本发明涉及无按键汽车钥匙的技术领域，尤其涉及一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法和系统。
背景技术：
近年来多传感器融合技术已在智能设备上广泛使用，多传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样，将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理，最终产生对观测环境的一致性解释。在这个过程中要充分地利用多源数据进行合理支配与使用，而信息融合的最终目标则是基于各传感器获得的分离观测信息，通过对信息多级别、多方面组合导出更多有用信息。
这不仅是利用了多个传感器相互协同操作的优势，而且也综合处理了其它信息源的数据来提高整个传感器系统的智能化。譬如抬腕亮屏，手势识别，再加上蓝牙、无线数据传输技术在汽车钥匙上的应用代替了传统汽车机械锁结构对钥匙的识别。
技术实现要素：
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明解决的其中一个技术问题是：提出了汽车钥匙无按键实现的一种方式，能够使得用户操作方便，让用户进入另一种无按键与汽车交互的体验。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，包括以下步骤，电容传感模块识别到操作者手握持钥匙时，所述电容传感模块发送上电信号至芯片模块；所述芯片模块接收所述上电信号从休眠状态中被唤醒；超声波传感模块开始发送检测声波脉冲，所述芯片模块接收所述声波脉冲的反射声波并生成手势信息，所述手势信息与已存储的模型对比识别，识别成功后匹配关联的定义操作；所述芯片模块根据匹配的所述定义操作生成执行指令发送至车辆域控制器模块，所述车辆域控制器模块控制车辆完成相对应的指令操作。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的一种优选方案，其中：所述电容传感模块通过识别操作者手对钥匙的包裹位置来判断是否在手持状态，并且能够区分钥匙放置在口袋或包内的情况。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的一种优选方案，其中：包括物体相对位置确定的步骤，所述超声波传感模块通过发射模块发出声波脉冲；所述声波脉冲触碰到物体后反弹至所述芯片模块内的接收模块中被接收，通过所述芯片模块计算所述声波脉冲的飞行时间，确定物体相对于钥匙的位置。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的一种优选方案，其中：所述芯片模块被唤醒后，还包括判定的步骤，所述超声波传感模块发射声波脉冲；所述芯片模块接收反射的声波脉冲并判断车辆与钥匙间的位置信息；当检测出钥匙与车辆保持无障碍物间距a米或有障碍物间距b米时，钥匙与车辆间通过无线模块和蓝牙模块进行通信，此时判定用户得到的权限包括打开汽车车门或发动引擎。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的一种优选方案，其中：所述判定还包括以下步骤，当无障碍物间距大于a米或有障碍物间距大于b米时；判定钥匙为远离车辆的状态，钥匙与车辆通过使用4g模块进行数据交互，此时判定用户的权限被限制，只能读取车辆的即时信息。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的一种优选方案，其中：所述定义操作包括划圈为开车门指令、不同节奏的点击为查看车内信息指令，其中所述划圈为握持钥匙的同时，大拇指在所述超声波传感模块上画圆。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的一种优选方案，其中：还包括所述芯片模块一段时间内超声波接收信号始终处于较低的水平，所述芯片模块再次进入睡眠模式。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的一种优选方案，其中：还包括当所述芯片模块从休眠状态中被唤醒后；仅当只有读取操作权限时，能够跳过鉴权，所述芯片模块直接发送读取命令至所述车辆域控制器模块，其发送当时的车辆状态信息至用户注册的客户端；若需写操作或者更高级别的权限，则需要鉴权，包括通过识别车主身份信息、活体指纹或者声纹识别，以获取操作的权限。
