唐卓貞 劉益卓 杜虹

摘 要：基于OpenCV的人臉識(shí)別算法完成了ARM的移植，并應(yīng)用于汽車電動(dòng)尾門系統(tǒng)中。系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過CAN總線與車身控制器BCM相連，發(fā)揮機(jī)電一體化優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了汽車尾門的智能化控制。

關(guān)鍵詞：OpenCV;人臉識(shí)別;電動(dòng)舉升門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TB ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2020.07.093

0 引言

隨著汽車自動(dòng)化程度的提高，傳統(tǒng)汽車用鑰匙直接解鎖或遙控解鎖手動(dòng)開啟或關(guān)閉汽車尾門的控制方式已不能滿足人們對(duì)便捷性舒適性的要求。越來越多的高檔汽車尾門引入了電動(dòng)升舉門PLG（Power Lift-Gate）。一些普通汽車用戶也提出了改裝或加裝PLG的客戶需求。文章兼顧可靠性、安全性和便攜性，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于OpenCV的嵌入式人臉識(shí)別汽車電動(dòng)舉升門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，通過CAN總線與車身控制器BCM（Body Control Model）相連，發(fā)揮機(jī)電一體化優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了汽車尾門的智能化控制。

1 預(yù)期系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是對(duì)系統(tǒng)與電動(dòng)舉升門系統(tǒng)執(zhí)行與實(shí)現(xiàn)的一個(gè)基礎(chǔ)。對(duì)于電動(dòng)舉升門驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，第一需要通過調(diào)研了解汽車用戶的實(shí)際需求，再進(jìn)一步確定該系統(tǒng)具體的設(shè)計(jì)功能，然后根據(jù)需求并加以分析，然后把系統(tǒng)功能的模塊劃分出來并選定好所需要的元器件，緊接著用選好的元器件根據(jù)設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)方案進(jìn)行印刷電路板的設(shè)計(jì)和制板，最后對(duì)電路板進(jìn)行檢查與調(diào)試。待硬件部分完成后進(jìn)行軟件部分開發(fā)，具體流程見圖1。

2 硬件模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)包括以下模塊：圖像采集模塊、核心控制模塊、與BCM通信模塊、尾門控制模塊。

2.1 圖像采集與識(shí)別

識(shí)別人類可見度的最常見方式是使用人臉，或面部可以提供的信息，并在其他形式的溝通中不可逆轉(zhuǎn)。圖像數(shù)據(jù)提取技術(shù)，提供有效和易于識(shí)別的信息并且能方便地添加、刪除或修改用戶信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息。當(dāng)檢測(cè)到的人臉與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息匹配時(shí)，身份認(rèn)證并與BCM通信以提供開鎖信號(hào)。具體流程如圖，因此，需要外置攝像頭采集來訪信息。本文采用Pi Camera，USB接口，免驅(qū)動(dòng)。

2.2 核心模塊

系統(tǒng)MCU的選擇是系統(tǒng)的核心，本文選用基于ARM的Raspberry Pi，以SD/MicroSD卡為內(nèi)存硬盤，卡片主板周圍有1/2/4個(gè)USB接口和一個(gè)10/100 以太網(wǎng)接口，能滿足系統(tǒng)開發(fā)需求并考慮后續(xù)升級(jí)需要。

2.3 與汽車的BCM通信模塊

BCM交流產(chǎn)生了BCM在研究和運(yùn)用上的顯著提升了車子的屬性。但隨著汽車行業(yè)電子工程的進(jìn)一步發(fā)展，BCM的集成、BCM的設(shè)計(jì)和控制晶體的擴(kuò)充也在增加。通過電子設(shè)備所進(jìn)行的信息分享也存在若干差異，因此“卡”是一個(gè)在循環(huán)器之間存在二疊化連接的多層通信網(wǎng)絡(luò)，提供了有效的分享系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制支持。因?yàn)楦咚俚耐ㄐ潘俣?、可靠性和低價(jià)，汽車尤其如此。將BCM綁在車身兩側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)說明已經(jīng)成立這個(gè)文件作為一個(gè)系統(tǒng)。圖像判別結(jié)果匹配時(shí)能發(fā)信號(hào)給汽車的BCM，通過BCM控制汽車尾門開啟或關(guān)閉。

2.4 電控鎖及電機(jī)控制模塊

與BCM通信后，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)控制汽車尾門開啟或關(guān)閉。在整車設(shè)防狀態(tài)下，當(dāng)人臉檢測(cè)有效時(shí)，BCM實(shí)現(xiàn)整車解防;在30s的時(shí)間內(nèi)，BCM 檢測(cè)到尾門打開開關(guān)有效（有效時(shí)間T > 50ms）。BCM通過CAN總線向PBD尾門發(fā)送主動(dòng)開啟信號(hào)。PBD控制尾門鎖的電機(jī)，執(zhí)行解鎖動(dòng)作。30余秒后，尾門未打開，重新進(jìn)入防御狀態(tài)。尾門不能再通過尾門打開和解鎖。

在整車解防狀態(tài)下，駕駛員鎖狀態(tài)為解鎖時(shí)（模擬的是駕駛員在行車，且尾門關(guān)閉，意圖打開尾門的過程），BCM檢測(cè)到尾門開啟開關(guān)有效（T>50ms），BCM通過CAN總線發(fā)送給PBD 尾門主動(dòng)開啟信號(hào)，PBD 控制尾門鎖電機(jī)執(zhí)行解鎖動(dòng)作。

在整車解防狀態(tài)下，駕駛員鎖狀態(tài)為閉鎖時(shí)（模擬的是駕駛員在行車，且尾門關(guān)閉，通過中控鎖或車速自動(dòng)上鎖導(dǎo)致駕駛員鎖狀態(tài)變?yōu)殚]鎖時(shí)，意圖打開尾門的過程），此時(shí)不能通過尾門開啟開關(guān)開門。只有當(dāng)人臉檢測(cè)有效后，在30s的時(shí)間內(nèi)，BCM檢測(cè)到尾門開啟開關(guān)有效（T>50ms），BCM通過CAN總線向PBD發(fā)送尾門主動(dòng)開啟信號(hào)，PBD控制尾門鎖電機(jī)進(jìn)行解鎖動(dòng)作。如果后車門未.打開超過30秒，或者打開后檢測(cè)到后車門關(guān)閉，則不能通過尾門解鎖信號(hào)解鎖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 構(gòu)造嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)

在本文中，人臉識(shí)別系統(tǒng)使用Linux操作系統(tǒng)，主要是嵌入式操作系統(tǒng)，包括Linux、WinCE、Poe等。嵌入式Linux操作系統(tǒng)具有開源、價(jià)格低廉、可移植性好、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。因此，許多企業(yè)轉(zhuǎn)向嵌入式Linux操作系統(tǒng)，使其成為使用最廣泛的操作系統(tǒng)。

3.2 openCV庫(kù)移植

OpenCV傳輸庫(kù)是一個(gè)開放源代碼庫(kù)，由一系列C函數(shù)和少量C++類組成并通過VC編譯軟件。這些函數(shù)在Linux操作系統(tǒng)下執(zhí)行。

3.3 人臉識(shí)別汽車尾門系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

論文基于openCV的人臉識(shí)別算法完成了ARM的移植，并應(yīng)用于汽車電動(dòng)尾門系統(tǒng)中。系統(tǒng)前端芯片進(jìn)行信息采集及人臉身份識(shí)別后通過CAN總線連接汽車BCM，從而控制電機(jī)。該系統(tǒng)具有硬件配置簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效等特點(diǎn)，在汽車智能化發(fā)展中又良好的應(yīng)用前景。

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