基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统及方法与流程

本发明属于汽车智能驾驶
技术领域：
，尤其涉及一种基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统及方法。
背景技术：
：目前，业内常用的现有技术是这样的：随着社会的发展，我国居民人均收入不断上升，购置一辆私家车已经不是什么新鲜事儿。在方便人们出行的同时，机动车盗抢问题也日益频发！据不完全统计，我国机动车盗抢问题呈逐年攀升趋势，盗抢车辆的类型也从之前的低档车型逐渐往中高档车型转变。机动车盗抢俨然成为当今社会中我们不得不面对的尖锐问题。综合反盗抢大数据精算系统及相关部门近年盗抢数据，2016年度机动车盗抢数量达到近年峰值(11958辆)，经粗略估算，2012年-2016年机动车盗抢总价值高达50亿元。同时据中国官方统计数字报告，每年因道路交通死亡的人数超过10万，道路伤害达50万起；每5分钟约有一人死亡，每1分钟都会有一人因为交通事故而伤残，而其中因为无证驾驶和汽车超速行驶占到了百分之三十以上。现今解决这类问题的方法只是关卡检查和电子监控的粗略检查。其中，较常用的方法为雷达测速，其原理为雷达信号的多普勒效应，运动物体反射的雷达信号频率与发射频率之间有一个差值，称作多普勒频率。多普勒频率值与物体运动速度成正比：fd＝(2v/c)*f0。其中，fd为多普勒频率，c为光速，v为物体运动速度，f0为雷达发射速度。测速装置通过测量多普勒频率值即可计算出待测物体的运动速度。综上所述，现有技术存在的问题是：现有关卡检查与电子监控的粗略检查无法从根本解决上述违法犯罪行为。解决上述技术问题的难度：受成本和资源的限制，我们无法做到使现行的测速监控设备全面覆盖路网，只能实现对车辆和驾驶人行为的定点定时监控抽查，这就使得违法驾驶员在两个测速点之间有机可趁，从而不能从根本上减少甚至杜绝无证驾驶和汽车超速行驶违法行为的发生。解决上述技术问题的意义：如果能够通过汽车内部装置实现对驾驶员信息的即时确认和车辆行驶速度的实时监控，无证驾驶和证件失效的人员将不能驾车上路，车辆超速行驶和错用刹车油门(产生极大的瞬时加速度)的危险行为也将迎刃而解，这将从源头上杜绝以上违法行为，保证道路交通安全。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统及方法。本发明是这样实现的，一种基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统，包括：管理端、车辆端、gsm及单片机模块、云服务平台；管理端：与gsm及单片机模块连接，包括手机客户端与pc客户端，用于通过app实时监控汽车位置和驾驶者的个人信息，并可发起各种指令请求；车辆端：与gsm及单片机模块连接，包括电子控制器、外置摄像头、电容指纹扫描仪、汽车内置证件阅读器以及信号发射与接收单元；用于收集感知汽车状态、驾驶人信息及实时形式状态，gsm及单片机模块：与管理端、车辆端、云服务平台连接；包括gsm单元、单片机单元、存储单元以及图片信号处理单元；用于信号的传输与控制；云服务平台：与gsm及单片机模块连接；用于存储车辆与使用者的数据。进一步，所述管理端包括：利用app实时监控汽车位置和驾驶者的个人信息，发布限制性指令；app主要基于android和ios两大移动操作系统，采用模块化设计和面向对象程序设计语言；可以通过app“系统设置”功能项与车辆绑定，通过“实时”功能项查看实时车辆信息，点击“驾驶者”可查看驾驶者身份信息和实时画面；通过“位置”功能项可以查看车辆实时位置信息和行驶速度。进一步，所述车辆端包括：包括电子控制器、外置摄像头、电容指纹扫描仪、汽车内置证件阅读器以及信号发射与接收单元；电子控制器：用于将采集到的驾驶者个人信息与汽车内置证件阅读器识别的信息进行对比，确认驾驶者为有证驾驶；同时将采集的驾驶者个人信息进行压缩和增强处理；外置摄像头：用于采集驾驶者面部特征；电容指纹扫描仪：用于利用光学指纹识别采集驾驶者的指纹特征；汽车内置证件阅读器：用于识别智能驾驶证中的指纹、脸相信息，并存储；信号发射与接收单元：用于利用无线网络发射器将压缩、增强处理后的信息传送至云端服务器。