因此，本发明解决的技术问题是：提出了一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制系统，上述控制方法能够依托于该系统实现。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制系统，其特征在于：包括设置于钥匙内，且分别与所述芯片模块连接的电容传感模块、超声波传感模块和车辆域控制器模块；所述电容传感模块设置于人手容易握持到钥匙两侧和背部的区域，用于检测钥匙的状态并唤醒芯片；所述超声波传感模块发射声波脉冲，且被反射后的声波被所述芯片模块接收；所述芯片模块用于根据所述声波脉冲计算飞行时间，从而确定物体与钥匙的位置信息或识别手势信息，并向所述车辆域控制器模块发送操作指令。
作为本发明所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制系统的一种优选方案，其中：所述芯片模块还包括接收模块、无线模块和蓝牙模块和4g模块；所述接收模块接收所述超声波传感模块内发射模块发射的声波脉冲，所述无线模块、所述蓝牙模块和所述4g模块用于所述芯片模块和所述车辆域控制器模块、用户终端之间的通信。
本发明的有益效果：给用户呈现了一个无按键钥匙与汽车交互的全新体验，操作便捷，科技感强，比较适合在高档汽车上使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法的整体流程示意图；
图2为本发明第一个实施例所述执行定义操作流程示意图；
图3为本发明第二个实施例所述基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制系统的整体原理结构示意图；
图4为本发明第二个实施例所述发射模块和接收模块的原理结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～2的示意，本实施例中提出一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，采用多传感器融合，其包含超声波传感器、电容与指纹传感器；以及通信方式包括蓝牙、wifi和4g/5g通信，给用户呈现了一个无按键钥匙与汽车交互的全新体验，使得车辆交互操作便捷，科技感强。同时提高车辆使用过程中的安全性能。
所谓多传感器信息融合就是利用计算机技术将来自多传感器或多源的信息和数据，在一定的准则下加以自动分析和综合，以完成所需要的决策和估计而进行的信息处理过程。是用于包含处于不同位置的多个或者多种传感器的信息处理技术。随着传感器应用技术、数据处理技术、计算机软硬件技术和工业化控制技术的发展成熟，多传感器信息融合技术已形成一门热门新兴学科和技术。具体的，本实施例提出的一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，包括以下步骤，
检测钥匙状态：
电容传感模块100识别到操作者手握持钥匙时，电容传感模块100发送上电信号至芯片模块200，其中电容传感模块100通过识别操作者手对钥匙的包裹位置来判断是否在手持状态，并且能够区分钥匙放置在口袋或包内的情况。此技术在手机触摸屏和家用电气设备上广泛应用。电容传感器原理为：电容式传感器一般由两个平行电极构成，在其两个电极之间以空气作为介质，在不考虑边缘效应的前提下，其电容可表示为c＝εs/d，其中，ε表示两电极间介质(即空气)的介电常数，s表示两电极之间相互覆盖的面积，d表示两电极间的距离，电容受这三个参数影响，任意一参数的改变就会使得电容得以改变。此电容传感器为面积变化型(s的变化因此即为c的变化)。不难发现的是，传统用于无线启动的钥匙内包括能源供给的电源模块，因此对于能源的消耗和续航能力是目前待解决的问题，而本实施例通过阶段唤醒的方式使得钥匙具有良好的续航能力。本实施例中将本实施例提出的钥匙和传统钥匙同时做功耗性能的测试，测试数据和过程具体如下：
本实施例中选取英锐恩推出en系列单片机和nxppcf8885电容传感器，利用电流测试仪分别对单片机和nxppcf8885电容传感器进行电流检测，测试场景包括待机和唤醒状态，检测时长为10min、20min、30min和1h，分别进行4组测试。
无低功耗睡眠模式待机与低功耗睡眠模式功耗测试结果如下表1：
表1：待机状态测试数据表
其中单片机中断模式工作功耗有100ua，而pcf8885工作功耗为10ua。单片机中断模式工作功耗有100ua，睡眠模式下待机电流为1ua。pcf8885工作功耗为10ua。单片机睡眠模式下电容传感器是在工作的，电容传感器识别成功后才会唤醒单片机，仅电容传感器工作功耗为11ua。作为对比当没有采用电容传感器触发低功耗的方案，此时系统工作功耗为110ua，两种方案功耗相差10倍，收益较明显。
