沈崢楠，江浩斌，馬世典

(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

基于指紋識(shí)別技術(shù)的車輛防盜系統(tǒng)研究

沈崢楠，江浩斌，馬世典

(江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

在生物識(shí)別和嵌入式控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合汽車防盜特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于指紋識(shí)別技術(shù)的新型車輛防盜系統(tǒng)。該防盜系統(tǒng)以微控制器為主控單元核心，外接指紋模塊、RFID模塊，利用人體指紋特征的唯一性和不變性，設(shè)計(jì)防盜策略。以“知豆牌”純電動(dòng)汽車為目標(biāo)車型，對所設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)室測試和裝車試驗(yàn)及改進(jìn)。結(jié)果表明:該車輛防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，方案可行，有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

汽車防盜；指紋識(shí)別；嵌入式技術(shù)

Abstract:Combined with the characteristics of car anti-theft,a new type of vehicle anti-theft system was presented in which fingerprint recognition technology based on pattern recognition and embedded control technology were used.In this anti-theft system,micro-controller was taken as the main control unit,fingerprint module and RFID module were taken as sub-units,uniqueness and invariance of human fingerprint characteristics were used to design security strategy.Taking “Zhidou” electric vehicle as a target,laboratory tests and vehicle loading test were conducted for improving.The result proves that this designed system is reasonable,the program is feasible,and it has a strong value in use.

Keywords:Car anti-theft;Fingerprint recognition;Embedded technology

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的提高，國內(nèi)汽車保有量持續(xù)增加，汽車成了人們生活中不可或缺的交通工具。伴隨的問題是汽車被盜案件頻繁出現(xiàn)，汽車防盜受到了越來越多人的重視。目前常見的汽車防盜系統(tǒng)分為：機(jī)械式防盜系統(tǒng)、電子式防盜系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)[1]。但機(jī)械式防盜系統(tǒng)不具備聲光報(bào)警功能，電子式防盜系統(tǒng)在電子煩擾時(shí)易失效，網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)價(jià)格昂貴，說明當(dāng)前汽車防盜手段仍需改進(jìn)[2-3]。文中采用指紋識(shí)別結(jié)合防盜代碼驗(yàn)證來完成新型車輛防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，將車輛的使用權(quán)限與用戶身份認(rèn)證相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了車輛使用權(quán)限與用戶身份之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)，從根本上改善了車輛的防盜性能。

1 指紋識(shí)別系統(tǒng)的規(guī)劃

1.1 指紋識(shí)別系統(tǒng)總體規(guī)劃

指紋識(shí)別系統(tǒng)主要由指紋采集模塊、嵌入式微處理器DSP模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、電源模塊、串口模塊等構(gòu)成。其中，指紋采集模塊用于采集指紋圖像；嵌入式微處理器DSP模塊內(nèi)含指紋算法分析，用于實(shí)現(xiàn)指紋的存儲(chǔ)、對比、刪除功能；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)指紋數(shù)據(jù)；電源模塊的作用是提供工作電壓；串口模塊用于實(shí)現(xiàn)嵌入式微處理器DSP模塊和上位機(jī)如PC端、微控制器的數(shù)據(jù)通信[4]。指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件框架如圖1所示。

1.2 指紋識(shí)別系統(tǒng)硬件規(guī)化

綜合價(jià)格、精度、體積、質(zhì)量等方面因素的考慮，文中設(shè)計(jì)的指紋采集模塊采用TCS2SS V2.0傳感器，其工作電壓為3.3 V，工作電流最大為115.5 mA，通信接口為UART、USB、SPI；嵌入式微處理器DSP模塊采用具有低功耗高性能的定點(diǎn)芯片 TMS320VC5416，此模塊主要負(fù)責(zé)完成用戶指紋圖像采集、指紋特征提取和比對等功能，可以通過UART接口與單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，能夠接收處理命令和反饋處理結(jié)果；此系統(tǒng)中外擴(kuò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊選用IS61LV25616芯片，大小為 256 kB，讀寫周期為12 ns，可以在DSP全速工作的條件下正常讀寫數(shù)據(jù)而無需插入總線延遲周期，這樣可以很好地滿足算法的快速實(shí)現(xiàn)。

1.3 指紋識(shí)別系統(tǒng)軟件規(guī)化

軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要從實(shí)現(xiàn)功能的角度考慮：實(shí)現(xiàn)指紋的錄入、對比、刪除功能。指紋模塊接受上位機(jī)的串口指令后執(zhí)行操作，然后將處理得到的結(jié)果反饋給上位機(jī)。軟件規(guī)劃流程圖如圖2所示。

2 車輛防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 車輛防盜系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

文中采用模式識(shí)別和嵌入式技術(shù)，以微控制器作為汽車主電子控制單元，從設(shè)備有指紋模塊、RFID模塊、繼電器模塊[5]。車輛防盜系統(tǒng)硬件總體框架如圖3所示。

2.2 車輛防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[6-9]

