摘 要: 針對指紋的唯一性和終身不變性的特點,提出了一種基于FPS200指紋傳感器和TMS320VC5402 DSP 芯片的汽車防盜報警系統(tǒng),并結(jié)合GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程報警。 結(jié)合FPS200 和TMS320VC5402 芯片的特性,介紹了系統(tǒng)硬件核心和指紋采集電路, 并給出系統(tǒng)硬件設(shè)計方案以及軟件設(shè)計流程。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、實用性強(qiáng),有效地提高了汽車防盜報警系統(tǒng)的可靠性。
關(guān)鍵詞: 指紋識別; DSP; GSM; 汽車防盜報警; FPS200
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隨著人們生活水平的提高,許多家庭有了私家車。在給人們帶來方便之余,汽車的安全問題越來越受到人們的重視。雖然大多數(shù)汽車都裝有防盜報警系統(tǒng),但汽車盜竊案還是呈上升趨勢,這說明現(xiàn)有的汽車防盜裝置的防盜手段并不可靠。指紋識別是生物特征識別的一種,它利用指紋特征的唯一性和終身不變性對個人身份進(jìn)行認(rèn)證,具有極高的安全性和易用性[1]。本文將指紋識別技術(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),實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警,有效地保障了汽車的安全。
1 系統(tǒng)工作原理
該系統(tǒng)首先通過指紋圖像采集器采集用戶指紋圖像,并將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出。微處理器是系統(tǒng)的核心,它對輸入的指紋圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、后處理和特征提取,并將得到的指紋特征數(shù)據(jù)存入指紋庫或與已有的指紋模板進(jìn)行匹配識別,然后發(fā)出控制信號。若匹配正確,則解除汽車防盜報警,汽車點火啟動;若匹配出錯,則啟動報警系統(tǒng),對汽車斷油斷電,同時利用GSM無線通信網(wǎng)絡(luò)以短信或電話方式通知車主。系統(tǒng)工作原理如圖1所示。
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2 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)
本系統(tǒng)硬件電路主要包括:DSP、CPLD、FPS200指紋傳感器、SRAM、Flash、GSM無線通信模塊、本地防盜報警電路、電源電路以及顯示和鍵盤電路。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
2.1 DSP的選擇及存儲空間的設(shè)計
本設(shè)計選用TI公司推出的高性能數(shù)字信號處理器TMS320VC5402作為系統(tǒng)的核心處理器。TMS320VC5402具有很高的性價比, 可以訪問1 MB的程序空間和64 KB的數(shù)據(jù)空間。內(nèi)部自帶16 KB雙尋址RAM,可以在1個指令周期內(nèi)完成2次讀操作或1次讀和1次寫操作[2]。鎖相環(huán)電路則可提供高達(dá)100 MHz的工作頻率, 從而使TMS320VC5402完全有能力在較短的時間內(nèi)完成指紋的識別操作。
由于指紋圖像具有數(shù)據(jù)量大的特點, 因此程序的設(shè)計不可避免地需要較大的存儲空間。系統(tǒng)中所采集到的8 bit灰度圖像大小為300×256, 則存儲1幅圖像就需要75 KB的空間, 而TMS320VC5402可尋址的數(shù)據(jù)空間范圍總共只有64 KB。因此,本系統(tǒng)對存儲資源進(jìn)行了合理的分配管理。系統(tǒng)外部存儲器包括256 KB的Flash和256 KB的SRAM。程序代碼放在Flash中,算法運行過程中的臨時指紋圖像數(shù)據(jù)則存放于片外的SRAM, 最后的指紋特征模板則存儲于Flash EEPROM中。TMS320VC-5402有20根地址線可以用來對程序空間進(jìn)行尋址, 并可直接對1 MB空間進(jìn)行尋址。本系統(tǒng)只需512 KB的尋址空間, 所以只需使用其中19根地址線。設(shè)計時可利用高位地址A19來區(qū)分Flash和SRAM, 可將DSP地址線中低15位直接與Flash中的A0~A14相連, 高3位地址通過CPLD來控制尋址。為了對存儲器進(jìn)行統(tǒng)一的邏輯控制, 本系統(tǒng)選用美國Altera公司的MAX3000系列EPM3128ATC100-10 CPLD芯片完成片選、中斷、復(fù)位、讀寫使能等功能。
