基于指纹识别车辆进出自动控制系统设计

摘 要：传统小区车辆进出管理方式存在安全性不高、通行效率低、不能验证车主身份等问题，将指纹识别、无线通讯、嵌入式技术应用于车辆进出控制管理，能改进上述缺点。本文阐述了基于指纹识别车辆进出自动控制系统的结构组成，重点介绍系统主要硬件模块和软件设计。测试结果验证了所述方法的可行性，具有较高的实际应用价值。

关键词：指纹识别；自动控制；无线通讯

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 06-0044-02

近年来随着我国汽车产业的不断发展及人们生活水平的不断提高，企事业单位公务车及私家车数量日渐增多，单位区域范围汽车进出流量增长迅速。传统小区停车场车辆进出管理方式都采用手动人工控制管理方式实现，其缺点是耗时、工作量大、汽车通行效率低、安全性不高，已不能满足智能小区对车辆物业管理智能化程度不断提高的需求。

一、基于指纹识别车辆进出自动控制系统方案设计

系统主要由车辆进出管理信息系统，车载指纹识别控制器、车辆进出控制器、道闸、道闸开关执行机构、车辆感应器组成，如图1所示。车载指纹识别控制器与车辆进出控制器通过无线通讯，车辆感应器和道闸开关执行机构与车辆进出控制器通过电缆连接。其中车辆进出管理信息系统属于上位机，运行在PC机上，与车辆进出控制器通过网口通讯，其主要作用对车辆日常进出时间进行统计；车载指纹识别控制器完成车主身份验证，并能根据请求自动向车辆进出控制器发出车主身份认证信息；车辆进出控制器通过车辆感应器感知车辆进入与离开信息，并向进入或驶离车辆发出认证请求，在身份信息获得确认以后，控制道闸开关执行机构动作。

二、系统硬件组成及器件选型

为了便于系统程序开发和功能扩展，整个系统采用嵌入式体系结构，以Micro2440核心板为基础，在其上做硬件模块加载、应用层软件开发。Micro2440核心板其实是一个最小系统板，CPU为S3C2440，运行400Mhz，NOR FLASH 2M，NAND FLASH256M，SDRAM 64M。Micro2440开发板可支持ARM-Linux、WindowsCE 6.0、uCos2三种嵌入操作系统，均提供完整的系统程序及驱动程序源代码，并有相应的编译开发工具[1]。以Micro2440SDK开发板为基础，载剪其网口驱动、触摸屏、RS232接口电路，构建嵌入式开发平台，分别加载指纹采集模块ADST11SD320、无线收发模块RF2401、声光异常提示模块、TC35iGSM模块分别构成车载指纹车辆进出控制器，如图2所示，在车辆进出控制器减少一个TC35iGSM模块便构成车载指纹识别控制器。嵌入式操作系统选用ARM-Linux，因其支持TCP/IP协议栈，便于通过网口与上位机通讯。

三、模块接口电路及控制方式

（一）无线模块RF2401

RF2401是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便[2]。通过程序配置让其工作在数据收发模式，其主要用来完成无线数据包的发送接收，为车载指纹识别控制器及车辆进出控制器提供空中无线接口，其中车辆进出控制器无线模块采用固定地址，车载指纹识别控制器的无线模块则分配不同地址。

（二）指纹采集模块ADST11SD320

SD320为指纹采集和单片指纹处理器二合一设计的指纹识别二次开发模块，具有体积小、功耗低、接口简单、可靠性高、指纹模板小（496字节）、大容量指纹识别（3000枚指纹，不分组识别响应时间小于1.5秒）等优点，可以轻松将其嵌入用户系统，组成满足客户需求的指纹识别产品。SD320模块具有可调节的安全等级功能、指纹特征数据的读/写功能和1：N识别及1：1验证等功能[3]。其通讯接口为UART，其通讯流程如下图3所示。通讯过程中的指令发送、接收必须要遵循一发一收的原则。其开发文档提供了丰富的API接口函数，包括指纹提取、比较、识别等功能函数接口，本模块作为从设备，由ARM做为主设备发送相关命令对其进行控制，可以完成车主身份指纹信息提取、比较、存储等功能。

（三）GSM模块TC35i

S3C2440对GSM模块TC35I的控制是通过向其串口发送AT控制命令来实现的。TC35IGSM引擎模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范[5]。在短消息模块收到网络发来的短消息时，能够通过串口发送消息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种命令，采用Windows自带的串口通讯终端进行调试。目前，发送短消息常用Text和PDU（Protocol Data Unit，协议数据单元）模式。使用Text模式收发短信代码简单，但缺点是不能收发中文短信；而PDU模式支持中英文短信，本系统采用PDU模式。

