中心議題：
- 汽車防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理
- 汽車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
- 汽車防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
解決方案：
- 采用增強(qiáng)型32位低功耗單片機(jī)STM32F103VC
- 液晶顯示器選用SMG12864G3-ZK標(biāo)準(zhǔn)中文字符
- 采用SM-2B型指紋識(shí)別模塊
隨著汽車市場(chǎng)的飛速發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越來多的汽車進(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說，用跨接的方法可很輕松地避開防盜電路，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，盜賊一般通過偷取鑰匙，并利用遙控器快速尋車并實(shí)施盜竊。這說明現(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、無線通信模塊、LCD顯示屏、語音電路、電子密碼鑰匙接口電路、鍵盤、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，取自鑰匙開關(guān)，經(jīng)光電耦合后送入STM32F103VC的PE10。無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盤實(shí)現(xiàn)，USB接口連接STM32F103VC的SPI1；語音電路接STM32F103VC的SPI2；4×4鍵盤與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)通過鳴號(hào)、閃燈和無線通信網(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和語音提示通過小鍵盤進(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)接入J1以讀取密碼信息。
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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 語音電路
語音電路原理圖如圖3所示，由美國(guó)ISD公司的語音芯片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。可將模擬語音數(shù)據(jù)直接寫入單個(gè)存儲(chǔ)單元，不需通過A／D或D／A轉(zhuǎn)換。使得ISD語音電路具有音質(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SPI2給ISD4004傳送語音信息。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)置有投切開關(guān)，可根據(jù)實(shí)際情況接通或斷開喇叭報(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 無線通信模塊
本設(shè)計(jì)采用西門子公司推出的無線通信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)、語音傳輸、短消息服務(wù)等。電路中TC35通過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。
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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，通過鍵盤操作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。活體指紋的不可復(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線遙控方式存在空中截碼和非法獲取電子鑰匙合法開車等問題。GSM技術(shù)增加了人防功能，它能通過無線網(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。