2.2 指紋采集電路的設(shè)計
圖像采集電路是整個系統(tǒng)中極其重要的部分, 高質(zhì)量指紋圖像的采集可大大地降低在鑒定指紋時的誤識率和拒識率, 提高整個系統(tǒng)的性能。
系統(tǒng)采用美國Veridicom公司的FPS200指紋傳感器獲取指紋圖像。FPS200是電容式固態(tài)指紋傳感器,采用CMOS技術(shù),獲取的圖像為256×300像素,分辨率高達(dá)500 dpi。該傳感器提供3種接口方式:標(biāo)準(zhǔn)8位微處理器總線接口、集成USB全速接口、集成SPI接口。圖像傳輸速度分別為30 S/s、13 S/s、10 S/s。本系統(tǒng)采用傳感器的微處理器總線模式與DSP連接以獲取整幅圖像[3]。傳感器的8位數(shù)據(jù)線由CPLD將指紋圖像直接存到SRAM中,并在采集完1幅圖像后通知DSP數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好,其邏輯控制部分也接入CPLD由其控制。指紋采集部分的硬件電路示意圖如圖3所示。
2.3 GSM無線通信模塊的設(shè)計
本設(shè)計采用西門子公司推出的新一代無線通信GSM模塊TC35。該模塊的工作電壓為3.3 V~5.5 V, 可以工作在900 MHz/1 800 MHz 2個頻段, 自帶RS232通信接口, 可以方便地與DSP連機(jī)通信, 安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)和傳真。其中, 由于短消息具有實現(xiàn)簡單、通信成本低、保密性好、直接面向用戶手機(jī)且不受地域限制等特點, 是目前利用最為廣泛的通信方式。當(dāng)有警情發(fā)生時, 手機(jī)會自動收到報警短信, 這樣便可實時、可靠、快捷地實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警[4]。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3.1 系統(tǒng)主程序流程
系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。系統(tǒng)上電初始化后檢測設(shè)備的狀態(tài),由于FPS200具有手指自動檢測功能,在系統(tǒng)自檢成功后,系統(tǒng)進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)傳感器感應(yīng)到手指時,喚醒DSP進(jìn)入指紋圖像采集階段,在該階段TMS320VC5402 處于空閑狀態(tài),CPLD占用數(shù)據(jù)總線, 將數(shù)據(jù)直接存儲到圖像RAM中。采集完1幀指紋圖像后由CPLD通知DSP進(jìn)入指紋匹配階段。在該階段,TMS320VC5402先將圖像RAM中的數(shù)據(jù)分塊送到用戶ROM中, 然后對圖像進(jìn)行預(yù)處理、特征點提取、指紋比對等運算。最后根據(jù)匹配結(jié)果發(fā)出控制信號。
3.2 圖像采集
FPS200芯片由256列和300行電容陣列組成, 芯片內(nèi)設(shè)計有2個采樣保持電路用于指紋圖像的采集。整個圖像采集流程圖如圖5所示。
本文從指紋識別的可靠性及速度上考慮,在防盜報警系統(tǒng)中,采用TMS320VC5402芯片作為主控制器,充分利用其高速的運算處理能力,簡化了系統(tǒng)的接口設(shè)計。本系統(tǒng)利用指紋識別技術(shù)驗證車主身份,并結(jié)合GSM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了遠(yuǎn)程報警,從而大大提高了汽車的安全性,同時也提高了汽車防盜的智能化水平。
參考文獻(xiàn)
[1] ?陳歲生,盧建剛.基于指紋識別的存取柜系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代制造工程,2008(5):118-120.
[2] ?鄒彥.DSP原理及應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.
[3] ?謝鍵陽,李鐵才.指紋識別系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].微計算機(jī)信息,2006,9(2):156-157.
[4] ?袁佑新,黃曉研.基于GSM的汽車防盜報警系統(tǒng)設(shè)計[J].中國水運,2007(5):142-143.
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