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基于GPS和GSM技术的汽车实时生物识别系统
摘要
在当今世界，科技日新月异，科学研究人员正呈现新的发现时代，对安全的需求也在各个领域不断增加。目前，车辆的使用是每个人的基本需要。同时，保护车辆防盗也非常重要。传统的车辆安全系统依赖于多种传感器，成本也很高。当车辆被盗时，无法再作出反应或采取其他办法帮助车主找到车辆。本文的主要目的是保护车辆不受任何非法进入，采用快速、易用、清晰、可靠、经济的指纹识别技术。此车辆安全系统使用全球移动系统（GSM）通信技术将车辆状态告知权威人士（车主）。如果此人获得认证，则允许车辆进入。否则，将向车主发送短信，发动机将被锁定。安全系统的原型模型是在嵌入式平台上用PIC单片机建立的，它控制了所有的过程，成本也很低。在更高端的盗窃企图，如切断电池电源，对车辆的保护是由嵌入在微控制器上的发动机控制单元（ECU）提供的。利用GPS技术，可以很容易地识别出车辆。因此，系统在两个级别上都提供安全性，即是否提供电池电源。
关键词：单片机；注意(AT)命令；全球移动系统(GSM)；发动机控制单元；全球定位系统(GPS)；防盗机制
1、介绍
在这个新时代，汽车盗窃案在全球以惊人的速度增长。大多数车辆都有许多防盗系统。人们可能会遇到寻呼机，火警，迟到。 圣代门和窗户，安全摄像头和个人安全产品。但是，所有这些市面上可用的产品价格都很高。因此，本文给出了一种无声的设计与开发方法。 采用微控制器的无成本、低成本的车辆盗窃控制方案.它还包括用于通信目的GSM和GPS技术。车辆保护有限的原因如下：
1、由于距离(距离)较远，警笛无法听到。
2、大多数汽车都有类似的声音。
3、从物理上讲，一旦有人试图偷盗，警报器就会被禁用。
4、在拥挤的地区，警报声可以减轻。
本文对现有的方案和提出的结构设计方案进行了探讨，详细描述了各个模块及其相应的工作方法。整个安全系统的概念是 作为系统原型模型实现。表一显示了各国车辆被盗情况的最新统计数字：
表1.偷车报告[1]
国家 车辆盗窃案 年份
|
意大利 |
196,589 |
2012 |
|
|
法国 |
178,200 |
2012 |
|
|
美国 |
721,053 |
2012 |
|
|
巴西 |
185,288 |
2013 |
|
|
印度 |
147,475 |
2012 |
|
|
埃及 |
117,988 |
2011 |
|
|
大不列颠 |
179,829 |
2011 |
2、现有安全技术
几十年来，各种防盗系统得到了发展。发动机控制单元（ECU）连接到车辆总线内的信息安全电路板和传感器。该车与其他车辆、路边交通和移动电话通过无线接口进行通信。该系统的缺点是数据的及时性和网络的延迟，使得车辆通信安全可靠[2]。
其他系统包括一个专门用于车辆发动机防盗系统的部件。如果组件发现自己被非法移动到另一辆车上，它将无法启用设备的功能[3]。这个系统的消极方面是它需要一个安全的处理器和智能卡芯片来存储在组标识号中。
高度发展的系统使用全球定位系统（GPS）来跟踪车辆的位置及其现有位置。GPS采用全球导航卫星系统。利用谷歌地球可以直观地看到GPS系统提供的顺序位置。使用GPS的主要困难在于，如果对天空的视野受到严重限制，信号会退化，接收系统也无法提供定位。降雨、雾和降雪等其他因素也会使其倾斜[4]。
射频识别（RFID）用于智能计算机防盗系统（ICA），RFID卡用于提供安全的访问。这里的限制是无钥匙RFID卡很容易被盗。此外，钥匙与金属物体接触时可能发生故障[5]。
