甘令，唐岚

基于51单片机的某汽车防盗系统设计*

甘令，唐岚*

（西华大学汽车与交通学院，四川 成都 610039）

通过对目前车辆安全防盗方面的分析，介绍了车辆在安全防盗与车门解锁之间的关系。利用51单片机构建了某汽车防盗系统。该系统由指纹模块、AT89C51、蜂鸣器驱动模块、继电器驱动模块、液晶显示模块及单片机最小系统电路构成，可以对汽车进行实时监控。当发生盗窃的情况时，指纹识别模块会进行识别并会发出警报。

汽车；防盗系统；单片机；指纹识别

前言

汽车的防盗系统在信息技术的发展的同时也在不断地更新，其经历了机械式、芯片式、电子式防盗系统等阶段。从上世纪90年代出现指纹识别技术以来，指纹识别技术具有不丢失，终生保持不变，非常稳定和独特的功能等优点[1]，生活中最常见的指纹识别技术解锁产品主要是手机、考勤机，门禁，保险箱，笔记本电脑等。因此，可利用指纹识别技术来提高产品的安全性和便捷性。

1 系统总体设计

图1 系统整体框架

使用指纹识别模块R308收集，识别和快速处理指纹图像，然后将指纹识别信息通过串口发送到AT89C51单片机上；而LED灯进行状态显示；使用三个主要按键进行安装在汽车上，使用按键使其具有三个主要功能：指纹的输入，指纹的储存以及指纹数据的对比与识别；使用继电器的工作状态来判断当前指纹识别的状态，通过蜂鸣器产生报警声音，而LCD液晶显示模块则是用来显示状态信息，使使用者更加直观地了解到指纹录入、存储与识别的过程[2]。

2 系统硬件设计

系统硬件电路设计的基础是使用单片机的最小系统,而其他的一些功能都主要是在此基础上建立起来的。单片机的最小系统主要包括：AT89C51芯片、晶振（时钟）控制电路、复位控制电路、电源控制电路[3]。

图2 系统硬件电路图

在指纹模块电路中，R308独立式指纹识别模块是以高速专用DSP处理器为核心，配合不同类型的指纹传感器，在无需上位机参与管理的情况下，具有指纹录入、图像处理、指纹比对、搜索和模板储存等功能的智能型模块。在使用模块与单片机进行连接时，只需要2-5引脚就足以满足本系统的功能需求，还需特别注意的是在连接TXD与RXD串行口输出、输入时，指纹模块与单片机应采用反接[4]。

在继电器驱动模块电路中，用一个LED灯与继电器并联，然后串联一个三极管，三极管通过单片机在软件里面执行控制。当单片机给三极管基极一个低电平时，三极管被导通，继电器线圈通电吸合继电器触点，同时与单片机并联的二极管亮起。蜂鸣器电路采用与继电器电路同一种接法，控制方法一致。

在按键电路中，结合设计的具体按键功能要求,采用了软件消除按键的抖动，按键实现功能采用独立的按键[5]。

在LED电路中，本系统LED指示灯（3mm）电路设计，默认上电为识别模式同时绿灯常亮；当车主按下K2时，led-D2红灯灯亮起，表示系统进行模式切换；用户按下K1时，led-D3红灯亮起，清除指纹成功[6]。

在液晶显示模块电路中，本设计主要选用lcd1602的带黄绿背光的黑字液晶显示屏，根据其的使用手册，设计了该系统的显示控制电路。

2.1 车门把手指纹模块的安装

根据目前已有的汽车车门把手结构的基础上，利用传统车门把手的按钮位置（图3 传统车门把手）用本系统的指纹模块取代[7]。在查询资料后，得出一个可行的设计方案，如图（图4 指纹车门把手）所示，1为把身、2为指纹模块面板、3为指纹模块盖板用于防尘以及防止日晒和雨水冲刷。

图3 传统车门把手

图4 指纹车门把手

3 系统软件设计

本设计系统的软件设计部分主要的内容包括:液晶显示指纹识别程序的编写与展开设计、指纹识别程序的调试设计。

3.1 系统工作过程分析

系统工作过程为：单片机上电后，主程序自动运行。根据电路要求，首先执行液晶初始化操作。默认显示为识别状态。因为指纹模块和单片机之间的通信是串行通信，所以执行串行端口初始化。下一步是检查您所处的模式（默认为识别模式），然后进入循环以检查是否按下了按钮，然后按下相应的按钮以进入相应的操作模式。