芯片模块200接收上电信号从休眠状态中被唤醒，本步骤中当芯片模块200被唤醒后，还包括判定的步骤，
超声波传感模块300发射声波脉冲；
芯片模块200接收反射的声波脉冲并判断车辆与钥匙间的位置信息；
当检测出钥匙与车辆保持无障碍物间距a米或有障碍物间距b米时，钥匙与车辆间通过无线模块202和蓝牙模块203进行通信，此时判定用户得到的权限包括打开汽车车门或发动引擎。
当无障碍物间距大于a米或有障碍物间距大于b米时；判定钥匙为远离车辆的状态，钥匙与车辆通过使用4g模块204进行数据交互，此时判定用户的权限被限制，只能读取车辆的即时信息。需要说明的是，本实施例中a值为50，b值为10，当然本领域人技术人员不难发现，上述取值并不局限本实施例的例举。
同时若本步骤中还包括芯片模块200一段时间内超声波接收信号始终处于较低的水平，芯片模块200再次进入睡眠模式。此处一段时间本实施例中采用为5分钟。
还包括当芯片模块200从休眠状态中被唤醒后的鉴权步骤，如下：
仅当只有读取操作权限时，能够跳过鉴权，芯片模块200直接发送读取命令至车辆域控制器模块400，其发送当时的车辆状态信息至用户注册的客户端；
若需写操作或者更高级别的权限，则需要鉴权，包括通过识别车主身份信息、活体指纹或者声纹识别，以获取操作的权限。
识别手势信息并关联定义操作：超声波传感模块300开始发送检测声波脉冲，芯片模块200接收声波脉冲的反射声波并生成手势信息，手势信息与已存储的模型对比识别，识别成功后匹配关联的定义操作；需要说明的是，其中该手势信息通过检测位置信息实现，超声波传感器工作时使用小型超声换能器阵列发出一个声波脉冲。包括物体相对位置确定的步骤，超声波传感模块300通过发射模块301发出声波脉冲；声波脉冲触碰到物体后反弹至芯片模块200内的接收模块201中被接收，通过芯片模块200计算声波脉冲的飞行时间，确定物体相对于钥匙的位置。
这就好比使用回声定位的蝙蝠一样，声波从物体(如操作者的手)反弹至芯片。从而通过计算飞行时间，芯片能够确定物体相对于设备的位置，例如能够通过实时手部动作过程中检测到的位置信息生成手势信息，再通过预先作为比对模板设置于芯片模块200内的关联定义操作，与识别的手势信息对比后匹配对应关联的定义操作，例如定义操作包括划圈为开车门指令、不同节奏的点击为查看车内信息指令，其中划圈为握持钥匙的同时，大拇指在超声波传感模块300上画圆。不难理解的是，将此手势实现的过程(即手势的位置信息可以确定是个圆)存储至芯片模块200内，并关联定义操作为开车门指令，因此当芯片模块200在识别出手势后可以匹配到开车门指令，将其发送至车载控制中执行，从而控制车辆完成开门的动作。
本实施例中如握持钥匙的同时，大拇指在传感器上方5cm的位置画一个半径为3cm的圆，这一系列大拇指划圆的位置信息已经作为模板提前录入到超声波传感器存储器当中，与建好的模板比对，识别成功后执行上层已经关联定义好的操作，如发送执行命令打开车门，流程如图2的示意，
车辆控制：生成芯片模块200根据匹配的定义操作生成执行指令发送至车辆域控制器模块400，车辆域控制器模块400控制车辆完成相对应的指令操作，例如控制车辆开启车门、启动引擎等。
实施例2
参照图3～4的示意，示意为本实施例中提出一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制系统，上述实施例的控制方法能够依托于该系统进行实现和操作。具体的，该系统包括电容传感模块100、芯片模块200、超声波传感模块300和车辆域控制器模块400。其中电容传感模块100、芯片模块200、超声波传感模块300设置于钥匙内，而车辆域控制器模块400为设置于车辆内的控制器，例如车载电脑或者车载主机。电容传感模块100、超声波传感模块300和车辆域控制器模块400还分别与芯片模块200连接，它们之间可以通过无线传输方式进行通信。车辆域控制器模块400为设置于车辆内的微控制器，控制器是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置，包括程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的“决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。
