摘要：隨著汽車大量進(jìn)入家庭，汽車盜竊案件也呈上升趨勢(shì)?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的汽車報(bào)警裝置,，普遍存在著誤報(bào)率高和無(wú)法有效通知車主的缺陷。針對(duì)指紋的惟一性和終身不變性的特點(diǎn),，在現(xiàn)有嵌入式指紋識(shí)別系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,，利用單片機(jī)STM32F103VC和GSM網(wǎng)絡(luò)的短消息服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)，完成了汽車指紋報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較合理,，方案可行性高，有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景,。
關(guān)鍵詞：指紋識(shí)別,；汽車防盜；單片機(jī),；GSM,；STM32
隨著汽車市場(chǎng)的飛速發(fā)展和人們生活水平的提高，越來(lái)越來(lái)多的汽車進(jìn)入普通家庭,。汽車防盜就顯得尤為重要,，成為一個(gè)亟待解決的重要的社會(huì)問(wèn)題。目前市場(chǎng)上銷售的汽車防盜報(bào)警器多為加裝式汽車防盜器和采用電子密碼鑰匙的汽車防盜器,。加裝式汽車防盜器主要采用串接式的線路,，對(duì)于精通汽車電路的盜賊來(lái)說(shuō)，用跨接的方法可很輕松地避開(kāi)防盜電路,，防盜系統(tǒng)如同虛設(shè),。對(duì)于采用電子密碼鑰匙的汽車防盜器，盜賊一般通過(guò)偷取鑰匙,，并利用遙控器快速尋車并實(shí)施盜竊,。這說(shuō)明現(xiàn)有的汽車防盜裝置的防盜手段并不可靠。而采用指紋識(shí)別模塊驗(yàn)證車主身份并輔助多種報(bào)警措施來(lái)完成汽車防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì),，能夠在不改變汽車整體電路的情況下盡可能地保障汽車的安全,。指紋識(shí)別
是生物特征識(shí)別的一種，它利用指紋特征的惟一性和終身不變性對(duì)個(gè)人身份進(jìn)行認(rèn)證，具有極高的安全性和易用性,。本文將指紋識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于汽車防盜系統(tǒng)中,，并結(jié)合GSM無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警,，有效地保障了汽車的安全,。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
該汽車防盜器主要由MCU、指紋識(shí)別模塊,、無(wú)線通信模塊,、LCD顯示屏、語(yǔ)音電路,、電子密碼鑰匙接口電路,、鍵盤(pán)、控制電路和電源電路等組成,。其硬件原理框圖如圖1所示,。MCU選用意法半導(dǎo)體公司推出的基于低功耗的嵌入式ARM CortexTM—M3內(nèi)核的增強(qiáng)型32位芯片STM32F10 3VC，它的工作電壓為2．0～3．6 V,，本設(shè)計(jì)采用3．3 V,，其最高工作頻率可達(dá)到72 MHz，具有多達(dá)80個(gè)快速I／O端口,，所有I／O口可以映像到16個(gè)外部中斷,，幾乎所有端口均可容忍5 V信號(hào)。片內(nèi)具有256 KB的FLASH,，2個(gè)I2C接口,，2個(gè)SPI接口，3個(gè)USART接口,，3個(gè)16位定時(shí)器，每個(gè)定時(shí)器有多達(dá)4個(gè)用于輸入捕獲／輸出比較／PWM或脈沖計(jì)數(shù)的通道和增量編碼器輸入,，2個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器(獨(dú)立的和窗口型的)等,。圖l中“KEY—ON”為汽車鑰匙位置，取自鑰匙開(kāi)關(guān),，經(jīng)光電耦合后送入STM32F103VC的PE10,。無(wú)線通信模塊和指紋識(shí)別模塊分別經(jīng)RS 232收發(fā)器MAX3232接STlM32F103VC的USART1和USART2；密碼鑰匙由U盤(pán)實(shí)現(xiàn),，USB接口連接STM32F103VC的SPI1,；語(yǔ)音電路接STM32F103VC的SPI2；4×4鍵盤(pán)與PE0～PE7連接,，液晶顯示數(shù)據(jù)由PD0～PD7提供,。