四、系统程序设计及功能实现

（一）ARM-Linux系统特点

通用分时Linux调度算法一般倾向于平衡吞吐量及用户响应时间，它给每个进程分配一个时间片，让每个进程都能够以平等的机会获得CPU的使用权，在时间片用完后，内核会剥夺它的CPU使用权，而不管这个进程所要完成的任务是否紧急，显然不适合实时控制。在通用Linux系统中，当一个进程运行在内核状态时，这个进程是不可强占的，那么对要求实时处理的事件是不能及时响应的。ARM-Linux内核采用时间片轮转和可抢占式优先级调度算法。因而用户在创建实时任务的时候，根据任务的重要性和紧迫程度，要分别为每个任务分配优先级和要使用CPU的时间片等资源，从而提高系统的实时性。

（二）车辆进出控制器应用层任务设计

车辆进出控制器是控制系统中核心部件，其实时性与安全性至关重要，其应用层建立在ARM-Linux嵌入式操作系统上，任务间采用消息进行通讯，给每个任务分配不同优先级，以满足实时性要求，任务划分成七个模块，如图4所示。其中指纹信息采集任务负责采集所有合法车主身份指纹信息，当指纹信息验证通过时产生授权信息，并与车牌信息、车主手机号码、指纹信息、授权信息存储在ROM存储器中，做为车载指纹识别控制器通讯PDU结构，以保证信息的安全性，信息采集完成后向消息处理控制中心发送消息，由消息处理控制中心任务发出消息激活GSM信息处理任务，由其发送合法认证信息到车主手机上，当无线模块RF2401通讯模块异常时，可以通过GSM通道进入身份验证流程。车辆进出信息检测控制任务通过中断方式感知车辆驶入与离开消息，并记录车辆驶入与离开当前时间及车主身份信息，当记录信息量满时，向消息处理控制中心任务发出记录信息满信息，由车辆进出管理系统读出信息，通过网口向上位机发送车主记录信息；人机交互界面处理任务处理人的操作信息及显示消息处理控制中心任务状态信息；验证车主身份任务处理无线通信模块RF2401接收车主身份信息，当身份认证通过时，向消息处理控制中心任务发送合格确认信息，由其控制车辆进出信息检测控制任务打开道闸，以控制车辆进出。

（三）车主身份认证设计

车载指纹识别控制器及车辆进出控制器初始化时，对每辆汽车的所有车主进行指纹信息采集，并对每一位车主的指纹信息授权一个密码信息，并将该密码信息、车牌信息、车主手机号码、指纹信息保存在各自的存储器ROM中，做为车辆进出控制器对车载指纹识别控制器授权信息。

1.小区汽车车主身份验证

汽车启动时，车载指纹识别控制器触摸显示屏提示输入指纹信息或密码信息，当身份验证通过时，设置一个全局变量Flag为1，否则为0，记录当前状态；当汽车停在小区内时，通过触摸显示屏可以设定其为电子锁模式，此时全局变量Flag置为0，如要再次发动汽车，只有通过指纹信息或密码信息才能解锁，同时微处理器控制开关接通，使汽车点火回路处于开路状态，能有效提高汽车防盗功能。

2.汽车驶入与离开检测流程

当汽车驶入或离开小区时，通过车载指纹识别控制器向车辆进出控制器发送授权请求信息，车辆出入控制器通接收到汽车驶入或离开时身份验证信息，且汽车感应器检测装置检测到有汽车驶入或离开，车辆进出控制器进入车主身份验证流程，并启动定时器，当车辆进出控制器收到车载指纹识别控制器发送来信息，与本机中的信息进行比较，如为小区合法用户，则控制道闸开关执行机构，打开小区车道道闸，如车辆进出控制器超时未收到信息，则通过声光提示模块发出提示警示，进入人其他车辆检测流程，以加强检查。当汽车驶入与离开状态被车辆感应器检测到时，则道闸开关执行机构关闭道闸，并记录汽车驶入的当前时间，其流程图如图5所示。

五、结语

随着智慧城市不断发展，传统小区车辆进出管理方式已不能满足发展要求，基于指纹识别车辆进出自动控制系统集成了嵌入式系统、指纹识别、无线通讯等技术，提出了车辆进出小区的自动控制方案，其能够验证车主身份，提高小区车辆进出通行效率，具有安全性高、操作方便、不受天气环境影响等特点，为小区车辆进出信息化管理提供了技术支持，具有较高的实际应用价值。

参考文献：

[1]Micro2440核心板开发用户手册（版本2.0）.

[2]RF2401无线模块用户指南.

[3]ADST11SD320光电一体式用户手册（版本4.0）[S].深圳艾迪数通电子有限公司.

[4]AT Command Set Siemens Cellular Engines（Version：03.10）.

[5]TC351 Terminal User Guide.Issued by Siemens AGICM Wire-less Modules Haidenau Platz1.D-81667 MunichGermany.