一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统，包括有人脸识别子系统、智能手环子系统、通信子系统、Arduino控制子系统和执行子系统，人脸识别子系统通过通信子系统与智能手环子系统、Arduino控制子系统进行数据交互，Arduino控制子系统通过电信号对执行子系统的动作进行控制。有益效果：具有易采集、非接触、静态、响应速度快等优点，比较容易被大众接收。可以快速响应判别信息，保证响应速度；驱动电路具有简单、稳定、易操作、实时性好等优点，可以实时、稳定通过Arduino单片机弱电压驱动控制回路动作。能有效地提高汽车的财产安全性，大大降低被盗的风险，提高系统的可靠性与功能安全性。

An automatic door opening and closing system based on Arduino serial port face recognition

【技术实现步骤摘要】
一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统
本专利技术涉及一种自动开闭车门系统，特别涉及一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统。
技术介绍
目前，随着汽车智能化技术的发展，用户开始关注车辆可能配置的相关智能化功能。目前的传统开闭车门方法，主要是通过钥匙、密码锁等技术，但都存在着不同的缺陷，如机械钥匙容易丢失且易于复制、电子密码锁易于破解等。随着技术的不断发展，传统的开闭车门方法已经受到越来越多的挑战，现有新颖的开闭车门方法有识别指纹、虹膜、语音等，但易出现识别困难、受环境及动态变化影响较大等问题。因此为防止车辆被盗及保证安全性，开关车门的可靠性、便捷性、稳定性已经成为不可忽视的研究内容，对于基于人脸识别的自动开闭车门系统的研究显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的开闭车门方法易出现识别困难、受环境及动态变化影响较大等诸多问题而提供的一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统。本专利技术提供的基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统包括有人脸识别子系统、智能手环子系统、通信子系统、Arduino控制子系统和执行子系统，人脸识别子系统通过通信子系统与智能手环子系统、Arduino控制子系统进行数据交互，Arduino控制子系统通过电信号对执行子系统的动作进行控制。人脸识别子系统包括图像采集模块、图像处理模块、特征提取模块和特征匹配模块，其中图像处理模块、特征提取模块和特征匹配模块集成在IPC中，图像采集模块中装配有工业摄像机，工业摄像机通过MicroUSB3.0与IPC连接，图像采集模块与图像处理模块信号连接，图像处理模块与特征提取模块信号连接，特征提取模块与特征匹配模块信号连接，图像处理模块包括人脸检测与定位、人脸图像预处理，图像处理模块通过局部二值模式来进行人脸检测与定位，之后将信号进行人脸图像预处理，人脸图像预处理包括缩放、旋转、拉伸、光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、规范化、几何校正、过滤和锐化，特征提取模块包括对人脸图像预处理后的信号进行选取特征点并构建脸、眼睛、鼻子及嘴巴的长宽度特征向量，特征提取模块通过计算各特征点间的欧式距离、曲率和角度与特征匹配模块进行随机匹配、双向匹配，特征匹配模块包括人脸存储数据库，特征匹配模块将匹配结果通过串口通信子系统输出八位二进制识别字符串至Arduino控制子系统中的Arduino单片机。智能手环子系统包括智能手环、WiFi设备和定位模块，其中智能手环佩戴于车主身上，WiFi设备与IPC相连发送WiFi信号，定位模块位于IPC内，智能手环与WiFi设备连接且通过定位模块检测定位距离<2m时，图像采集模块开启，通信子系统包括WiFi通信模块和串口通信模块，WiFi通信模块实现智能手环子系统中的智能手环与IPC进行连接与实时定位距离数据交互，串口通信模块通过设置波特率、奇偶校验、停止位实现IPC与Arduino控制子系统中的Arduino单片机判别数据实时交互。Arduino控制子系统包括Arduino单片机和驱动电路，Arduino单片机通过串口通信模块实时接收IPC的字符串数据并作出响应，驱动电路与Arduino单片机的输出端和接地端相连，驱动电路用于通过Arduino单片机输出的微弱电压来驱动24V控制回路，执行子系统包括电磁铁、压力传感器和距离传感器，电磁铁位于车门与车体的连接处用来控制车门的开闭，压力传感器位于车锁内侧用于检测是否关紧车门，距离传感器位于车门外侧用于检测是否进行避撞，电磁铁根据Arduino单片机的响应来进行自动开闭车门，在开车门过程中若距离传感器检测的距离<0.2m，则进行车门的主动避撞并报警，在车门关闭过程中若压力传感器检测压力<5.7N，则进行报警。驱动电路是由1.5KΩ电阻、4.7KΩ电阻、S8050三极管、IN4007二极管、24V开关电源和JQX-13F继电器组成，Arduino单片机输出端与1.5KΩ电阻和S8050三极管基极串联，S8050三极管发射极与GND端串联，4.7KΩ电阻并联在S8050三极管基极与发射极，S8050三极管集电极与IN4007二极管、24V开关电源正极串联，JQX-13F继电器并联在IN4007二极管两端，24V开关电源、电磁铁与JQX-13F继电器常开触点构成闭合回路，当JQX-13F继电器吸合时，JQX-13F继电器常开触点闭合；通过Arduino单片机输出端的低电压来控制S8050三极管的导通与截至状态，从而实现24V开关电源回路的通断。本专利技术的工作原理：本专利技术提供的基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统通过定位模块监测智能手环与车的距离在阈值范围内时，打开工业摄像机，对捕捉到的图像数据通过局部二值模式来进行人脸检测与定位；检测到人脸及其位置时，对人脸图像进行预处理；人脸图像预处理包括缩放、旋转、拉伸、光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、规范化、几何校正、过滤和锐化等；特征提取模块包括对预处理后的图像选取特征点并构建脸、眼睛、鼻子及嘴巴的长宽度特征向量，通过计算各特征点间的欧式距离曲率和角度等与特征匹配模块进行随机匹配、双向匹配，特征匹配模块包括人脸存储数据库，将匹配结果通过串口通信子系统输出八位二进制识别字符串至下位机Arduino单片机。Arduino单片机接收到通信数据后进行输出，通过24V驱动回路来实现微弱电压控制电磁铁动作；电磁铁得电吸合后，车门开启，在开启的过程中，通过位于车门外侧的距离传感器实时监测距离，若距离<0.2m，则进行主动避撞并报警；据驾驶操作习惯及汽车人及设计要求,驾驶员座位上关门角度与水平面大约成30°,车门最大开度68°,作用于车门内把手至铰链轴线的垂直距离D为0.7m左右.设关闭车门时驾驶员作用于车门上的力为F,根据能量守恒:P外＝P密+P空+P锁+P限+P摩-P重＝2.09J，可化简为：车门开启完毕，待人入座后，自动关闭车门，通过车锁连接处的压力传感器监测关门压力，若压力<5.7N，则进行报警。本专利技术的有益效果：本专利技术提供的基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统通过图像采集模块将采集到的图像信息传至上位机IPC，经过IPC中的图像处理模块、特征提取模块和特征匹配模块输出判别字符串信息传至下位机Arduino单片机，Arduino单片机根据数据信息实时响应控制执行子系统动作来实现车门的开关。本系统的人脸识别与指纹、虹膜、语音识别等相比，具有易采集、非接触、静态、响应速度快等优点，比较容易被大众接收。同时，IPC具有强大的监控和管理功能，可以快速处理数据信息和存储海量数据信息，保证处理速度和识别精度；Arduino单片机具有快速、灵活控制的特点，可以快速响应判别信息，保证响应速度；驱动电路具有简单、稳定、易操作、实时性好等优点，可以实时、稳定通过Arduino单片机弱电压驱动控制回路动作。本专利技术通过人脸识别及智能手环来自动开闭车门，能有效地提高汽车的财产安全性，大大降低被盗的风险，通过多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统，其特征在于：包括有人脸识别子系统、智能手环子系统、通信子系统、Arduino控制子系统和执行子系统，人脸识别子系统通过通信子系统与智能手环子系统、Arduino控制子系统进行数据交互，Arduino控制子系统通过电信号对执行子系统的动作进行控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统，其特征在于：包括有人脸识别子系统、智能手环子系统、通信子系统、Arduino控制子系统和执行子系统，人脸识别子系统通过通信子系统与智能手环子系统、Arduino控制子系统进行数据交互，Arduino控制子系统通过电信号对执行子系统的动作进行控制。