进一步，所述电容指纹扫描仪包括：采用光学暗背景成像原理，加入特有活体检测芯片，构成了一体化识别；采用光学指纹传感器(内建格科微电子有限公司的光学gc0307cmos图像采集芯片)采用sobel边缘检测算子、gabor滤波、图像二值化等图像采集与处理算法对指纹图像进行识别，构建了小体积的嵌入式指纹识别。进一步，所述gsm单元包括：包括交换网络子单元(nss)、无线基站子单元(bss)、操作维护子单元(oms)和移动台子单元(ms)；交换网络子单元(nss)由移动交换中心(msc)、操作维护中心(omc)、归属用户位置寄存器(hlr)、访问用户位置寄存器(vlr)、鉴权中心(auc)和移动设备识别寄存器(eir)等组成；无线基站子单元(简称基站bs)由基站控制器(bso)和基站收发信机(bts)组成。进一步，所述单片机单元包括：选用at89c52单片机；(1)at89c52单片机的引脚按照功能可分为下面三个部分：1)电源和时钟引脚：vccgnd、xtal1、xtal2；2)控制线或其他电源的复用引脚：ret、ale/prog、psen、ea/vpp；3)输入腧出引脚:p0口、pi口、p2口、p3口。进一步，所述存储单元包括：选用at24c16作为外部存储器，存储驾驶者个人信息，状态标志等相关信息；at24c16的管脚描述如下表所示：管脚名称功能a0、a1、a2器件地址选择sda串行数据/地址scl串行时钟wp写保护vcc工作电压vss地进一步，所述图片信号处理单元包括：采用专用信号处理器件cxd3142r作为信号处理器；h1，h2，xvl，xv2，xv3，xv4是ccd图像传感器的时序驱动信号，eeprom用来存储dsp初始化的寄存器值；d0～d7是yuv数字信号；其具体工作流程包括：将ccd图像传感器采集的模拟信号经cxa2096n进行相关预处理后，相应数字信号经vin引脚传给dsp(cxd3142)，dsp接收数字信号后，利用其内部ae/awb检测电路、同步信号产生电路、外同步电路以及相关算法对其进行相关处理，处理完成后在行(h引脚)、场(v引脚)信号及时钟信号(pclk)的控制下将8位数字信号经过d0～d7引脚传给fpga模块进行相关处理；通过引脚sck、si、so、xcs串口通信，通过csrom、casi、csaso、casck引脚与外部eeprom通信，实现dsp相关的初始化；此外，io引脚输出经dsp处理过的复合视频信号，通过相关接口直接在crt显示器上显示图像处理结果。进一步，所述基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统架构包括：基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统架构上分为终端(客户端)和云端(服务器端)；(1)终端：在设计上分为界面层、功能层和数据层，层级之间利用相应协议进行传输控制；界面层包括基础框架逻辑(主要是根据终端尺寸和分辨率进行模块化布局)；皮肤层(主要是以个性化为目的的可拆卸替换的皮肤和配色方案)；数据层包括终端保存的配置文件、数据表、对应表和终端上的相关文件；功能层控制数据的读、写、增、删、转移。进一步，所述基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶方法具体包括以下步骤：步骤一，驾驶员进入汽车后将智能驾驶证放入内置证件阅读器，目视仪表盘，按下启动按钮，在这一系列的动作进行的同时，摄像头采集驾驶者面部信息，指纹模块采集指纹信息，然后处理器将采集到的信息即时与证件存储的信息进行比对。比对成功确认“人证统一”后，系统允许蓄电池给点火线圈和起动机供电，当起动机带动发动机转动，发动机又驱动分电器转动，从而产生瞬时高压，通过配电器使各个火花塞放电，汽车启动，同时系统将驾驶员信息通过发射器上传到云端。在汽车行驶过程中，系统将不定时比对驾驶者的身份，并监控汽车的行驶状态，实时将车辆行驶信息(运动轨迹、行驶速度、瞬时加速度、瞬时油耗、胎压、制动器工作状态和燃油剩余量等情况)实时传送到云端。步骤二，云端将对所有客户的信息进行分析处理，综合评估数据对其分级，共分为：安全、良好和危险三个等级。云端对安全的终端仅传送汽车实时数据，告知终端管理者车辆行驶正常。