基于人脸识别的车辆管理系统

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基于人脸识别的车辆管理系统
关学忠,宋禹辰,孙占文
(东北石油大学电气信息工程学院,黑龙江 大庆 163318)
摘 要:本文介绍了一套基于人脸识别的车辆管理系统以及相应的软硬件构成。

通过该系统可以解决传统人工管理机动车辆方法
的缺点和不足,大大的节约了人工成本。

该产品设计新颖合理,具有很高的市场价值。

关键词:无线传输技术;人脸识别技术;STC 单片机;温度监测
中图分类号:TP391.41 文献标识码:B 文章编号:1003-7241(2018)10-0109-06
Vehicle Management System Based on Facial Recognition
GUAN Xue-zhong, SONG Yu-chen, SUN Zhan-wen
( Northeast Petroleum University, Daqing 163318 China )
Abstract: This paper introduces a set of vehicle management system based on facial recognition and the corresponding hardware
and software. Through the system can solve the shortcomings and the insufficiency existing in the traditional manual management of motor vehicles, greatly save labor costs. The product design is reasonable, has the very high market value.
Key words: wireless transmission technology; face recognition technology; STC microcontroller; temperature monitoring
收稿日期:2017-07-13
1 引言
在大型国有企业中,各单位管理机动车辆的传统方法一直是人工管理。

但是,随着社会的发展,车辆类型和数量不断增加。

对于车辆信息内容繁杂,信息量大的情况,人工操作会有很多不便之处,不仅占用了管理人员大量的时间,而且实际的工作效率及其低下,严重的影响了车辆管理的服务质量和使用效率[1]。

可以说,传统的车辆管理模式已经无法满足时代的需求。

基于以上问题,笔者开发了一款基于人脸识别的车辆管理系统,该系统采用人脸识别技术、无线射频、红外对射等先进的计算机技术,自动控制技术、网络技术,解决了传统值班室人工管理,驾驶员手工填写交包记录带来的管理不规范等一系列问题,从而实现车辆管理的现代化与自动化,从根本上防止车辆使用过程中的不正当行为。

2 总体设计
在总体上,系统可以分为上位机和下位机两大部分。

而下位机又可以分为存包柜部分和车库部分。

其具体工作流程如图1。

其主要采用STC 单片机作为主控制器,RS -485总线作为主要通讯方式。

其功能全面,能够实时监测
车辆进出库时间,实时检测是否有外部人员侵入,实时监控车库内温度;自动检测驾驶员存包柜内有无物品以及柜门开关状态,人脸识别技术开关存包柜门,所有信息均可实现网上查询。

真正实现了对车、库、柜、卡、人的综合管理。

下面详细介绍一下该系统的软、硬件构成和工作原理。

图1 基于人脸识别的车辆管理系统的总体设计图
3 计算机管理系统部分
3.1 计算机管理系统部分总体功能说明
计算机管理系统部分包括存包柜和工控机两大部分,采用S T C 单片机作为主控制器,以人脸识别技术以及射频识别技术作为输入信号,存储并检测行驶证等(行驶证,驾驶证,车钥匙)是否放入。

它的工作流程是这样的:上位机通过人脸识别部分得到输入信号后,会发出相应的编码,通过R
S -485总线发送到主控芯片,主控芯片经过相应的处理,将编码发送到相应的控制柜
门的单片机上,当系统接收到编码后会自动打开柜门,当我们放入行驶证,驾驶证以及车钥匙后,手动关闭柜门,系统会自动检测存包柜中物体,如果存放成功,系统会有语音提示,并且会在上位机实时显示界面中显示出来。

下面我们对该部分的软、硬件部分进行具体说明。

图2 存包柜工作原理图
3.2 存包柜硬件部分
3.2.1 主控制器
主控制器我们主要采用ATS89C52单片机,关于该芯片的具体介绍请参考第四章。

3.2.2 MAX489CPD
MAX489CPD是用于RS-485总线通信的低功耗收发器,每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器。

该芯片是一款限摆率驱动器,可以减小E M I,并降低由不恰当的终端匹配电缆引起的反射,实现最高250kbps的无差错数据传输。

该芯片采用单一电源+5V工作,额定电流为300μA,采用半双工通讯方式。

3.3 输入信号选择
3.3.1 人脸识别技术
人脸识别技术是基于人的脸部特征,针对图像或者视频检测是否存在人脸,若存在人脸区域,就进一步检测出其位置、大小以及面部各个器官的位置等信息,根据上述信息可以得到人脸中代表身份的特征[2]。

