基于51單片機的某汽車防盜系統設計*

甘令，唐嵐

基于51單片機的某汽車防盜系統設計*

甘令，唐嵐*

（西華大學汽車與交通學院，四川 成都 610039）

通過對目前車輛安全防盜方面的分析，介紹了車輛在安全防盜與車門解鎖之間的關系。利用51單片機構建了某汽車防盜系統。該系統由指紋模塊、AT89C51、蜂鳴器驅動模塊、繼電器驅動模塊、液晶顯示模塊及單片機最小系統電路構成，可以對汽車進行實時監控。當發生盜竊的情況時，指紋識別模塊會進行識別并會發出警報。

汽車；防盜系統；單片機；指紋識別

前言

汽車的防盜系統在信息技術的發展的同時也在不斷地更新，其經歷了機械式、芯片式、電子式防盜系統等階段。從上世紀90年代出現指紋識別技術以來，指紋識別技術具有不丟失，終生保持不變，非常穩定和獨特的功能等優點[1]，生活中最常見的指紋識別技術解鎖產品主要是手機、考勤機，門禁，保險箱，筆記本電腦等。因此，可利用指紋識別技術來提高產品的安全性和便捷性。

1 系統總體設計

圖1 系統整體框架

使用指紋識別模塊R308收集，識別和快速處理指紋圖像，然后將指紋識別信息通過串口發送到AT89C51單片機上；而LED燈進行狀態顯示；使用三個主要按鍵進行安裝在汽車上，使用按鍵使其具有三個主要功能：指紋的輸入，指紋的儲存以及指紋數據的對比與識別；使用繼電器的工作狀態來判斷當前指紋識別的狀態，通過蜂鳴器產生報警聲音，而LCD液晶顯示模塊則是用來顯示狀態信息，使使用者更加直觀地了解到指紋錄入、存儲與識別的過程[2]。

2 系統硬件設計

系統硬件電路設計的基礎是使用單片機的最小系統,而其他的一些功能都主要是在此基礎上建立起來的。單片機的最小系統主要包括：AT89C51芯片、晶振（時鐘）控制電路、復位控制電路、電源控制電路[3]。

圖2 系統硬件電路圖

在指紋模塊電路中，R308獨立式指紋識別模塊是以高速專用DSP處理器為核心，配合不同類型的指紋傳感器，在無需上位機參與管理的情況下，具有指紋錄入、圖像處理、指紋比對、搜索和模板儲存等功能的智能型模塊。在使用模塊與單片機進行連接時，只需要2-5引腳就足以滿足本系統的功能需求，還需特別注意的是在連接TXD與RXD串行口輸出、輸入時，指紋模塊與單片機應采用反接[4]。

在繼電器驅動模塊電路中，用一個LED燈與繼電器并聯，然后串聯一個三極管，三極管通過單片機在軟件里面執行控制。當單片機給三極管基極一個低電平時，三極管被導通，繼電器線圈通電吸合繼電器觸點，同時與單片機并聯的二極管亮起。蜂鳴器電路采用與繼電器電路同一種接法，控制方法一致。

在按鍵電路中，結合設計的具體按鍵功能要求,采用了軟件消除按鍵的抖動，按鍵實現功能采用獨立的按鍵[5]。

在LED電路中，本系統LED指示燈（3mm）電路設計，默認上電為識別模式同時綠燈常亮；當車主按下K2時，led-D2紅燈燈亮起，表示系統進行模式切換；用戶按下K1時，led-D3紅燈亮起，清除指紋成功[6]。

在液晶顯示模塊電路中，本設計主要選用lcd1602的帶黃綠背光的黑字液晶顯示屏，根據其的使用手冊，設計了該系統的顯示控制電路。

2.1 車門把手指紋模塊的安裝

根據目前已有的汽車車門把手結構的基礎上，利用傳統車門把手的按鈕位置（圖3 傳統車門把手）用本系統的指紋模塊取代[7]。在查詢資料后，得出一個可行的設計方案，如圖（圖4 指紋車門把手）所示，1為把身、2為指紋模塊面板、3為指紋模塊蓋板用于防塵以及防止日曬和雨水沖刷。

圖3 傳統車門把手

圖4 指紋車門把手

3 系統軟件設計

本設計系統的軟件設計部分主要的內容包括:液晶顯示指紋識別程序的編寫與展開設計、指紋識別程序的調試設計。

3.1 系統工作過程分析

系統工作過程為：單片機上電后，主程序自動運行。根據電路要求，首先執行液晶初始化操作。默認顯示為識別狀態。因為指紋模塊和單片機之間的通信是串行通信，所以執行串行端口初始化。下一步是檢查您所處的模式（默認為識別模式），然后進入循環以檢查是否按下了按鈕，然后按下相應的按鈕以進入相應的操作模式。

3.2 主程序流程圖

根據系統所編寫的程序，將各部分的程序框圖繪制如下：

圖5 主程序流程圖

圖6 模式識別流程圖

圖7 按鍵循環識別

3.3 指紋識別程序設計

3.3.1錄入指紋程序設計

根據R308指紋模塊的通訊協議格式，在系統里面錄入指紋信息，需要：錄入圖像->生成特征->快速查找圖像->自動注冊模板[8]，根據這個流程制定了指紋錄入與儲存的程序流程圖，如圖8所示：

圖8 錄入指紋程序流程圖

主要運行流程是通過檢測k3按鍵狀態來執行，根據系統功能在按下k2按鍵后，將系統模式切換到指紋錄入模式然后按下k3按鍵，消除抖動后確認k3按鍵被按下；然后，與指紋模塊進行握手操作，握手成功進入enroll()采集兩次指紋，生成一個指紋模板，并且保存成功，指紋ID號加一，即完成一次指紋的錄入。