进一步的，还需要说明的是，电容传感模块100为设置于人手容易握持到汽车钥匙两侧和背部的区域电容传感器，由于布局在钥匙的多个面，最大程度上减小了误触的风险。电容传感器是指将被测量(如尺寸、压力等)的变化转换成电容量变化的一种传感器，当被测量物体发生变化时，都会引起电容的变化，再通过配套的测量电路，将电容的变化转换为电信号输出，如识别到人手握持，电容传感器发送上电信号给到芯片，芯片从休眠状态中被唤醒，钥匙中超声波传感器就开始工作了。例如本实施例中可以采用型号为fdc2214的低功耗高精度的电容传感器芯片，将其与芯片模块200整合连接设置，实现判断钥匙是否被手持。
本实施例中芯片模块200为soc芯片，其称为系统级芯片，是集成电路板的硬件设备。soc芯片含有逻辑核包括cpu、时钟电路、定时器、中断控制器、串并行接口、其它外围设备、i/o端口以及用于各种ip核之间的粘合逻辑等等；存储器核包括各种易失、非易失以及cache等存储器；模拟核包括adc、dac、pll以及一些高速电路中所用的模拟电路，具备非常强大的数据处理功能。具有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容，同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始、到软/硬件划分，并完成设计的整个过程，也可以从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上，又或者从广义角度讲，soc是一个微小型系统，例如说中央处理器是大脑，那么soc芯片就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。因此芯片模块200还包括接收模块201、无线模块202和蓝牙模块203和4g模块204；其中接收模块201接收超声波传感模块300内发射模块301发射的声波脉冲，无线模块202、蓝牙模块203和4g模块204用于芯片模块200和车辆域控制器模块400、用户终端之间的通信。4g模块204也可以是5g通信方式，无线模块202为wifi连接，当钥匙距离车辆较远时，采用4g或者5g支持通信。
进一步的，超声波传感模块300发射声波脉冲，且被反射后的声波被芯片模块200接收；芯片模块200用于根据声波脉冲计算飞行时间，从而确定物体与钥匙的位置信息或识别手势信息，并向车辆域控制器模块400发送操作指令。超声波传感模块300包括多个设置于钥匙上的超声波传感器，使用小型超声换能器阵列发出一个声波脉冲，超声波换能器的功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率，能够发射声波脉冲。当然需要说明的是，本实施例中提出由芯片模块200接收反射的声波脉冲，由刚开始发射的脉冲至接收的脉冲，芯片模块200计算出声波飞行的时间，从而确定距离。但不难发现的是，本实施例中同样可以是由超声波传感模块300独立完成声波的发射并接收，而芯片模块200与超声波传感模块300连接，获取前后脉冲的时间，同样可以计算出飞行的时间来确定障碍物的距离，此处均可实现上述对位置信息的确定。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
技术特征：
1.一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：包括以下步骤，
电容传感模块(100)识别到操作者手握持钥匙时，所述电容传感模块(100)发送上电信号至芯片模块(200)；
所述芯片模块(200)接收所述上电信号从休眠状态中被唤醒；
超声波传感模块(300)开始发送检测声波脉冲，所述芯片模块(200)接收所述声波脉冲的反射声波并生成手势信息，所述手势信息与已存储的模型对比识别，识别成功后匹配关联的定义操作；
所述芯片模块(200)根据匹配的所述定义操作生成执行指令发送至车辆域控制器模块(400)，所述车辆域控制器模块(400)控制车辆完成相对应的指令操作。
2.如权利要求1所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：所述电容传感模块(100)通过多角度识别操作者的手相对于钥匙的位置来判断是否在手持状态，并且能够区分钥匙放置在口袋或包内的情况。
3.如权利要求1或2所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：包括物体相对位置确定的步骤，