其主要目的是解决身份确认和身份鉴别两个问题。

通常一个完整的人脸识别系统,包括以下几个部分:图像输入、图像预处理、人脸检测、特征提取、人脸识别。

体现在具体的工作中,第一步:从输入设备获得图像,图像是静止的或者是动态的视频序列。

第二步:获得图像后,对所得的图像进行相应的预处理,一般包括图像区域分割、尺度归一化和灰度归一化等。

第三步:对预处理后的图像进行检测,检测图像中是否包含人脸以及包含人脸的数目和包含人脸区域和位置。

第四步:提取人脸中包含的本质特征的信息。

第五步,在第四步的基础上进行人脸的识别进行身份判别。

实物如图3所示。

3.3.2 射频识别技术
每位驾驶员手中持有一张射频卡,该卡靠近射频感应窗口时,相对应的存包柜门将自动打开,驾驶员可将自己的行驶证、车钥匙、遥控器等物品放入柜中,可自动检测驾驶员是否将物品放入存包柜中。

图3 人脸识别装置实物图
3.3.3 人脸识别装置使用
驾驶员将自己的面部信息录入人脸识别装置后,驾驶员面部靠近人脸识别装置,相对应的存包柜门将自动打开,驾驶员可将自己的行驶证、车钥匙、遥控器等物品放入柜中,可自动检测驾驶员是否将物品放入存包柜中。

车辆计算机无线管理系统可进行远程监控,即通过本单位的局域网或INTERNET直接查询车辆计算机无线管理系统的数据库。

3.4 单片机与上位机通信部分
STC单片机与上位机通过RS-485接口进行数据传输,其主要采用的芯片为MAX489CPD,其工作原理如下:RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端,与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可;RE和DE端分别为接收和发送的使能端,当/RE为逻辑0时,器件处于接收状态;当DE为逻辑1时,器件处于发送状态,因为MAX489CPD工作在半双工状态,所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可;A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时,代表发送的数据为1;当A的电平低于B端时,代表发送的数据为0。

在与单片机连接时接线非常简单。

只需要一个信号控制MAX489CPD的接收和发送即可。

同时将A和B端之间加匹配电阻,一般可选120Ω的电阻。

很多情况下,连接RS-485通信线路时,只是简单地用一对双绞线将各个接口的“A”,“B”端连接起来,而忽略了信号地的连接,这种连接方法在许多场合是能正常工作的,但却埋下了很大的隐患,其中最主要的一个原因就是共模干扰问题。

因此对整个RS-485通信网络,必须有一条低阻的信号地将两个接口的工作地连接起来,使共模干扰电压被短路。

这条信号地可以是额外的一条线(非屏蔽双绞线),也可以是屏蔽双绞线的屏蔽层。

4 车库部分
4.1 车库部分总体设计
车库部分主要由M1总控制器
,S1车库模块和C1
车载模块三部分组成。

其主要功能模块有S T C单片机
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控制部分、nRF905无线数据传输部分、温度检测模块、烟雾检测部分组成。

其主要承担的功能有两点:1、车库内部防火,防盗功能。

2、通过无线电编码检测车辆是否在车库中。

n R F905芯片主要实现无线数据传输,温度检测模块及烟雾检测模块主要负责检测车库的温度和车库内气体成分及浓度,以查看是否有火灾发生。

数据通过R S-485总线与M1控制器通信,M1模块通过R S-485总线向计算机管理部分发送相应的数据,系统全部模块化集成,安装过程简易方便,安全性和防爆性能较高。

下面我们对每个部分进行具体说明。

4.2 车库硬件部分
4.2.1 M1总控制器
M1控制部分是车库部分的总控制器,其功能主要有两点:1、上位机通过RS-485总线向M1传送命令,在经由M1向下(S1,C1)传送命令。

