基于指纹识别技术的车辆防盗系统研究

沈峥楠，江浩斌，马世典

(江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江 212013)

基于指纹识别技术的车辆防盗系统研究

沈峥楠，江浩斌，马世典

(江苏大学汽车与交通工程学院，江苏镇江 212013)

在生物识别和嵌入式控制技术的基础上，结合汽车防盗特点，设计了一种基于指纹识别技术的新型车辆防盗系统。该防盗系统以微控制器为主控单元核心，外接指纹模块、RFID模块，利用人体指纹特征的唯一性和不变性，设计防盗策略。以“知豆牌”纯电动汽车为目标车型，对所设计原型系统开展实验室测试和装车试验及改进。结果表明:该车辆防盗系统设计合理，方案可行，有较强的应用价值。

汽车防盗；指纹识别；嵌入式技术

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

随着经济的飞速发展和人民生活水平的提高，国内汽车保有量持续增加，汽车成了人们生活中不可或缺的交通工具。伴随的问题是汽车被盗案件频繁出现，汽车防盗受到了越来越多人的重视。目前常见的汽车防盗系统分为：机械式防盗系统、电子式防盗系统、网络式防盗系统[1]。但机械式防盗系统不具备声光报警功能，电子式防盗系统在电子烦扰时易失效，网络式防盗系统价格昂贵，说明当前汽车防盗手段仍需改进[2-3]。文中采用指纹识别结合防盗代码验证来完成新型车辆防盗系统的设计，将车辆的使用权限与用户身份认证相结合，实现了车辆使用权限与用户身份之间的强关联，从根本上改善了车辆的防盗性能。

1 指纹识别系统的规划

1.1 指纹识别系统总体规划

指纹识别系统主要由指纹采集模块、嵌入式微处理器DSP模块、数据存储模块、电源模块、串口模块等构成。其中，指纹采集模块用于采集指纹图像；嵌入式微处理器DSP模块内含指纹算法分析，用于实现指纹的存储、对比、删除功能；数据存储模块用于存储指纹数据；电源模块的作用是提供工作电压；串口模块用于实现嵌入式微处理器DSP模块和上位机如PC端、微控制器的数据通信[4]。指纹识别系统硬件框架如图1所示。

1.2 指纹识别系统硬件规化

综合价格、精度、体积、质量等方面因素的考虑，文中设计的指纹采集模块采用TCS2SS V2.0传感器，其工作电压为3.3 V，工作电流最大为115.5 mA，通信接口为UART、USB、SPI；嵌入式微处理器DSP模块采用具有低功耗高性能的定点芯片 TMS320VC5416，此模块主要负责完成用户指纹图像采集、指纹特征提取和比对等功能，可以通过UART接口与单片机控制系统进行交互，能够接收处理命令和反馈处理结果；此系统中外扩数据存储模块选用IS61LV25616芯片，大小为 256 kB，读写周期为12 ns，可以在DSP全速工作的条件下正常读写数据而无需插入总线延迟周期，这样可以很好地满足算法的快速实现。

1.3 指纹识别系统软件规化

软件系统的设计主要从实现功能的角度考虑：实现指纹的录入、对比、删除功能。指纹模块接受上位机的串口指令后执行操作，然后将处理得到的结果反馈给上位机。软件规划流程图如图2所示。

2 车辆防盗系统的设计

2.1 车辆防盗系统的总体设计

文中采用模式识别和嵌入式技术，以微控制器作为汽车主电子控制单元，从设备有指纹模块、RFID模块、继电器模块[5]。车辆防盗系统硬件总体框架如图3所示。

2.2 车辆防盗系统硬件设计[6-9]

该车辆防盗系统的微控制器模块选用英飞凌XC866型号单片机，XC866采取和工业标准8051处理器兼容的XC800内核设计。XC866高度集成片内器件，例如片内振荡器或嵌入式电压调节器(从而可由3.3 V或5.0 V的单电源供电)，从而具备许多增强功能以满足新型应用。XC866的其他主要特性包括：用来产生脉宽调制信号、带有电机控制专用模式的捕获/比较单元6(CCU6);10位模数转换器(ADC)，具有如自动扫描和结果累加(用于抗混叠滤波或结果平均)等扩展功能；功能扩展的通用异步收发器(UART)，支持本地互连网络(LIN)应用，并为许多器件提供LIN的底层驱动软件；提供不同的省电模式选择，以满足低功耗应用；其丰富的片上外设功

