指紋識(shí)別藍(lán)牙智能車鎖設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活達(dá)到小康，汽車作為一種代步工具已逐漸被廣泛使用。隨著社會(huì)上汽車的數(shù)量越來越多，汽車的安全問題越發(fā)嚴(yán)重，汽車盜竊案件時(shí)常發(fā)生。汽車門鎖作為防止汽車被竊的第一道屏障，可以說是汽車安全中的重中之重。為了解決汽車門鎖的安全問題，一部分車型上使用了汽車指紋識(shí)別技術(shù)用以提高汽車車門的安全系數(shù)。

然而，目前的汽車指紋識(shí)別系統(tǒng)均裝載在汽車車門上，司機(jī)必須要伸手觸碰車門上的指紋識(shí)別系統(tǒng)才能開鎖。這與已有的遙控開鎖相比并不簡(jiǎn)便，且目前汽車指紋識(shí)別系統(tǒng)大多均只配備在高端車型上，普通車型少有配備，這意味著大多數(shù)汽車門鎖的安全問題依然沒有得到解決。當(dāng)今，包括智能手機(jī)在內(nèi)的眾多電子產(chǎn)品已經(jīng)將指紋識(shí)別作為了一大賣點(diǎn)。因此，將高安全系數(shù)的指紋識(shí)別技術(shù)與能夠在適當(dāng)距離傳輸數(shù)據(jù)的藍(lán)牙技術(shù)相互結(jié)合，已經(jīng)成為汽車車鎖系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

為了解決汽車的門鎖安全問題，本文設(shè)計(jì)了基于指紋識(shí)別的藍(lán)牙車鎖系統(tǒng)。其通過單片機(jī)將藍(lán)牙模塊與指紋識(shí)別模塊相結(jié)合，讓指紋識(shí)別系統(tǒng)可以隨身攜帶，遠(yuǎn)距離使用，提高了系統(tǒng)的便利性。此外，系統(tǒng)采用了指紋解鎖方式，相比傳統(tǒng)解鎖方式更加可靠。同時(shí)，還可以保證鑰匙丟失或被盜后的車鎖不會(huì)被他人打開，安全性能大幅增強(qiáng)。此外，本系統(tǒng)可以在多個(gè)方面進(jìn)行功能擴(kuò)展，以適應(yīng)不同環(huán)境的特點(diǎn)，提供專門的應(yīng)用需求，適用范圍更加廣泛。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，文中設(shè)計(jì)的基于指紋識(shí)別的藍(lán)牙車鎖系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程指紋識(shí)別開啟車門，其在5 m內(nèi)的開鎖正確率高達(dá)97%。

一、指紋識(shí)別藍(lán)牙車鎖設(shè)計(jì)方案

文中提出的基于指紋識(shí)別的藍(lán)牙車鎖電路系統(tǒng)，包括一個(gè)具有指紋解鎖和發(fā)送信號(hào)功能的鑰匙以及一個(gè)具有接收信號(hào)后判斷是否開鎖功能的車鎖。鑰匙部分包括單片機(jī)系統(tǒng)、HC-05藍(lán)牙模塊、fm-608型指紋模塊、12864液晶顯示器、24c02儲(chǔ)存器、鍵盤和供電部分等。車鎖部分包括HC-05藍(lán)牙模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、電磁繼電器、LED指示燈、電磁鎖和供電部分等。系統(tǒng)框圖，如圖1所示。

系統(tǒng)主要分為兩個(gè)功能，即指紋信號(hào)的采集和處理以及驗(yàn)證碼的傳輸與對(duì)比。首先，系統(tǒng)的鑰匙部分通過指紋識(shí)別模塊對(duì)用戶的指紋進(jìn)行采集和對(duì)比。然后，根據(jù)對(duì)比的結(jié)果向單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送不同的信號(hào)。單片機(jī)根據(jù)收到的信號(hào)進(jìn)行下一步的動(dòng)作，若是允許開鎖的信號(hào)，則啟動(dòng)串口通信，利用藍(lán)牙模塊將存儲(chǔ)的校驗(yàn)碼發(fā)送至車鎖部分；若是不允許開鎖的信號(hào)，則串口不工作，不發(fā)送校驗(yàn)碼。同時(shí)，鑰匙部分組合報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警，表示指紋錯(cuò)誤，不能開鎖。若校驗(yàn)碼發(fā)送與接收成功，則車鎖部分將接受到的校驗(yàn)碼與其內(nèi)部存儲(chǔ)的校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，若二者相同則車鎖部分的LED亮起，同時(shí)啟動(dòng)連接的電磁繼電器，電磁鎖上電打開，實(shí)現(xiàn)開鎖功能。經(jīng)一段時(shí)間的延時(shí)后繼電器斷電，電磁鎖斷電關(guān)閉；若兩個(gè)校驗(yàn)碼不同或未接收到校驗(yàn)碼，則車鎖部分的單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)外圍設(shè)備不進(jìn)行任何控制，電磁繼電器不動(dòng)作，始終等待下一個(gè)信號(hào)的到來。