3.3.2指紋識別程序設計

用戶在使用系統刷指紋時的控制程序，其中主要是用的指紋模塊的自動驗證指紋指令PS_Identify，返回確認碼后判定指紋是否比對成功。對其制定的程序流程圖，如圖9所示：

圖9 指紋識別程序流程圖

根據系統設計的功能，在系統上電后默認是直接進入指紋識別模式，即車主在開車門時直接將手指放在指紋模塊識別區，能進行刷指紋開門。而在第一次使用時，需要按下k2按鍵，將模式切換到指紋錄入模式，錄入指紋后再次切換回指紋識別模式；當用戶刷指紋時，模塊將指紋信息傳遞到單片機中，根據search()搜索指紋庫中的指紋數據進行對比，對比成功蜂鳴器響一聲繼電器閉合，若對比失敗即代表指紋錯誤，蜂鳴器連響3聲。

3.4 LCD液晶顯示程序設計

根據LCD1602的操作時序，進行初始化操作后，然后以系統想要達到的效果寫指令控制光標與顯示方式等，最后結合指紋模塊程序進行相應顯示數據的寫入，基于此制定液晶顯示模塊的程序流程圖，如圖10所示：

圖10 LCD液晶顯示模塊程序流程圖

根據液晶顯示模塊LCD1602A的手冊時序操作圖，編寫以上寫入指令和數據的程序，通過控制其RS端口高低電平，控制系統寫入的是數據還是指令。由于本系統使用顯示模塊只是用于顯示系統狀態，所以對該模塊的讀寫選擇端RW直接在硬件電路中接地，即使其一直處于低電平狀態也就是一直處于寫入狀態。液晶的顯示函數是void Print()將字符串數據通過lcd_write()寫入模塊顯示出來[9]。

4 實物驗證

如圖11所示。其中各元器件分別為：

1、LCD1602A液晶顯示模塊。2、AT89C51單片機。3、蜂鳴器電路元件。4、繼電器電路元件。5、LED燈電路元件。6、R308指紋模塊。7、按鍵電路元件。8、晶振電路元件。9、上電復位電路元件。10、電源電路元件。

在整個系統硬件電路中，8、9、10三個電路為單片機最小系統的電路，完成所有硬件電路的焊接后，就需要進行每一個硬件電路的調試。調試最基本的條件是需要將調試程序下載到單片機內，利用程序控制檢查每個元器件。

圖11 系統實物圖

5 結論

本系統采用了相對簡單的元器件進行整體系統設計，主要在于設計其核心控制系統。在顯示模塊中采用LCD1602A液晶顯示模塊，對于這種常見的顯示模塊，使用起來相對容易而且不會出現太大的差錯，根據其使用手冊進行編寫相應程序較為方便。系統軟硬件設計并實現后，對系統各個部分進行了實物測試，測試結果表明整個系統的硬件與軟件功能達到了預期的需求。系統開發成本低、性能可靠、使用方便，能實現對汽車防盜與報警。

[1] 顧永好.單片機指紋識別系統及其算法設計與實現[J].通訊世界, 2016.

[2] 伍志東,張歡.基于單片機的汽車防盜系統設計[J].集成電路應用, 2020,37(04):60-61.

[3] 宋芳,簡力.AT89系列單片機的測試技術[J].計算機與數字工程, 2015.

[4] 陳贊,陳燕,李楊.基于單片機的指紋識別系統設計與優化[J].電子世界,2016.

[5] 蔡興,蔡久評.基于單片機芯片STC89C52的指紋密碼鎖系統[J].江西科技師范大學學報,2016.

[6] Chunjiang Liu, & Fang Lv. Design of highly reliable Fingerprint Access Control System based on C8051F020 single chip. Internati -onal Conference on Computer and Automation Engineering (ICC -AE). 2010.

[7] 張朝林.汽車門鎖系統的設計及開發研究[J].時代汽車,2019(04).

[8] Bjorn V C, Belongie S J. Fingerprint recognition system: U.S. Patent 6,125,192[P]. 2000-9-26.

[9] 荊軻,李芳.單片機原理及應用:基于KeilC與Proteus[M].北京:機械工業出版社,2016.

Design of an Automobile Anti-theft System Based on 51 Single Chip Microcomputer*

Gan Ling, Tang Lan*

( School of Automobile and Transportation, Xihua University, Sichuan Chengdu 610039 )

Through the analysis of the current vehicle anti-theft, the relationship between the security of the vehicle and the unlocking of the door is introduced. An automobile anti-theft system was constructed using 51 single chip microcomputer. The system is composed of fingerprint module, AT89C51, buzzer drive module, relay drive module, liquid crystal display module and the minimum system circuit of single-chip microcomputer, which can monitor the car in real time. When a theft occurs, the fingerprint recognition module will recognize and issue an alarm.

Automobile; Anti-theft system; Single chip microcomputer; Fingerprint identification

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.03.009

U463

A

1671-7988(2021)03-31-04

U463

A

1671-7988(2021)03-31-04

甘令，碩士，就讀于西華大學汽車與交通學院。

唐嵐，碩士，教授，就職于西華大學汽車與交通學院；研究方向：汽車整車及轉向系統性能測試等。

西華大學教師師資支持計劃（21050018）；西華大學研究生示范課程項目“汽車測試與信號分析示范課程”（QJ1408020004）。