該車輛防盜系統(tǒng)的微控制器模塊選用英飛凌XC866型號(hào)單片機(jī)，XC866采取和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8051處理器兼容的XC800內(nèi)核設(shè)計(jì)。XC866高度集成片內(nèi)器件，例如片內(nèi)振蕩器或嵌入式電壓調(diào)節(jié)器(從而可由3.3 V或5.0 V的單電源供電)，從而具備許多增強(qiáng)功能以滿足新型應(yīng)用。XC866的其他主要特性包括：用來產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)、帶有電機(jī)控制專用模式的捕獲/比較單元6(CCU6);10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，具有如自動(dòng)掃描和結(jié)果累加(用于抗混疊濾波或結(jié)果平均)等擴(kuò)展功能；功能擴(kuò)展的通用異步收發(fā)器(UART)，支持本地互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)應(yīng)用，并為許多器件提供LIN的底層驅(qū)動(dòng)軟件；提供不同的省電模式選擇，以滿足低功耗應(yīng)用；其豐富的片上外設(shè)功

能由特殊功能寄存器(SFR)控制，采用智能分頁機(jī)制(優(yōu)化中斷處理)來擴(kuò)展SFR的地址范圍。指紋模塊通過RS232接口與主控單元XC866進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和接收，XC866通過UART異步接收的方式來控制指紋模塊。此設(shè)計(jì)采用RFID系統(tǒng)作為線圈模塊，用來識(shí)別鑰匙防盜代碼。RFID技術(shù)是利用無線電波或微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信，來實(shí)現(xiàn)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換功能的自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。此設(shè)計(jì)采用ATS125K非接觸式射頻ID卡專用模塊，該模塊釆用先進(jìn)的射頻接收線路及嵌入式微控制器設(shè)計(jì)，結(jié)合高效譯碼算法，完成對EM4100、TK4100兼容式ID卡的數(shù)據(jù)接收，具有接收靈敏度高﹑工作電流小﹑穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。

2.3 車輛防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)策略，整個(gè)指紋識(shí)別的過程在指紋模塊上進(jìn)行，外圍相關(guān)控制在微控制模塊上進(jìn)行。將微處理器與指紋模塊的DSP作為雙系統(tǒng)處理器。微處理器與指紋模塊的DSP通過串口通信接口(如RS232、USB)進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)交換。

車輛防盜系統(tǒng)主要工作原理過程為：用戶進(jìn)入汽車后，插入汽車鑰匙，轉(zhuǎn)動(dòng)汽車鑰匙到ON擋，汽車蓄電池給指紋防盜主控單元、防盜線圈RFID模塊上電；防盜線圈RFID模塊接收鑰匙芯片傳遞的防盜識(shí)別代碼；用戶在指紋儀上錄入指紋；當(dāng)指紋驗(yàn)證成功、防盜代碼驗(yàn)證成功，防盜主控單元使繼電器閉合，點(diǎn)火電路導(dǎo)通，汽車正常啟動(dòng)[10]；當(dāng)指紋驗(yàn)證失敗或者防盜代碼驗(yàn)證失敗，則繼電器繼續(xù)斷開，汽車無法啟動(dòng)。

車輛防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4所示。

3 實(shí)驗(yàn)

將設(shè)計(jì)好的車輛防盜系統(tǒng)嵌入安裝到知豆電動(dòng)車上，進(jìn)行試驗(yàn)及改進(jìn)，裝車及試驗(yàn)過程如圖5—9所示。

經(jīng)測試：所設(shè)計(jì)的基于指紋識(shí)別技術(shù)的防盜系統(tǒng)在多種環(huán)境中均可完成整個(gè)工作過程，能夠滿足實(shí)際需求，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)論

針對汽車防盜技術(shù)存在的問題，引入生物識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)了車輛使用權(quán)限和駕駛員身份強(qiáng)關(guān)聯(lián)的新型車輛防盜系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用嵌入式技術(shù)，將生物識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于汽車防盜系統(tǒng)中，以微控制器為主控單元，指紋模塊為子單元，利用人體指紋特征的唯一性和不變性，在只有獲得指紋認(rèn)證成功的情況下，才能夠啟動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)。采用英飛凌汽車級(jí)MCU-XC866為主控單元核心器件、以嵌入式C語言為開發(fā)工具，設(shè)計(jì)基于指紋識(shí)別技術(shù)的車輛防盜系統(tǒng)軟、硬件系統(tǒng)，并針對知豆電動(dòng)汽車開發(fā)制作了基于指紋識(shí)別的車輛防盜系統(tǒng)原型。最后，對所開發(fā)系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)室模塊測試和實(shí)車功能和性能測試，試驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了既定目標(biāo)功能，且具有較強(qiáng)的魯棒性和可擴(kuò)展性，對將來的工程化開發(fā)和推廣應(yīng)用具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

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ResearchoftheVehicleAnti-theftSystemBasedonFingerprintIdentificationTechnology

SHEN Zhengnan,JIANG Haobin,MA Shidian

(School of Automobile and Traffic Engineering,Jiangsu University,Zhengjiang Jiangsu 212013,China)

2014-09-02

江蘇省大學(xué)生重點(diǎn)創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目

沈崢楠(1992—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)槠囍悄芑刂啤-mail：447488418@qq.com。