能由特殊功能寄存器(SFR)控制，采用智能分页机制(优化中断处理)来扩展SFR的地址范围。指纹模块通过RS232接口与主控单元XC866进行数据传送和接收，XC866通过UART异步接收的方式来控制指纹模块。此设计采用RFID系统作为线圈模块，用来识别钥匙防盗代码。RFID技术是利用无线电波或微波能量进行非接触双向通信，来实现识别和数据交换功能的自动识别系统。此设计采用ATS125K非接触式射频ID卡专用模块，该模块釆用先进的射频接收线路及嵌入式微控制器设计，结合高效译码算法，完成对EM4100、TK4100兼容式ID卡的数据接收，具有接收灵敏度高﹑工作电流小﹑稳定性高等特点。

2.3 车辆防盗系统软件设计

根据系统的设计策略，整个指纹识别的过程在指纹模块上进行，外围相关控制在微控制模块上进行。将微处理器与指纹模块的DSP作为双系统处理器。微处理器与指纹模块的DSP通过串口通信接口(如RS232、USB)进行指令和数据交换。

车辆防盗系统主要工作原理过程为：用户进入汽车后，插入汽车钥匙，转动汽车钥匙到ON挡，汽车蓄电池给指纹防盗主控单元、防盗线圈RFID模块上电；防盗线圈RFID模块接收钥匙芯片传递的防盗识别代码；用户在指纹仪上录入指纹；当指纹验证成功、防盗代码验证成功，防盗主控单元使继电器闭合，点火电路导通，汽车正常启动[10]；当指纹验证失败或者防盗代码验证失败，则继电器继续断开，汽车无法启动。

车辆防盗系统软件设计流程图如图4所示。

3 实验

将设计好的车辆防盗系统嵌入安装到知豆电动车上，进行试验及改进，装车及试验过程如图5—9所示。

经测试：所设计的基于指纹识别技术的防盗系统在多种环境中均可完成整个工作过程，能够满足实际需求，具有较强的应用价值。

4 结论

针对汽车防盗技术存在的问题，引入生物识别技术，设计了车辆使用权限和驾驶员身份强关联的新型车辆防盗系统。该系统采用嵌入式技术，将生物识别技术应用于汽车防盗系统中，以微控制器为主控单元，指纹模块为子单元，利用人体指纹特征的唯一性和不变性，在只有获得指纹认证成功的情况下，才能够启动汽车发动机。采用英飞凌汽车级MCU-XC866为主控单元核心器件、以嵌入式C语言为开发工具，设计基于指纹识别技术的车辆防盗系统软、硬件系统，并针对知豆电动汽车开发制作了基于指纹识别的车辆防盗系统原型。最后，对所开发系统开展实验室模块测试和实车功能和性能测试，试验结果表明：该系统实现了既定目标功能，且具有较强的鲁棒性和可扩展性，对将来的工程化开发和推广应用具有较强的指导意义。

【1】 关东阳,陶富山.汽车防盗系统的发展[J].科技资讯,2013(35):63.

【2】 程飞.汽车防盗系统的“进化”[J].科学咨询,2008(9):61.

【3】 张梅红,魏冬至.汽车防盗系统综述[C]//第四届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集,2007.

【4】 Zhang Weipeng,Wang Qingren,Tang Yuanyan.A wavelet-based method for fingerprint image enhancement[C]//Proceedings of 2002 International Conference on Machine Learning and Cybernetics,2002:1973-1977.

【5】 戴海燕,吴钟桁,黄明鹏.基于指纹识别的汽车防盗系统设计[J].公路与汽运,2013 (5):33-35.

【6】 蔡荣海,杨红宇,刘铁军.增强型单片机 XC866 原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2009.

【7】 尹勇,王洪成.单片机开发环境 uVision2 使用指南及 USB 固件编程与调试[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

【8】 Morimura H,Shigematsu S,Shimamura T,et al.An advanced fingerprint sensor LSI and its application to a fingerprint identification system[C]// IEEE Symposium on VLSI Circuits,Digest of Technical Papers,n CIRCUITS SYMP,2002:272-275.

【9】 黄鸿,李见为，李冬梁.基于DSP的嵌入式指纹识别系统硬件设计实现[J].重庆大学学报,2004(12).

【10】 杨先周.车载指纹防盗系统若干问题的研究[D].重庆:重庆大学,2009.

ResearchoftheVehicleAnti-theftSystemBasedonFingerprintIdentificationTechnology

SHEN Zhengnan,JIANG Haobin,MA Shidian

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

2014-09-02

江苏省大学生重点创新训练项目

沈峥楠(1992—)，男，硕士研究生，研究方向为汽车智能化控制。E-mail：447488418@qq.com。