对良好的终端发出预警信息，告知终端管理者问题所在，同时通过车载多媒体提醒驾驶员注意安全，尽快停车检查。对危险的终端发出告警信息，通过管理者终端和车辆终端急促的报警声提醒管理者和驾驶员立即停车。步骤三，管理者在终端查看信息，请求信息通过程序经过云端将指令传送到车辆终端。如发现驾驶者并未被授权驾驶，存在盗抢嫌疑，管理者可根据自行判断发送切断动力指令，并查看车辆位置“一键报警”，此时的车辆信息将与警用pda数据共享，方便警方迅速侦查。步骤四，云端在传送终端指令的同时，也能对实时上传的数据进行分析评估，紧急情况下自行判断发送指令并通知管理者。如驾驶员发生误操作猛踩油门产生极大的瞬时加速度或突然爆胎汽车失控，系统将根据云端指令采取迅速制动或适时锁死方向等措施规避危险。步骤五，车辆终端响应云端请求，执行指令。动力系统和制动系统将在处理器的指令下作出熄火等动作来完成相应的指令。综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过先进的传感技术和自动监测技术，以互联网为基础，以手机客户端和车载客户端为载体，实现对汽车位置、驾驶人信息、汽车行驶状态、汽车财产安全的实时监测与反馈，通过数据监测，结合大数据处理能力，使车主实时监控了解自己的车辆，避免因驾驶人经验不足所发生的意外和汽车被盗。同时，本发明可与各大汽车厂商联合开发、普及，提升汽车的安全保护能力，防患于未然，减少交通事故和汽车盗抢案件的发生。本发明的汽车防盗与安全驾驶系统根据生物识别技术的唯一性、不可复制性这些特点将其应用到汽车防盗与安全驾驶方面，具有功能丰富、可定制性、移动化、简介好用、管理+it、服务贴心等优势。通过外置摄像头采集驾驶者面部特征、通过设置在汽车启动按键表面的电容指纹扫描仪采集驾驶者的指纹特征与汽车内置证件阅读器所识别的智能驾驶证中的指纹、脸相信息相比对，确认驾驶者为有证驾驶。同时本发明会将所采集的驾驶者的个人信息进行压缩和增强处理，然后通过无线网络发射器上传到云端服务器最终传输到车主的手机客户端，车主可实时监控汽车位置和驾驶者的个人信息，保证了数据信息的真实性和车主的财产安全。本发明选用的单片机是一个低电压，高性能cmos8位单片机，片内含8k字节的可反复擦写的flash只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器(ram)，器件采用atmel公司的高密度非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元，at89c52单片机在电子行业中有着广泛的应at89c2有40个引脚，32个外部双向输入输出(o)端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，2个读写口线at8952可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程(isp)。其将通用的微处理器和flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的flash存储器。本发明采用的cxd3142r信号处理器是专用于对ye，cv，mg和g补色单片ccd输出信号进行处理的低功耗、高效率的信号处理器；具有自动曝光和自动白平衡功能，可同时输出复合视频信号和yuv8位数字信号输出。内部集成9位a/d转换器同步信号产生电路、外部同步电路和时钟控制电路。此外，cxd3142r还具有串口通信功能，用户可在pc机中预先设定好dsp中的寄存器值，通过串口下载到dsp，并对图像信号进行自动曝光和自动白平衡等处理。采用光学指纹传感器(内建格科微电子有限公司的光学gc0307cmos图像采集芯片)采用sobel边缘检测算子、gabor滤波、图像二值化等图像采集与处理算法对指纹图像进行识别，构建了小体积的嵌入式指纹识别模块，具有积木式嵌入、微功耗、程序接口简单易用、便于二次开发、识别准确度高、高性价比等特点。本发明设计构成了一体化光学指纹识别模块，采用光学暗背景成像原理，加入特有活体检测芯片，在解决干手指效应的同时解决残留指纹误识别、橡胶假指纹等问题。