2、S1,C1接收到的数据(比如车库温度,烟雾浓度等)先发送到M1上,再经由M1向上位机发送数据。

该部分其主要由三个子模块组成,分别是STC单片机控制部分,RS-485总线通讯部分,以及GM8123串口拓展芯片。

M1控制器实物如图4所示。

图4 M1总控制器实物图
(1) ATS89C52单片机
ATS89C52是一个低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes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,该芯片在电子行业中有着广泛的应用。

(2) GM8123串口扩展部分
由于M1总控制器需要连接多个串行外设,但是,由于单片机本身只有一个串口,所以无法和多个外设相连,基于以上问题,我们引入成都国腾公司生产的GM8123串口扩展芯片。

该芯片可以将一个全双工的标准串口扩展成三个标准串口,并能通过外部引脚控制串口扩展模式:单通道工作模式和多通道工作模式[3]。

即既可以指定母通道与某一子通道相连(单通道工作模式)也可以指定母通道同时与所有子通道同时相连(多通道工作模式)。

4.2.2 S1车库模块
S1车库模块承担的功能有两点:1、与C1车载模块相呼应,检测车辆是否入库。

2、车库内部防火防盗功能。

其主要由STC控制模块,温度检测模块,烟雾检测模块,人体红外感应芯片以及无线传输芯片组成。

其中防火功能主要由温度检测模块,烟雾检测模块共同完成。

防盗功能主要由人体红外感应芯片进行检测。

其实物图如图5所示。

图5 S1车库模块实物图
(1) 温度检测模块
该部分主要由单线数字温度传感器D S18B20组成,该芯片具有独特的单总线接口方式,通过一条I/O口线就可实现与单片机的双向通信,具有结构简单、操作灵活、无需外接电路的特点[4]。

该芯片采用数字信号输出,不需要信号放大和A/D转换电路,在本产品中,负责监测车库温度,采集到的温度数据送至S T C单片机处理后,再送至值班室计算机。

(2) 烟雾检测模块
该部分主要由烟雾传感器MQ-2来实现该功能。

该芯片是一款常用的半导体烟雾传感器,可以检测出周围烟雾浓度。

当传感器所处环境中存在可燃气体时,传感器的电导率随空气中可燃气体的浓度增加而增大。

使用简单的电路即可以将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输入信号。

(3) 人体红外感应模块
该部分我们采用的芯片是HC-SR501。

该芯片是基于红外线技术的自动控制模块,具有灵敏度高、可靠性强,超低电压工作模式等优点。

当有人进入其感应范围时输入高电平,人离开感应范围则自动输出低电平。

后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

4.2.3 C1车载模块
C1车载模块主要功能是与S1配合检测车辆是否入库,其主要由无线传输芯片,无线开关检测部分,以及拨码开关组成。

其实物图如图6所示。

(1) nrf905无线传输芯片
该部分主要采用nrf905无线传输芯片实现该功能。

该芯片是一款单端射频收发器,其工作电压为1.9～3.6V,32引脚QFN封装(5×5ram),工作于433／868／915M H z三个I S M(工业、科学和医学)
频道,频道之间的转换时间小于650us[5]。

由频率合成器、接收解调
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112器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,不需外加声表滤波器,Shock Burst 工作模式,自动处理字头和CRC(循环冗余码校验)。

图6 C1模块实物图
4.3 车库部分软件功能流程图
本部分的软件流程图主要分成两个部分,第一部分是关于无线电编码检测的流程,第二部分是S1子模块与上位机通信的流程。

4.3.1 跑私车管理流程图
首先,由计算机发出该车辆编码,该编码通过D/O 板,M1板一直发送到车库中的S1板上。

S1板经过编码调制后,形成射频信号,并将其从天线发射出去。

如果此时有车在车库中,装载在车上C1板会接收到该信号,并与盒内编码进行比较,如果编码相同,C1就会发射一个确认码给S1,并且沿着刚才路线返回到上位机中,从而判断出车辆是否在指定车库中。

具体流程图如图7。

4.3.2 车库与上位机通信功能流程图
该部分采用的主要芯片为M A X489C P D 芯片。

在该部分中,它的具体工作流程可以分成两大部分:
1、S1向上位机传送数据:存储在S1上的数据在经
由S1上的S T C 主控制芯片处理后,通过装载在S1和M1上的RS-485通讯芯片MAX489CPD 传输到M1上的G M8123寄存器中,再传至M1的主控制芯片上,通过M1上的主控制芯片处理后,在通过装载在M1和车辆管理系统部分的R S -485通讯芯片M A X489C P D 传输到上位机部分中。

