10.16638/jki.1671-7988.2021.03.009
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）
摘要：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。
关键词：汽车；防盗系统；单片机；指纹识别
中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)03-31-04
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 )
Abstract: 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, A T89C51, 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.
Keywords: Automobile; Anti-theft system; Single chip microcomputer; Fingerprint identification
CLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)03-31-04
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，
作者简介：甘令，硕士，就读于西华大学汽车与交通学院。通讯作者：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。基金项目：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）。
汽车实用技术
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
甘令等：基于51单片机的某汽车防盗系统设计
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。
汽车智能防盗系统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。
参考文献
[1] 顾永好.单片机指纹识别系统及（下转第57页）
徐春：一种新型电子控制发电机调节器的研究
14.5V，使其与发电机输出电压进行相减运算比较，然后由调节器Uo端子输出控制输入发电机励磁电流的大小。当发动机转速较低时，输入发电机励磁电流增加，发电机发电输出电压也迅速上升。当发电机转速不断升高时，输入发电机励磁电流减小，发电机发电输出电压下降，反复进行励磁电流上升与下降的调整，使发电机始终保持输出电压在一个恒定的范围内，输出电压的曲线变化也很小，在发
动机转速不断变化的工况下不会影响发电机的正常工作，始终输出可调控的发电电压供给汽车使用。
4 总结
论述中讲到发电机调节器基准电压14.5V电压，这个数值是设定值，需要在后续设计制造实验中不断的进行调整。从理论角度分析这种调节器可以使发电机充分的发挥作用，汽车发动机的油耗降低，汽车用电设备得到较好的保障。这是从理论推导的一个最基本模型，实际电路的设计需要设置和计算很多参数，需要对各个电路及元件进行反复的模拟调试和实验才能最终成型。
参考文献
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技术,2017.
[2] 张秀丽.基于内模控制器的永磁同步发电机并网控制系统研究[J].
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（上接第33页）
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[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,
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[3] 宋芳，简力.A T89系列单片机的测试技术[J].计算机与数字工程,
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[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
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[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
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[9] 荆轲，李芳.单片机原理及应用：基于KeilC与Proteus[M].北京：机
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