主要工作原理如下：車主停車熄火后，防盜器進(jìn)入鎖定狀態(tài)。此時(shí)如果汽車鑰匙不在ON位,，就不能進(jìn)行指紋識(shí)別,；只有當(dāng)汽車鑰匙在ON位，才可用指紋識(shí)別解鎖防盜器并自動(dòng)點(diǎn)火,。在鎖定狀態(tài)下,，汽車的油路、電路等被切斷,，汽車鑰匙無(wú)法點(diǎn)火,；如果強(qiáng)行剪斷指紋采集模塊和控制盒的連線，或者不識(shí)別指紋而強(qiáng)行用汽車鑰匙點(diǎn)火,，汽車會(huì)通過(guò)鳴號(hào),、閃燈和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)報(bào)警。在鎖定狀態(tài)插入密碼鑰匙可進(jìn)入解鎖狀態(tài),，并可根據(jù)LCD和語(yǔ)音提示通過(guò)小鍵盤(pán)進(jìn)行指紋注冊(cè)／刪除,、手機(jī)號(hào)碼設(shè)置和應(yīng)急點(diǎn)火等操作。
2 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2．1 USB接口電路
USB接口電路主要由文件管理控制芯片CH376T實(shí)現(xiàn),，CH376T支持USB設(shè)備方式和USB主機(jī)方式,，并且內(nèi)置了USB通信協(xié)議的基本固件、處理MassStorage海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通信協(xié)議的固件,、SD卡的通信接口固件,、FAT16和FAT32以及FAT12文件系統(tǒng)的管理固件，支持常用的USB存儲(chǔ)設(shè)備和SD卡,。CH376T支持二種通信接口：SPI接口和異步串口,。本設(shè)計(jì)采用SPI接口與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，電路連接方式如圖2所示,。串行數(shù)據(jù)輸入SDI,、輸出SDO和時(shí)鐘SCK分別接STM32F103VC的SPI1_MOSI，SPI1_MISO和SPI1_SCK,，中斷請(qǐng)求輸出端INT接PC0,，片選端SCS由PA1控制。圖2中的RESET是系統(tǒng)復(fù)位信號(hào),，晶體振蕩器Y1選12 MHz,。當(dāng)車主要進(jìn)行指紋注冊(cè)／刪除或應(yīng)急點(diǎn)火時(shí)，將密碼鑰匙(U盤(pán))接入J1以讀取密碼信息,。
2．2 液晶顯示器
液晶顯示器選用SMG12864G3-ZK標(biāo)準(zhǔn)中文字符及圖形點(diǎn)陣型液晶顯示模塊,，采用點(diǎn)陣型液晶顯示器，可顯示128×64點(diǎn)陣或4行×8個(gè)漢字,，內(nèi)置ST7920接口型液晶顯示控制器,，內(nèi)帶GB2312碼簡(jiǎn)體中文字庫(kù)(16×16點(diǎn)陣),，可與MCU直接連接，具有8位并行及串行的連接方式,。本設(shè)計(jì)采用并行方式與STM32F103VC相連接,，數(shù)據(jù)端DB0～DB7接STM32F103VC的PD0～PD7，其數(shù)據(jù)／命令選擇端RS,、讀／寫(xiě)控制信號(hào)R／W和使能端E分別連接PB2,、PA14和PA15。在本防盜器中液晶顯示器用于顯示操作方法和操作內(nèi)容,。
2．3 語(yǔ)音電路
語(yǔ)音電路原理圖如圖3所示,，由美國(guó)ISD公司的語(yǔ)音芯片ISD4004-16和美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的音頻功率放大器LM386等元件構(gòu)成。ISD4004 -16錄放時(shí)間為16 min(可分段),，它采用CMOS技術(shù),，單電源3 V工作，內(nèi)含振蕩器,、抗混疊濾波器,、平滑濾波器、音頻放大器,、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列,。它內(nèi)置微控制器SPI總線串行通信接口?？蓪⒛M語(yǔ)音數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入單個(gè)存儲(chǔ)單元,，不需通過(guò)A／D或D／A轉(zhuǎn)換。使得ISD語(yǔ)音電路具有音質(zhì)自然,、使用方便,、單片存儲(chǔ)、反復(fù)錄放,、低功耗,、抗斷電等許多優(yōu)點(diǎn)。LM386工作電壓范圍寬,，電壓增益可調(diào),。具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整電源電壓范圍大,、外接元件少和總諧波失真小等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中STM32F103VC通過(guò)SPI2給ISD4004傳送語(yǔ)音信息,。圖3中的V1和V2分別經(jīng)三極管與+3．3 V和+12 V電源相連,，三極管的通斷由STM32F103VC的PCI1和PCI2控制，只有在需要語(yǔ)音提示時(shí),，才使三極管導(dǎo)通給ISD4004和LM386供電,。
2．4 控制電路
控制電路由光電流耦合器TLP521、大電流驅(qū)動(dòng)器MC1413和四個(gè)12 V小型繼電器K1～K4構(gòu)成，繼電器的吸合由STM32F103VC控制,。繼電器K1,，K2分別串接在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊和油泵電源回路，作用是在鎖定狀態(tài)切斷汽車電路和油路,，繼電器K3和K4分別并接在汽車?yán)群娃D(zhuǎn)向燈電路中,，用于聲光報(bào)警。并接汽車?yán)鹊睦^電器設(shè)置有投切開(kāi)關(guān),，可根據(jù)實(shí)際情況接通或斷開(kāi)喇叭報(bào)警,。