其具体工作流程如图8所示。

2、上位机向S1传送数据:该部分传输过程与S1向上位机传送数据过程相同,只是方向相反。

5 控制中心管理系统
控制中心管理系统是基于人脸识别的车辆管理系统的上位机部分,即软件部分。

本系统的主要功能是实现对下位机传输过来的各种数据进行接收、处理、存储和分析等,是直接面对管理人员的人机界面。

5.1 首页管理介绍
登录软件后,就进入了上位机软件的主界面,如图9所示。

在这个界面中,可以大致分为三个部分:上部的标签、菜单栏区和图标栏区,下部的功能界面区。

在上部的菜单栏区,可以通过打开这些菜单,实现上位机各种功能界面。

系统管理、实时显示、管理柜控制、数据查询、系统设置五个功能模块,可实现射频卡开户/销户、人脸开户/销户、驾驶员交/取证、车辆进/出库、人员进
/出库、车库火灾等信息的管理控制
,还可实时显示车辆是否在库、是否有人进库以及车库温度等信息,
全面实现了对车、库、柜、卡、人的综合管理。

图7 跑私车管理流程图
图8 S1到上位机通讯图
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图9 登录主界面
5.2 具体功能介绍5.2.1 车辆管理
车辆管理界面的功能主要是完成查询并整理各种车辆信息。

如图10,在该界面中,我们可以查询到车库号,车牌号等车辆管理的各种实时信息。

并且在该界面下方,我们可以对以针对车牌号和车库号等具体车辆信息进行查询。

不仅如此,系统还配备了添加,修改,删除等功能,用户可以依据自己的实际情况进行操作。

5.2.2 实时显示
实时显示部分包括车库实时显示和存包柜实时显示。

前者可以通过该界面实时查看车辆是否回库以及车库内部的具体环境信息,比如车库温度,烟雾浓度,以及是否有人员侵入。

通过该部分,管理员可以远程查看车库内具体环境信息,一旦发现异常,管理员可以在最短时间内采取应急措施,大大的节约了人力成本。

后者主要用来实时查看存包柜的开关状态,如图11,在该画面中,1号柜门表示内部已经存放物品,4号存包柜柜门打开,其它柜门处于关闭状态。

如果某个存包柜发生通信故障,则会在该柜位置显示故障信息,管理员可因此去查看。

5.2.3 数据查询
下位机传输过来的各种数据信息,分析处理后存储在数据库中,管理人员使用时,就可以对数据的各种信
息进行查询。

以车库温度为例,如图12,本窗口主要完成车库火灾情况的统计功能。

在表格中心可以统计出在某一阶段内所有车库的温度情况。

在该界面的下方还可以根据车库号对某一车库的具体信息进行查询。

6 结束语
本系统主要是针对大型国有企业传统车辆管理方法不足所研制的一款新系统,可以在根本的防止车辆当中
使用的不正当行为。

在系统的研发过程中,我们还配备
了语音提示,可以让用户轻松的掌握该系统。

可以说,
图10 车辆管理界面图
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114该系统是一款非常人性化的系统。

在研发成功并投入使用后,得到了企事业单位的一致好评。

取得了良好的经济效益和社会效益,提高了管理水平。

参考文献:
[1] 李子文.车辆管理系统的设计与实现[D].大连:大连理工大学,2015.
[2] 徐晓艳.人脸识别技术综述[J].电子测试,2015,10(3): 30-35.
[3] 孙世君.基于GM8123的串口扩展硬件解决方案[J].国外电子元器件,2007,26(6):53-55.
[4] 付浩伟,向风红,程加堂,李静.基于DS18B20的温度数据采集系统的设计[J].机械工程与自动化,2007,(6):130-131.
[5] 陈国童,邱兴阳.基于NRF905的家庭照明控制系统设计[J].长春大学学报,2016,26(12):21-23.
作者简介:关学忠（1962-）,男,教授，研究方向:单片机与嵌入式方向。

通讯作者:宋禹辰（1994-）,男,
硕士研究生,研究方向:
单片机与嵌入式方向。

图11 管理柜实时显示画面
图12 车库温度显示界面。