同時(shí)，為防止因手指受傷、手指過臟或因其他一些因素導(dǎo)致的指紋識(shí)別暫時(shí)無法使用的情況，文中獨(dú)立添加了密碼開鎖的功能，利用鍵盤輸入密碼。與指紋開鎖類似，若輸入的密碼與鑰匙內(nèi)已存儲(chǔ)的密碼相同則發(fā)送校驗(yàn)碼，不相同則不發(fā)送，同時(shí)組合報(bào)警系統(tǒng)響起報(bào)警。

二、指紋藍(lán)牙車鎖硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由鑰匙部分和車鎖部分組成。鑰匙部分由FM-608型光學(xué)指紋識(shí)別模塊、24c02存儲(chǔ)芯片、HC-05藍(lán)牙模塊、12864有字庫(kù)液晶、蜂鳴器、5MM紅色LED和單片機(jī)系統(tǒng)組成。本次選用的是STC89C52單片機(jī)，具有生產(chǎn)量大、技術(shù)成熟、價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。由于52系列單片機(jī)只有一個(gè)全雙工通信串口，因此采用一組微動(dòng)開關(guān)將指紋識(shí)別模塊與藍(lán)牙模塊的串口分離開來。

車鎖部分則包括HC-05藍(lán)牙模塊、STC89C52單片機(jī)、5MM紅色LED、電磁繼電器和電磁鎖等部分。由于車鎖端只需要與藍(lán)牙模塊進(jìn)行串口通信，因此車鎖上的單片機(jī)串口無需再使用微動(dòng)開關(guān)，直接與藍(lán)牙模塊相連。

（1）指紋識(shí)別模塊：系統(tǒng)采用了FM-608系列光學(xué)指紋模塊。此款指紋識(shí)別模塊以高性能DSP處理器為核心，由光學(xué)指紋傳感器、Flash芯片等共同構(gòu)成，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）算法優(yōu)良，符合指紋行業(yè)現(xiàn)行最高標(biāo)準(zhǔn)；

2）反應(yīng)靈敏，指紋適應(yīng)性強(qiáng)；

3）可定制自學(xué)習(xí)適應(yīng)功能，根據(jù)使用者的習(xí)慣、氣候等的變化自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，做到更好的匹配；

4）特定綠色LED高亮光源，抗衰老性能優(yōu)越。當(dāng)用戶按住指紋識(shí)別模塊時(shí)，該模塊向單片機(jī)發(fā)送感應(yīng)信號(hào)，收到信號(hào)后單片機(jī)系統(tǒng)向指紋識(shí)別模塊發(fā)送指令開始采集用戶的指紋。然后進(jìn)行圖像處理，并根據(jù)DSP中的算法提取指紋特征信息，與已存儲(chǔ)的指紋信息進(jìn)行比對(duì)，再根據(jù)對(duì)比的結(jié)果向單片機(jī)系統(tǒng)發(fā)送不同的信號(hào)。單片機(jī)系統(tǒng)則根據(jù)接收到的不同信號(hào)選擇進(jìn)行下一步的動(dòng)作。指紋識(shí)別模塊同時(shí)肩負(fù)了錄入用戶指紋和刪除用戶指紋的功能。

