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，并結合GSM無線通信網絡實現了遠程報警。 結合FPS200 和TMS320VC5402 芯片的特性，介紹了系統硬件核心和指紋采集電路, 并給出系統硬件設計方案以及軟件設計流程。實驗結果表明,該系統性能穩定、實用性強,有效地提高了汽車防盜報警系統的可靠性。
關鍵詞： 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。雖然大多數汽車都裝有防盜報警系統，但汽車盜竊案還是呈上升趨勢，這說明現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行認證，具有極高的安全性和易用性[1]。本文將指紋識別技術應用于汽車防盜系統中，并結合GSM無線通信網絡，實現遠程報警，有效地保障了汽車的安全。
1 系統工作原理
該系統首先通過指紋圖像采集器采集用戶指紋圖像，并將其轉換為二進制數據輸出。微處理器是系統的核心，它對輸入的指紋圖像數據進行預處理、后處理和特征提取，并將得到的指紋特征數據存入指紋庫或與已有的指紋模板進行匹配識別，然后發出控制信號。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，對汽車斷油斷電，同時利用GSM無線通信網絡以短信或電話方式通知車主。系統工作原理如圖1所示。
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2 系統硬件設計與實現
本系統硬件電路主要包括: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。系統硬件結構框圖如圖2所示。
2.1 DSP的選擇及存儲空間的設計
本設計選用TI公司推出的高性能數字信號處理器TMS320VC5402作為系統的核心處理器。TMS320VC5402具有很高的性價比, 可以訪問1 MB的程序空間和64 KB的數據空間。內部自帶16 KB雙尋址RAM,可以在1個指令周期內完成2次讀操作或1次讀和1次寫操作[2]。鎖相環電路則可提供高達100 MHz的工作頻率, 從而使TMS320VC5402完全有能力在較短的時間內完成指紋的識別操作。
由于指紋圖像具有數據量大的特點, 因此程序的設計不可避免地需要較大的存儲空間。系統中所采集到的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可尋址的數據空間范圍總共只有64 KB。因此，本系統對存儲資源進行了合理的分配管理。系統外部存儲器包括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據則存放于片外的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行尋址, 并可直接對1 MB空間進行尋址。本系統只需512 KB的尋址空間, 所以只需使用其中19根地址線。設計時可利用高位地址A19來區分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。為了對存儲器進行統一的邏輯控制, 本系統選用美國Altera公司的MAX3000系列EPM3128ATC100-10 CPLD芯片完成片選、中斷、復位、讀寫使能等功能。
2.2 指紋采集電路的設計
圖像采集電路是整個系統中極其重要的部分, 高質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, 提高整個系統的性能。
系統采用美國Veridicom公司的FPS200指紋傳感器獲取指紋圖像。FPS200是電容式固態指紋傳感器，采用CMOS技術，獲取的圖像為256×300像素,分辨率高達500 dpi。該傳感器提供3種接口方式：標準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位數據線由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數據準備好，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無線通信模塊的設計
本設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連機通信, 安全、可靠地實現系統方案中的數據、語音傳輸、短消息服務和傳真。其中, 由于短消息具有實現簡單、通信成本低、保密性好、直接面向用戶手機且不受地域限制等特點, 是目前利用最為廣泛的通信方式。當有警情發生時, 手機會自動收到報警短信, 這樣便可實時、可靠、快捷地實現遠程報警[4]。
3 系統軟件設計
3.1 系統主程序流程
系統主程序流程圖如圖4所示。系統上電初始化后檢測設備的狀態，由于FPS200具有手指自動檢測功能，在系統自檢成功后，系統進入低功耗待機狀態。當傳感器感應到手指時，喚醒DSP進入指紋圖像采集階段，在該階段TMS320VC5402 處于空閑狀態，CPLD占用數據總線, 將數據直接存儲到圖像RAM中。采集完1幀指紋圖像后由CPLD通知DSP進入指紋匹配階段。在該階段，TMS320VC5402先將圖像RAM中的數據分塊送到用戶ROM中, 然后對圖像進行預處理、特征點提取、指紋比對等運算。最后根據匹配結果發出控制信號。
3.2 圖像采集
FPS200芯片由256列和300行電容陣列組成, 芯片內設計有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,簡化了系統的接口設計。本系統利用指紋識別技術驗證車主身份，并結合GSM網絡實現了遠程報警，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
[1] ?陳歲生,盧建剛.基于指紋識別的存取柜系統設計[J].現代制造工程，2008(5):118-120.
[2] ?鄒彥.DSP原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2006.
[3] ?謝鍵陽,李鐵才.指紋識別系統的設計與實現[J].微計算機信息，2006,9(2):156-157.
[4] ?袁佑新,黃曉研.基于GSM的汽車防盜報警系統設計[J].中國水運,2007(5):142-143.
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