3.2 主程序流程图

根据系统所编写的程序，将各部分的程序框图绘制如下：

图5 主程序流程图

图6 模式识别流程图

图7 按键循环识别

3.3 指纹识别程序设计

3.3.1录入指纹程序设计

根据R308指纹模块的通讯协议格式，在系统里面录入指纹信息，需要：录入图像->生成特征->快速查找图像->自动注册模板[8]，根据这个流程制定了指纹录入与储存的程序流程图，如图8所示：

图8 录入指纹程序流程图

主要运行流程是通过检测k3按键状态来执行，根据系统功能在按下k2按键后，将系统模式切换到指纹录入模式然后按下k3按键，消除抖动后确认k3按键被按下；然后，与指纹模块进行握手操作，握手成功进入enroll()采集两次指纹，生成一个指纹模板，并且保存成功，指纹ID号加一，即完成一次指纹的录入。

3.3.2指纹识别程序设计

用户在使用系统刷指纹时的控制程序，其中主要是用的指纹模块的自动验证指纹指令PS_Identify，返回确认码后判定指纹是否比对成功。对其制定的程序流程图，如图9所示：

图9 指纹识别程序流程图

根据系统设计的功能，在系统上电后默认是直接进入指纹识别模式，即车主在开车门时直接将手指放在指纹模块识别区，能进行刷指纹开门。而在第一次使用时，需要按下k2按键，将模式切换到指纹录入模式，录入指纹后再次切换回指纹识别模式；当用户刷指纹时，模块将指纹信息传递到单片机中，根据search()搜索指纹库中的指纹数据进行对比，对比成功蜂鸣器响一声继电器闭合，若对比失败即代表指纹错误，蜂鸣器连响3声。

3.4 LCD液晶显示程序设计

根据LCD1602的操作时序，进行初始化操作后，然后以系统想要达到的效果写指令控制光标与显示方式等，最后结合指纹模块程序进行相应显示数据的写入，基于此制定液晶显示模块的程序流程图，如图10所示：

图10 LCD液晶显示模块程序流程图

根据液晶显示模块LCD1602A的手册时序操作图，编写以上写入指令和数据的程序，通过控制其RS端口高低电平，控制系统写入的是数据还是指令。由于本系统使用显示模块只是用于显示系统状态，所以对该模块的读写选择端RW直接在硬件电路中接地，即使其一直处于低电平状态也就是一直处于写入状态。液晶的显示函数是void Print()将字符串数据通过lcd_write()写入模块显示出来[9]。

4 实物验证

如图11所示。其中各元器件分别为：

1、LCD1602A液晶显示模块。2、AT89C51单片机。3、蜂鸣器电路元件。4、继电器电路元件。5、LED灯电路元件。6、R308指纹模块。7、按键电路元件。8、晶振电路元件。9、上电复位电路元件。10、电源电路元件。

在整个系统硬件电路中，8、9、10三个电路为单片机最小系统的电路，完成所有硬件电路的焊接后，就需要进行每一个硬件电路的调试。调试最基本的条件是需要将调试程序下载到单片机内，利用程序控制检查每个元器件。

图11 系统实物图

5 结论

本系统采用了相对简单的元器件进行整体系统设计，主要在于设计其核心控制系统。在显示模块中采用LCD1602A液晶显示模块，对于这种常见的显示模块，使用起来相对容易而且不会出现太大的差错，根据其使用手册进行编写相应程序较为方便。系统软硬件设计并实现后，对系统各个部分进行了实物测试，测试结果表明整个系统的硬件与软件功能达到了预期的需求。系统开发成本低、性能可靠、使用方便，能实现对汽车防盗与报警。

[1] 顾永好.单片机指纹识别系统及其算法设计与实现[J].通讯世界, 2016.

[2] 伍志东,张欢.基于单片机的汽车防盗系统设计[J].集成电路应用, 2020,37(04):60-61.

[3] 宋芳,简力.AT89系列单片机的测试技术[J].计算机与数字工程, 2015.

[4] 陈赞,陈燕,李杨.基于单片机的指纹识别系统设计与优化[J].电子世界,2016.

[5] 蔡兴,蔡久评.基于单片机芯片STC89C52的指纹密码锁系统[J].江西科技师范大学学报,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] 张朝林.汽车门锁系统的设计及开发研究[J].时代汽车,2019(04).

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

[9] 荆轲,李芳.单片机原理及应用:基于KeilC与Proteus[M].北京:机械工业出版社,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，硕士，就读于西华大学汽车与交通学院。

唐岚，硕士，教授，就职于西华大学汽车与交通学院；研究方向：汽车整车及转向系统性能测试等。

西华大学教师师资支持计划（21050018）；西华大学研究生示范课程项目“汽车测试与信号分析示范课程”（QJ1408020004）。