智能車牌識別系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

武培茂，張聰亮，李政躍，高宏峰

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

0 前言

隨著社會的持續(xù)發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，汽車在人們的日常生活當中越來越普及，車輛的不斷增多帶來了交通管理上的壓力。改善交通管理，構(gòu)建智能交通，對車輛進行高效的管理勢在必行[1]。智能車牌識別系統(tǒng)是構(gòu)建智能交通的最有效方法之一，語音播報也成為智能車牌識別系統(tǒng)中不可或缺的輔助功能。

本文設(shè)計了一種基于STM32單片機的智能車牌識別系統(tǒng)，可以完成車牌的識別并進行語音播報，控制閘機開關(guān)以管理車輛的出入。系統(tǒng)總體分為主機、從機、服務(wù)器三大塊。從機主要負責(zé)信息采集和語音播報；主機則進行顯示信息以及控制閘機的功能；服務(wù)器則是數(shù)據(jù)庫，存放車牌的相關(guān)信息。將該系統(tǒng)設(shè)備安裝在小區(qū)、停車場等場景的出入口，車輛行駛到識別區(qū)時攝像頭能迅速抓拍車牌照片，在很短的時間內(nèi)通過主從機的信息處理，將車牌信息上傳至服務(wù)器進行比對，由此來控制閘機打開，允許車輛駛?cè)牖蝰偝?。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)出入自動管理，方便快捷，能大大提高車輛通行效率和管理人員的工作效率。

1 系統(tǒng)組成

圖1為智能車牌識別系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖，包括服務(wù)器，主機和從機。從機端和主機通過RS485模塊相連，向主機端發(fā)送車牌識別的結(jié)果，主機等待從機發(fā)送過來的指令，并把指令轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器。服務(wù)器與主機通過網(wǎng)口建立長連接，等待主機發(fā)送過來的信息與數(shù)據(jù)庫中的進行比對，從而判斷是否進行開閘機。除此之外，避免車牌識別故障，車牌信息也可通過串口手動輸入。

圖1 車牌識別系統(tǒng)總體框架

2 硬件設(shè)計

2.1 車牌識別系統(tǒng)

車牌識別系統(tǒng)硬件主要組成部分為主機和從機，圖2所示為車牌識別系統(tǒng)框圖，主機主要由主控芯片、顯示模塊和RS485模塊等組成，外接電機驅(qū)動模塊和閘機。主機和服務(wù)器通過網(wǎng)口建立連接，主要負責(zé)傳遞信息，顯示信息和控制閘機。從機同樣有一個主控芯片，以及語音播報模塊組成，外接圖像處理模塊，和主機通過RS485模塊建立連接，圖像處理模塊用來采集車牌圖片然后運用數(shù)字圖像圖像處理技術(shù)進行圖像識別[2]，用來采集車牌信息。語音播報用來播報車牌信息。

圖2 車牌識別系統(tǒng)框圖

2.2 語音播報電路

為保證車牌識別的準確，用以輔助車牌識別，在車牌識別系統(tǒng)中加入語音播報的功能，它可以用以反饋車牌識別的結(jié)果，使我們的車牌識別系統(tǒng)更加的精準。語音播報模塊[3]主要由MY1690模塊外加一個無源喇叭組成。MY1690是一款小巧的微集成MP3模塊。支持MP3、WAV格式雙解碼，在工業(yè)控制、智能交通設(shè)備、門禁、考勤和醫(yī)療電子等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，主要起到語音播報提示的作用。

如圖3所示為語音模塊的單片機串口控制應(yīng)用電路，如果單片機5 V，需串聯(lián)一個阻值1 k的電阻，如果單片機3.3 V就能直接相連。

圖3 單片機串口控制應(yīng)用電路

3 軟件設(shè)計

3.1 車牌識別

圖4為主機軟件流程圖，當主機開始工作時，首先是對系統(tǒng)和各個函數(shù)的初始化，然后根據(jù)定義的TCP服務(wù)器控制塊建立連接，與上位機數(shù)據(jù)通信。RS485接收數(shù)據(jù)解析，系統(tǒng)電機控制函數(shù)控制閘門，閘門開啟后，定時關(guān)閉直流電機，關(guān)閉閘門。

圖4 主機軟件結(jié)構(gòu)圖

圖5為從機軟件流程圖，從機開始工作時同樣對系統(tǒng)初始化，攝像頭模塊、語音播報模塊開始工作，OV2640攝像頭模塊進行車牌的捕捉、識別、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)等，RS485模塊負責(zé)主從機間通信、傳輸車牌數(shù)據(jù)。OV2640模塊識別到的數(shù)據(jù)交給語音模塊，語音模塊對外界車牌和數(shù)據(jù)庫信息進行比對，并進行相應(yīng)的播報。

圖5 從機軟件結(jié)構(gòu)圖

3.2 語音播報

3.2.1 語音信號的采集

語音信號的采集主要采用了TTS(Text To Speech)即語音合成技術(shù)[4]。它可以把計算機產(chǎn)生的或由輸入的文字轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛞锥?、清晰的語音輸出的技術(shù)。

在語音合成技術(shù)中，分為語言分析和聲學(xué)系統(tǒng)。語言分析是根據(jù)輸入的文字信息進行分析，生成對應(yīng)的語言學(xué)規(guī)格書，確定該怎么讀。聲學(xué)系統(tǒng)部分主要是根據(jù)語音分析部分提供的語音學(xué)規(guī)格書，生成對應(yīng)的音頻，實現(xiàn)發(fā)聲的效果。可以分為參數(shù)合成、拼接合成以及端到端合成系統(tǒng)。

3.2.2 語音信號的播報

語音播報的原理主要是提前將數(shù)據(jù)庫中的車牌信息都采集語音文件存儲到指定文件夾，語音信號的存儲由外部的SD卡來完成，可通過連接電腦來更換音頻文件。然后每次識別到車牌信息，對車牌號碼進行判斷，然后播報符合的車牌對應(yīng)的語音文件，圖6為語音播報流程圖。

圖6 語音播報流程圖

車牌號碼的判斷是采取比對的方法，識別到的車牌號碼與數(shù)據(jù)庫中的信息進行逐位比對，根據(jù)比對結(jié)果的不同，所對應(yīng)的音頻文件不同，登記車輛會播報對應(yīng)音頻，而未登記車輛則會播報“不在數(shù)據(jù)庫中，請登記”。

4 結(jié)語

本文主要闡述了一種智能車牌識別系統(tǒng)，本系統(tǒng)將語音播報與車牌識別系統(tǒng)相結(jié)合，向用戶反饋車牌識別的結(jié)果。與未加語音的系統(tǒng)相比，極大的保證了車牌識別的準確性，實用性更強。既可以將它用于小區(qū)進出口的門禁處，也可以應(yīng)用于停車場等領(lǐng)域，具有極其廣泛的應(yīng)用前景。