控制模块。
　　2.1 图像采集与识别
　　识别人类可见度的最常见方式是使用人脸，或面部可以提供的信息，并在其他形式的沟通中不可逆转。图像数据提取技术，提供有效和易于识别的信息并且能方便地添加、删除或修改用户信息数据库中的信息。当检测到的人脸与数据库中的信息匹配时，身份认证并与BCM通信以提供开锁信号。具体流程如图，因此，需要外置摄像头采集来访信息。本文采用Pi Camera，USB接口，免驱动。
　　2.2 核心模块
　　系统MCU的选择是系统的核心，本文选用基于ARM的Raspberry Pi，以SD/MicroSD卡为内存硬盘，卡片主板周围有1/2/4个USB接口和一个10/100 以太网接口，能满足系统开发需求并考虑后续升级需要。
　　2.3 与汽车的BCM通信模块
　　BCM交流产生了BCM在研究和运用上的显著提升了车子的属性。但随着汽车行业电子工程的进一步发展，BCM的集成、BCM的设计和控制晶体的扩充也在增加。通过电子设备所进行的信息分享也存在若干差异，因此“卡”是一个在循环器之间存在二叠化连接的多层通信网络，提供了有效的分享系统和实时控制支持。因为高速的通信速度、可靠性和低价，汽车尤其如此。将BCM绑在车身两侧的标准说明已经成立这个文件作为一个系统。图像判别结果匹配时能发信号给汽车的BCM，通过BCM控制汽车尾门开启或关闭。
　　2.4 电控锁及电机控制模块
　　与BCM通信后，根据当前状态控制汽车尾门开启或关闭。在整车设防状态下，当人脸检测有效时，BCM实现整车解防;在30s的时间内，BCM 检测到尾门打开开关有效（有效时间T > 50ms）。BCM通过CAN总线向PBD尾门发送主动开启信号。PBD控制尾门锁的电机，执行解锁动作。30余秒后，尾门未打开，重新进入防御状态。尾门不能再通过尾门打开和解锁。
　　在整车解防状态下，驾驶员锁状态为解锁时（模拟的是驾驶员在行车，且尾门关闭，意图打开尾门的过程），BCM检测到尾门开启开关有效（T>50ms），BCM通过CAN总线发送给PBD 尾门主动开启信号，PBD 控制尾门锁电机执行解锁动作。
　　在整车解防状态下，驾驶员锁状态为闭锁时（模拟的是驾驶员在行车，且尾门关闭，通过中控锁或车速自动上锁导致驾驶员锁状态变为闭锁时，意图打开尾门的过程），此时不能通过尾门开启开关开门。只有当人脸检测有效后，在30s的时间内，BCM检测到尾门开启开关有效（T>50ms），BCM通过CAN总线向PBD发送尾门主动开启信号，PBD控制尾门锁电机进行解锁动作。如果后车门未.打开超过30秒，或者打开后检测到后车门关闭，则不能通过尾门解锁信号解锁。
　　3 系统软件设计
　　3.1 构造嵌入式系统平台
　　在本文中，人脸识别系统使用Linux操作系统，主要是嵌入式操作系统，包括Linux、WinCE、Poe等。嵌入式Linux操作系统具有开源、价格低廉、可移植性好、功能强大等优点。因此，许多企业转向嵌入式Linux操作系统，使其成为使用最广泛的操作系统。
　　3.2 openCV庫移植
　　OpenCV传输库是一个开放源代码库，由一系列C函数和少量C++类组成并通过VC编译软件。这些函数在Linux操作系统下执行。
　　3.3 人脸识别汽车尾门系统的设计
　　4 结论
　　论文基于openCV的人脸识别算法完成了ARM的移植，并应用于汽车电动尾门系统中。系统前端芯片进行信息采集及人脸身份识别后通过CAN总线连接汽车BCM，从而控制电机。该系统具有硬件配置简单，运行高效等特点，在汽车智能化发展中又良好的应用前景。
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