本发明选用的cmos图像采集芯片是高精度、低功耗、微体积的高性能相机的内置式组件；它把实现优质vga影像的cmos影像传感器与高度集成的影像处理器、嵌入式电源和高质量的透镜组结合在一起，输出jpeg图像或图像视频流，支持8/10位数字传输jpeg图像和ycbcr接口，提供了完整的影像解决方案。cmos图像采集芯功能输出串行数据引脚、时钟信号引脚、复位引脚、串行总线引脚等都接入到stm32f205re的gpio口，通过gpio口模拟时序读取cmos芯片采集到的图像信息。由于stm32f205re的gpio口工作频率可达120mhz，因而可以非常准确高效地模拟时序，实测640&times；480的原始图像能以10帧/s的速度采集到主处理器stm32f205re中进行图像处理。本发明采用arm处理器作为控制核心，构建指纹识别算法的嵌入式系统的设计方法及过程。采用光学指纹传感器(内建格科微电子有限公司的光学gc0307cmos图像采集芯片)。经过反复实践证明，本发明适合嵌入式组件开发中需要进行生物指纹特征提取、识别，指纹身份认证、比对等场合。具有高性价比且交互简易、识别率高、扩展性强。附图说明图1是本发明实施例提供的基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统结构示意图。图2是本发明实施例提供的指纹图像采集芯片应用电路原理图。图3是本发明实施例提供的gsm模块网络结构示意图。图4是本发明实施例提供的gsm单元结构示意图。图5是本发明实施例提供的at24c16存储器管脚配置图。图6是本发明实施例提供的at24c16存储器与单片机连接示意图。图7是本发明实施例提供的视频信号处理模块电路图。图8是本发明实施例提供的基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶方法流程图。图中：1、管理端；2、车辆端；3、gsm及单片机模块；4、云服务平台；5、手机客户端；6、pc客户端；7、电子控制器；8、外置摄像头；9、电容指纹扫描仪；10、汽车内置证件阅读器；11、信号发射与接收单元；12、gsm单元；13、单片机单元；14、存储单元；15、图片信号处理单元；16、包括交换网络子单元(nss)；17、无线基站子单元(bss)；18、操作维护子单元(oms)；19、移动台子单元(ms)；20、移动交换中心(msc)；21、操作维护中心(omc)；22、归属用户位置寄存器(hlr)；23、访问用户位置寄存器(vlr)；24、鉴权中心(auc)；25、移动设备识别寄存器(eir)；26、基站控制器(bso)；27、基站收发信机(bts)。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图对本发明做进一步描述。如图1所示，本发明实施例提供的基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统，包括：管理端1、车辆端2、gsm及单片机模块3、云服务平台4；管理端1：与gsm及单片机模块3连接，包括手机客户端5与pc客户端6，用于通过app实时监控汽车位置和驾驶者的个人信息，并可发起各种指令请求；车辆端2：与gsm及单片机模块3连接，包括电子控制器7、外置摄像头8、电容指纹扫描仪9、汽车内置证件阅读器10以及信号发射与接收单元11；用于收集感知汽车状态、驾驶人信息及实时形式状态，gsm及单片机模块3：与管理端1、车辆端2、云服务平台连接4；包括gsm单元12、单片机单元13、存储单元14以及图片信号处理单元15；用于信号的传输与控制；云服务平台4：与gsm及单片机模块3连接；用于存储车辆与使用者的数据。本发明实施例提供的管理端1包括：利用app实时监控汽车位置和驾驶者的个人信息，发布限制性指令；app主要基于android和ios两大移动操作系统，采用模块化设计和面向对象程序设计语言；可以通过app“系统设置”功能项与车辆绑定，通过“实时”功能项查看实时车辆信息，点击“驾驶者”可查看驾驶者身份信息和实时画面；通过“位置”功能项可以查看车辆实时位置信息和行驶速度。