一些系统使用自动警察机制，这是一种视频监控解决方案，可以安装到车辆。摄像头将持续监控相应车辆内的操作[6]。主要缺点是，当系统内部和周围的照明条件发生变化时，摄像头无法准确检测到。
3、系统简介
车辆安全系统具有以下模块。指纹识别技术、嵌入式主板及各种组件和人机通信模块。
3.1指纹识别系统
生物特征识别是利用人类自身独特的特征进行识别的方法。有各种生物特征模式，包括脸、虹膜、指纹、DNA、视网膜、掌纹、耳朵、声音、签名、手形、打字节奏和步态。但目前还没有一种生物识别技术被证明是完全可靠或安全的。为了说明这一点，掌纹通常会磨损；声音、签名、手形和虹膜图像很容易伪造；由于各种照明条件和面部抬举，面部识别将导致精度较差。此外，虹膜和人脸识别容易受到欺骗攻击[7]。
指纹生物识别技术是一种在安全性和可靠性方面用于个人检测的天才生物识别模式。很难伪造或偷窃。它被全世界接受。使用基于光学、热学和超声波方法的活体指纹阅读器。
两种常用的指纹匹配技术是基于细节点的匹配和模式匹配。在模式匹配技术中，只比较两幅图像之间的相似性。细节匹配依赖于细节点，即每个点的位置和方向[12]。指纹识别系统主要包括图像采集模块、特征提取模块和模式匹配模块。这些模块的表示如图1所示。
图1、生物识别系统的工作
所使用的指纹识别系统是基于超声波传感器的，避免了假认证。光学传感器只捕捉扫描仪表面的图像，因此可以 容易被愚弄[15]然而，超声传感器从皮肤的表皮层捕捉细节，是有效的活性检测[13]。该系统预期FRR非常低(误) 拒绝率分别为0.1%和0.01%。
3.2 嵌入式系统的开发
安全系统机制包含两种方法：第一，如果电池电源打开，系统处于活动状态。当未经授权的人试图打开车辆时，警报信息将发送到系统中的已验证用户，车辆将移动到关闭状态。在第二种模式下，当在盗窃过程中切断了电池电源，授权人员可以通过GPS和嵌入在微控制器中的ECU进行身份验证和访问。
本系统的主要组成部分（脑）是PIC（外设接口控制器）微控制器。它分别负责所有的监控和产生输入和输出。系统的输出将显示在液晶屏上，显示短信到达状态、配置等信息，通过编程和液晶屏接口设计，得到合适的液晶显示。总共将向用户提供三次测试，如果扫描匹配，将向所有者提供访问权限。否则，如果入侵者进入系统，三次试验失败，则警报信息将发送至车主的车辆。当使用GSM技术接收到业主的短信息时，警报系统将被激活。当所有者位置出现网络错误时，第二条报警信息可能会发送到附近的派出所。
串行通信由RS232电缆提供。它将编程接口到原型模型。微控制器与GSM之间的接口是通过通用异步收发器（UART）通信实现的，该通信协议是串行通信协议[8]。整个系统使用图2中的流程图表示。
图2、系统的总体代表性
嵌入式单元由发动机控制单元(ECU)组成。ECU确定点火时刻，监视发动机和其他参数，这些参数收集来自传感器Devic的信号信息。 埃斯。所有的外围设备都连接到ECU上，ECU作为系统的一个大脑。
3.3 人机通信模块
人机通信代表着全球移动系统（GSM），在用户和系统之间起着中介作用。GSM是全球公认的数字蜂窝通信标准。GSM调制解调器最常用于提供移动互联网连接，许多用于发送和接收短消息服务（SMS）。在业主的手机和单片机（微控制器单元）由GSM（全球移动系统）模块组成。它类似于拨号调制解调器。它们之间的主要区别在于拨号调制解调器的数据传输和接收是通过固定电话线进行的，而无线调制解调器使用无线电波。pic使用at（attention）命令控制调制解调器[9]。GSM调制解调器维护一套标准AT命令。AT命令的功能如下：
1、读取、写入和删除SMS消息。
2、发送短信。
3、监控信号强度。