2．5 電源電路
本防盜器共用到+12 V，+5 V和+3．3 V三種電壓的電源,。音頻功率放大器和控制電路的+12 V電源直接采用汽車電源,。12 V電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓集成電路LM2576-5得到+5V電壓，+5V電壓再經(jīng)SPX1117-3．3可得到+3．3V電壓,。
2．6 指紋識(shí)別模塊
采用SM-2B型指紋識(shí)別模塊,，它由高速DSP處理器、FPC電容式指紋傳感器和FLASH芯片等構(gòu)成,，可存儲(chǔ)512枚指紋模板,，具有豐富的指令集搜索時(shí)間小于1．0 s，認(rèn)假率小于0．001％,，拒真率小于1％,，自帶RS 232串行通信接口，通信波特率為57 600 b／s,，STM32F103VC通過(guò)USART2對(duì)指紋識(shí)別模塊進(jìn)行控制,，實(shí)現(xiàn)指紋圖像采集與處理、指紋特征采集,、指紋模板錄入,、模板存儲(chǔ)、指紋比對(duì),、指紋搜索等功能,。
2．7 無(wú)線通信模塊
本設(shè)計(jì)采用西門(mén)子公司推出的無(wú)線通信GSM模塊TC35。該模塊的工作電壓為3．3～5．5 V,?？梢怨ぷ髟?00 MHz／1 800 MHz二個(gè)頻段，自帶RS 232通信接口,，可以方便地與MCU連機(jī)通信,，安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù),、語(yǔ)音傳輸,、短消息服務(wù)等,。電路中TC35通過(guò)MAX3 232與STM32F103VC的USART1進(jìn)行通信，當(dāng)有警情發(fā)生時(shí),，防盜器會(huì)自動(dòng)向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信,。這樣便可實(shí)時(shí)、可靠,、快捷地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警,。
3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。
在鎖定狀態(tài),，車主要進(jìn)行指紋注冊(cè)／刪除或應(yīng)急點(diǎn)火時(shí),，接入密碼鑰匙，通過(guò)鍵盤(pán)操作STM32F103VC在其PA1產(chǎn)生CH376T芯片的SPI片選信號(hào),，低電平有效,，然后按SPI輸出方式發(fā)出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，延時(shí)1．5μs,，從CH376T接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),，等待SPI接口空閑后，MCU繼續(xù)從CH376T接收數(shù)據(jù),，直到MCU禁止SPI片選,。接下來(lái)對(duì)讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行密碼匹配，密碼匹配正確時(shí)可進(jìn)入設(shè)置狀態(tài),，車主可根據(jù)語(yǔ)音和LCD提示進(jìn)行操作,，操作結(jié)束便返回鎖定狀態(tài)。如果密碼匹配不正確將發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)并切斷電路和油路,。如果不進(jìn)行設(shè)置,，當(dāng)插入汽車鑰匙并打至“ON”位，可進(jìn)行指紋采集和匹配,，匹配正確可自動(dòng)點(diǎn)火(點(diǎn)火失敗時(shí)可用車鑰匙再次點(diǎn)火),，如果指紋匹配不正確，發(fā)出相應(yīng)報(bào)警并保持電路和油路為斷開(kāi)狀態(tài),。
4 結(jié)論
本文采用增強(qiáng)型32位低功耗單片機(jī)STM32F103VC,、指紋識(shí)別技術(shù)和無(wú)線通信GSM技術(shù)設(shè)計(jì)了汽車防盜系統(tǒng)，它利用人體指紋的生物特征的惟一性,，通過(guò)指紋識(shí)別控制汽車的電路,、油路等，從而達(dá)到防盜的目的,?；铙w指紋的不可復(fù)制性以及復(fù)雜性，可以做到防解碼的特點(diǎn),，解決了目前廣泛采用的無(wú)線遙控方式存在空中截碼和非法獲取電子鑰匙合法開(kāi)車等問(wèn)題,。GSM技術(shù)增加了人防功能，它能通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警,。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，有效的彌補(bǔ)了單一防盜電路的缺點(diǎn)，保障了汽車的安全,。