本发明实施例提供的车辆端2包括：包括电子控制器7、外置摄像头8、电容指纹扫描仪9、汽车内置证件阅读器10以及信号发射与接收单元11；电子控制器7：用于将采集到的驾驶者个人信息与汽车内置证件阅读器识别的信息进行对比，确认驾驶者为有证驾驶；同时将采集的驾驶者个人信息进行压缩和增强处理；外置摄像头8：用于采集驾驶者面部特征；电容指纹扫描仪9：用于利用光学指纹识别采集驾驶者的指纹特征；汽车内置证件阅读器10：用于识别智能驾驶证中的指纹、脸相信息，并存储；信号发射与接收单元11：用于利用无线网络发射器将压缩、增强处理后的信息传送至云端服务器。如图2所示，本发明实施例提供的电容指纹扫描仪9包括：采用光学暗背景成像原理，加入特有活体检测芯片，构成了一体化识别；采用光学指纹传感器(内建格科微电子有限公司的光学gc0307cmos图像采集芯片)采用sobel边缘检测算子、gabor滤波、图像二值化等图像采集与处理算法对指纹图像进行识别，构建了小体积的嵌入式指纹识别。如图3-图4所示，本发明实施例提供的gsm单元12包括：包括交换网络子单元(nss)16、无线基站子单元(bss)17、操作维护子单元(oms)18和移动台子单元(ms)19；交换网络子单元(nss)16由移动交换中心(msc)20、操作维护中心(omc)21、归属用户位置寄存器(hlr)22、访问用户位置寄存器(vlr)23、鉴权中心(auc)24和移动设备识别寄存器(eir)25等组成；无线基站子单元17(简称基站bs)由基站控制器(bso)26和基站收发信机(bts)27组成。本发明实施例提供的单片机单元13包括：选用at89c52单片机；(1)at89c52单片机的引脚按照功能可分为下面三个部分：1)电源和时钟引脚：vccgnd、xtal1、xtal2；2)控制线或其他电源的复用引脚：ret、ale/prog、psen、ea/vpp；3)输入腧出引脚:p0口、pi口、p2口、p3口。如图5-图6所示，本发明实施例提供的存储单元14包括：选用at24c16作为外部存储器，存储驾驶者个人信息，状态标志等相关信息；at24c16的管脚描述如下表所示：如图7所示，本发明实施例提供的图片信号处理单元15包括：采用专用信号处理器件cxd3142r作为信号处理器；h1，h2，xvl，xv2，xv3，xv4是ccd图像传感器的时序驱动信号，eeprom用来存储dsp初始化的寄存器值；d0～d7是yuv数字信号；其具体工作流程包括：将ccd图像传感器采集的模拟信号经cxa2096n进行相关预处理后，相应数字信号经vin引脚传给dsp(cxd3142)，dsp接收数字信号后，利用其内部ae/awb检测电路、同步信号产生电路、外同步电路以及相关算法对其进行相关处理，处理完成后在行(h引脚)、场(v引脚)信号及时钟信号(pclk)的控制下将8位数字信号经过d0～d7引脚传给fpga模块进行相关处理；通过引脚sck、si、so、xcs串口通信，通过csrom、casi、csaso、casck引脚与外部eeprom通信，实现dsp相关的初始化；此外，io引脚输出经dsp处理过的复合视频信号，通过相关接口直接在crt显示器上显示图像处理结果。本发明实施例提供的基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统架构包括：基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶系统架构上分为终端(客户端)和云端(服务器端)；(1)终端：在设计上分为界面层、功能层和数据层，层级之间利用相应协议进行传输控制；界面层包括基础框架逻辑(主要是根据终端尺寸和分辨率进行模块化布局)；皮肤层(主要是以个性化为目的的可拆卸替换的皮肤和配色方案)；数据层包括终端保存的配置文件、数据表、对应表和终端上的相关文件；功能层控制数据的读、写、增、删、转移。如图8所示，本发明实施例提供的基于生物识别技术的汽车防盗与安全驾驶方法具体包括以下步骤：s101，车辆终端发送实时信息，如驾驶者信息、汽车位置信息等；s102，数据信息通过程序经过云端将指令传送到管理者终端；s103，管理者终端查看信息，下达指令或发送请求，如限制最高行驶速度、瞬时加速度等；s104，请求信息通过程序经过云端将指令传送到车辆终端；s105，车辆终端响应用户请求，执行指令。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12