所述超声波传感模块(300)通过发射模块(301)发出声波脉冲；
所述声波脉冲触碰到物体后反弹至所述芯片模块(200)内的接收模块(201)中被接收，通过所述芯片模块(200)计算所述声波脉冲的飞行时间，确定物体相对于钥匙的位置。
4.如权利要求3所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：所述芯片模块(200)被唤醒后，还包括判定的步骤，
所述超声波传感模块(300)发射声波脉冲；
所述芯片模块(200)接收反射的声波脉冲并判断车辆与钥匙间的位置信息；
当检测出钥匙与车辆保持无障碍物间距a米或有障碍物间距b米时，钥匙与车辆间通过无线模块(202)和蓝牙模块(203)进行通信，此时判定用户得到的权限包括打开汽车车门或发动引擎。
5.如权利要求4所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：所述判定还包括以下步骤，
当无障碍物间距大于a米或有障碍物间距大于b米时；
判定钥匙为远离车辆的状态，钥匙与车辆通过使用4g模块(204)进行数据交互，此时判定用户的权限被限制，只能读取车辆的即时信息。
6.如权利要求4或5所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：所述定义操作包括划圈为开车门指令、不同节奏的点击为查看车内信息指令，其中所述划圈为握持钥匙的同时，大拇指在所述超声波传感模块(300)上画圆。
7.如权利要求6所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：还包括所述芯片模块(200)一段时间内超声波接收信号始终处于较低的水平，所述芯片模块(200)再次进入睡眠模式。
8.如权利要求6所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法，其特征在于：还包括当所述芯片模块(200)从休眠状态中被唤醒后；
仅当只有读取操作权限时，能够跳过鉴权，所述芯片模块(200)直接发送读取命令至所述车辆域控制器模块(400)，其发送当时的车辆状态信息至用户注册的客户端；
若需写操作或者更高级别的权限，则需要鉴权，包括通过识别车主身份信息、活体指纹或者声纹识别，以获取操作的权限。
9.一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制系统，其特征在于：包括设置于钥匙内的芯片模块(200)，且分别与所述芯片模块(200)连接的电容传感模块(100)、超声波传感模块(300)和车辆域控制器模块(400)；
所述电容传感模块(100)设置于人手容易握持到钥匙两侧和背部的区域，用于检测钥匙的状态并唤醒芯片；所述超声波传感模块(300)发射声波脉冲，且被反射后的声波被所述芯片模块(200)接收；所述芯片模块(200)用于根据所述声波脉冲计算飞行时间，从而确定物体与钥匙的位置信息或识别手势信息，并向所述车辆域控制器模块(400)发送操作指令。
10.如权利要求9所述的基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制系统，其特征在于：所述芯片模块(200)还包括接收模块(201)、无线模块(202)和蓝牙模块(203)和4g模块(204)；
所述接收模块(201)接收所述超声波传感模块(300)内发射模块(301)发射的声波脉冲，所述无线模块(202)、所述蓝牙模块(203)和所述4g模块(204)用于所述芯片模块(200)和所述车辆域控制器模块(400)、用户终端之间的通信。
技术总结
本发明公开了一种基于手势识别实现无按键汽车钥匙控制方法和系统，包括以下步骤，电容传感模块识别到操作者手握持钥匙时，所述电容传感模块发送上电信号至芯片模块；所述芯片模块接收所述上电信号从休眠状态中被唤醒；超声波传感模块开始发送检测声波脉冲，所述芯片模块接收所述声波脉冲的反射声波并生成手势信息，所述手势信息与已存储的模型对比识别，识别成功后匹配关联的定义操作；所述芯片模块根据匹配的所述定义操作生成执行指令发送至车辆域控制器模块。本发明的有益效果：给用户呈现了一个无按键钥匙与汽车交互的全新体验，操作便捷，科技感强，比较适合在高档汽车上使用。
技术研发人员：叶民华
受保护的技术使用者：的卢技术有限公司
技术研发日：.10.31
技术公布日：.02.14
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