2.根据权利要求1所述的一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统，其特征在于：所述的人脸识别子系统包括图像采集模块、图像处理模块、特征提取模块和特征匹配模块，其中图像处理模块、特征提取模块和特征匹配模块集成在IPC中，图像采集模块中装配有工业摄像机，工业摄像机通过MicroUSB3.0与IPC连接，图像采集模块与图像处理模块信号连接，图像处理模块与特征提取模块信号连接，特征提取模块与特征匹配模块信号连接，图像处理模块包括人脸检测与定位、人脸图像预处理，图像处理模块通过局部二值模式来进行人脸检测与定位，之后将信号进行人脸图像预处理，人脸图像预处理包括缩放、旋转、拉伸、光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、规范化、几何校正、过滤和锐化，特征提取模块包括对人脸图像预处理后的信号进行选取特征点并构建脸、眼睛、鼻子及嘴巴的长宽度特征向量，特征提取模块通过计算各特征点间的欧式距离、曲率和角度与特征匹配模块进行随机匹配、双向匹配，特征匹配模块包括人脸存储数据库，特征匹配模块将匹配结果通过串口通信子系统输出八位二进制识别字符串至Arduino控制子系统中的Arduino单片机。


3.根据权利要求1或2所述的一种基于Arduino串口通信人脸识别的自动开闭车门系统，其特征在于：所述的智能手环子系统包括智能手环、WiFi设备和定位模块，其中智能手环佩戴于车主身上，WiFi设备与IPC相连发送WiFi信号，定位模块位于IPC内，智能手环与WiFi设备连接且通过定位模块检测定位距离<2m时，图像采集模块开启，通信子系统包括WiFi通信模块和串口通信模块，WiFi通...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱冰，陶晓文，赵健，李鑫，王常态，姜景文，冯浩，姜泓屹，李波，冷志远，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22