4、监控电池的充电状态和充电水平。
5、阅读、书写和搜索电话簿条目
4、系统设计
一种防盗车辆系统包括以下组件.本节将介绍硬件和软件设计：
4.1 硬件设计
详细的硬件组成如图3所示:
微控制器
单片机是安全系统的大脑。微控制器输入程序，其中包含控制车辆电机所需的逻辑。暗示的微控制器是PIC 16F8。 77a(外围接口控制器)PIC架构的特点如下：
a.除具有von neumann架构的pic32以外的设备的单独代码和数据空间（哈佛架构）。
b.少量定长指令。
c.大多数指令都是单周期执行（2个时钟周期），在分支和跳跃上有一个延迟周期。
d.一个累加器（w0），其使用（作为源操作数）是隐含的（即不在操作码中编码）。
e.所有RAM位置作为寄存器，同时作为数学和其他功能的源和/或目标。
F.用于存储返回地址的硬件堆栈。
g.相当小的可寻址数据空间（通常为256字节），通过银行业务扩展。
h.数据空间映射的CPU、端口和外围寄存器，程序计数器也映射到数据空间并可写（用于实现间接跳转）。
发动机
原型模型使用直流电机。直流电动机是使用直流电源的电动机的一部分。作为能源。这些装置将电能转化为机械能。直流电动机的基本原理与一般电动机相同，转子与定子之间的磁相互作用产生旋转，电动机通过电动机驱动器与单片机的接口相连。
ULN驱动程序
ULN2803是一种集成电路（IC）芯片，具有高电压/高电流达林顿晶体管阵列。它允许将TTL信号与更高的电压/电流负载进行接口[14]。芯片接收低电平信号（TLL、CMOS、PMOS、NMOS——在低电压和低电流下工作），并充当各种类型的继电器，打开或关闭另一侧的高电平信号。ULN驱动程序功能:
a.TTL、DTL、PMOS或CMOS兼容输入
b.输出电流至500 mA
c.输出电压至95 V
d.瞬态保护输出
e.双列直插式包装或宽体小外形包装
液晶显示器
LCD表示点阵和分段显示中数字和字母数字字符的显示。LCD需要3条控制线和8条I/O线作为数据总线。
表2.LCD插脚说明:
引脚号 象征 描述
|
1 |
Vss |
模块接地终端 |
|
|
2 |
Vdd |
模块供电终端 |
|
|
3 |
Vo |
液晶驱动电源 |
|
|
4 |
RS |
寄存器选择 |
|
|
5 |
RW |
读写[R/W] |
|
|
6 |
EN |
使能端 |
|
|
7-14 |
DB0-DB7 |
双向数据总线 |
|
|
15 |
LAMP (L ) |
LED或EL灯电源端子 |
|
|
16 |
LAMP (L-) |
使能端 |
继电器
继电器是一个电磁开关。当继电器启动时，它关闭点火回路并启动发动机。当继电器断开时，它打开点火回路并停止发动机。步进电机与复制汽车发动机的继电器相连，以验证系统的工作状态。
指纹扫描仪
指纹生物识别技术是一种高效、安全、经济、易于使用的用户认证技术。由于知识产权保护和商业利益，它被用于汽车领域提供安全和防盗保护[11]。指纹扫描仪的表示如表4所示：
表3。指纹扫描仪功能:
特征 叙述
电源 DC : 3.6v -6.0v
界面 UART (TTL logical level)/ USB 1.1
工作电流 100mA- 150mA
匹配模式 1:1 and 1: N
图像采集时间 lt;0.5s
模板尺寸 512 bytes
错误接受率（FAR） lt;0.001%
误拒率 lt;0.1%
搜索时间 lt;0.4s
蜂鸣器
蜂鸣器或蜂鸣器是一种信号装置，通常是电子的，通常用于汽
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