（2）光與聲音的組合報(bào)警系統(tǒng)：當(dāng)指紋識(shí)別模塊經(jīng)過查詢與對(duì)比后發(fā)現(xiàn)指紋不正確時(shí)，系統(tǒng)處理判定指紋錯(cuò)誤，組合報(bào)警系統(tǒng)在鑰匙上啟動(dòng)。此時(shí)，LED燈長(zhǎng)滅，蜂鳴器啟動(dòng)，發(fā)出刺耳的聲音，表示指紋錯(cuò)誤。此用戶無開鎖權(quán)利，只有按下復(fù)位鍵才能恢復(fù)到系統(tǒng)初始狀態(tài)。若指紋正確，則組合報(bào)警系統(tǒng)不啟動(dòng)，LED燈亮起，蜂鳴器不啟動(dòng)，經(jīng)過短暫的延時(shí)后鑰匙將驗(yàn)證碼發(fā)送至車鎖，車鎖驗(yàn)證無誤后開鎖。在手指受傷等無法使用指紋開鎖而需要使用密碼開鎖時(shí)，密碼錯(cuò)誤則組合報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)，LED燈長(zhǎng)滅，蜂鳴器啟動(dòng)；密碼正確時(shí)組合報(bào)警系統(tǒng)不啟動(dòng)，LED燈亮起，蜂鳴器不啟動(dòng)，其工作過程與使用指紋開鎖時(shí)相同。

（3）藍(lán)牙無線傳輸系統(tǒng)：HC-05型藍(lán)牙模塊是目前應(yīng)用范圍最廣，技術(shù)成熟，且價(jià)格低廉的藍(lán)牙模塊。通過以下的設(shè)定，可以實(shí)現(xiàn)特定的兩塊藍(lán)牙模塊之間的信號(hào)傳輸與加密：利用上位機(jī)對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行初始化時(shí)，首先設(shè)定兩塊藍(lán)牙模塊的主從角色；然后將兩塊藍(lán)牙模塊的地址進(jìn)行綁定，讓其只嘗試與對(duì)方而不與其他的藍(lán)牙模塊配對(duì)連接；最后設(shè)置連接密碼和查詢?cè)L問碼，達(dá)到對(duì)傳輸信號(hào)的加密。利用藍(lán)牙模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加密不僅方法簡(jiǎn)單，且具有較高的可靠性。

三、藍(lán)牙指紋車鎖軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括鑰匙和車鎖共兩部分程序。鑰匙部分程序流程圖，如圖5所示。

鑰匙部分啟動(dòng)后，先進(jìn)行初始化操作并判斷鑰匙是否與車鎖連接成功。若不成功，則繼續(xù)返回創(chuàng)建連接；若成功，則判斷是否有指紋。若有指紋輸入，則進(jìn)行指紋匹配，當(dāng)指紋匹配成功時(shí)，發(fā)送開鎖信號(hào)；若匹配不成功，則返回繼續(xù)采集指紋。當(dāng)指紋輸入次數(shù)達(dá)到上限時(shí)，斷電退出。

車鎖部分程序流程圖，如圖6所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)行初始化操作，并判斷車鎖是否連接鑰匙。若連接成功，則接收校驗(yàn)碼并與車鎖系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)的校驗(yàn)碼進(jìn)行匹配。若匹配成功，則開鎖；若匹配不成功，則繼續(xù)接收校驗(yàn)碼。

總結(jié)

目前，隨著社會(huì)上汽車數(shù)量的增多，其帶來的汽車安全問題也日益顯著。指紋識(shí)別作為一種人體識(shí)別技術(shù)，其能夠在一定程度上增大汽車車門的防盜能力，然而市面上指紋識(shí)別的汽車車鎖較少，且均是固定在汽車本身，并沒有可以遙控使用的指紋識(shí)別車鎖系統(tǒng)。為此，本文通過單片機(jī)將藍(lán)牙模塊與指紋識(shí)別模塊結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了基于指紋識(shí)別的藍(lán)牙車鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得指紋識(shí)別系統(tǒng)可以隨身攜帶，遠(yuǎn)距離使用，提高了系統(tǒng)的便利性。此外，系統(tǒng)采用了指紋解鎖方式，相比傳統(tǒng)解鎖方式更加可靠，同時(shí)還可以保證鑰匙丟失或被盜后的車鎖不會(huì)被他人打開，安全性能大幅增強(qiáng)。通過多次試驗(yàn)可知，本文設(shè)計(jì)的基于指紋識(shí)別的藍(lán)牙車鎖系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程指紋識(shí)別開啟車門，其在5 m內(nèi)的開鎖正確率高達(dá)97%。

該車鎖系統(tǒng)成本低、安全系數(shù)高，使用方便并具備自動(dòng)報(bào)警功能等優(yōu)勢(shì)，是可以為目前和未來人們使用汽車帶來更多的便利的一款小型安全設(shè)備。

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