基于GSM家庭小汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的研究

摘要：現(xiàn)如今，人們對(duì)物質(zhì)生活的不斷追求，小汽車已逐步走進(jìn)家庭，成為很受歡迎的代步工具。但是由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車偷盜技術(shù)也越來越高，令人們防不勝防，汽車防盜無論是對(duì)汽車制造商還是社會(huì)保險(xiǎn)業(yè)都具有極其重要的研究價(jià)值，針對(duì)市場上流行的普通的防盜報(bào)警器產(chǎn)品大多數(shù)存在防盜功能單一、可靠性低、缺乏跟蹤監(jiān)控功能等缺點(diǎn)，文中設(shè)計(jì)了一種基于GSM通訊平臺(tái)和GPS衛(wèi)星定位的汽車防盜系統(tǒng)，通過嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，利用GSM短消息的無線通信協(xié)議，構(gòu)建了一個(gè)在車主、監(jiān)控中心和汽車之間的通信的交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了汽車導(dǎo)航與防盜功能的結(jié)合。
關(guān)鍵詞：GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng))；汽車防盜系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)；通信協(xié)議

針對(duì)目前世界范圍內(nèi)汽車盜竊案的上升趨勢，各汽車廠家都在不斷地改進(jìn)防盜技術(shù)，尤其是隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，汽車防盜技術(shù)己向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。汽車防盜器按其結(jié)構(gòu)和功能大致分為4類：機(jī)械式，電子式，芯片式和網(wǎng)絡(luò)式。其中，機(jī)械鎖是最傳統(tǒng)的防盜裝置，一般不單獨(dú)使用；電子式防盜系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種裝置；而芯片式數(shù)碼防盜器和網(wǎng)式防盜系統(tǒng)是汽車防盜系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文根據(jù)汽車防盜系統(tǒng)所涉及基本原理，系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理中用的GSM短信息協(xié)議，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，包括系統(tǒng)電源電路、微控制器MSP430F149、GSM無線模塊、TC35、GPS接收模塊以及外圍的檢測控制電路。本系統(tǒng)相對(duì)與市面上其它類型的防盜報(bào)警系統(tǒng)優(yōu)勢在于，可以將部分已經(jīng)安裝在車主汽車上的普通電子式防盜器改裝成網(wǎng)絡(luò)式汽車防盜系統(tǒng)，從而大大降低用戶費(fèi)用投入，提升產(chǎn)品的性價(jià)比。

1 防盜系統(tǒng)的工作原理
汽車防盜系統(tǒng)是一個(gè)綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、GPs技術(shù)㈣、GSM無線通信技術(shù)的平臺(tái)。系統(tǒng)采用移動(dòng)電話網(wǎng)做為通信媒體．利用GPs定位技術(shù)及電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等手段，對(duì)被監(jiān)控的車輛進(jìn)行全方位的監(jiān)控和跟蹤，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心。車載終端檢測車輛的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)車輛出現(xiàn)異常，向監(jiān)控中心和用戶發(fā)出報(bào)警信息同時(shí)．也接收來自監(jiān)控中心和用戶的命令，并解析命令執(zhí)行相應(yīng)操作。該防盜系統(tǒng)主要由車載終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。系統(tǒng)的組成原理如圖l所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
基于GSM的汽車防盜系統(tǒng)主要由：車載終端(微控制器，GPs模塊，GSM模塊、傳感電路)、傳輸網(wǎng)絡(luò)(GSM網(wǎng)絡(luò))、監(jiān)控中心、用戶手機(jī)組成。在對(duì)系統(tǒng)的通信平臺(tái)、定位技術(shù)、功能和性能要求分析的基礎(chǔ)上，提出系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。圖2表示了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。

硬件的主要技術(shù)指標(biāo)包括：
1)需要2個(gè)UART串口。
2)由于程序較為復(fù)雜，需要支持在線仿真。
3)GPS定位時(shí)要求定位精度10 m以內(nèi)。
4)要求單片機(jī)處理速度較高。
5)由于整個(gè)系統(tǒng)從汽車電瓶取電，要求系統(tǒng)功耗較低。
6)采用信號(hào)燈反映系統(tǒng)狀態(tài)，需要電源指示燈，GSM搜網(wǎng)指示燈和GPS定位指示燈。
2．1 MSP430單片機(jī)簡介
設(shè)計(jì)中所選用的控制核心為MSP430F149單片機(jī)是TI公司推出的MSP430系列單片機(jī)中的一種，該系列單片機(jī)具有16位RISC結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到很高的代碼效率，除此之外，MSP430系列單片機(jī)還具有以下的顯著特點(diǎn)：
1)低電壓、低功耗，在穩(wěn)定的工作在1．8～3．6 V之間，在系統(tǒng)時(shí)鐘頻率較低的情況下，其消耗電流能降低到400 μA以下。
2)強(qiáng)大的處理能力。MSP430系列單片機(jī)具有16位RISC結(jié)構(gòu)，簡潔的內(nèi)核指令系統(tǒng)，當(dāng)工作在8 MHz系統(tǒng)時(shí)鐘下時(shí)，指令周期為125 μs。
3)穩(wěn)定的工作性能。MSP430單片機(jī)中，內(nèi)置看門狗，同時(shí)系統(tǒng)能夠在多個(gè)時(shí)鐘源之間切換，保證系統(tǒng)正常工作。
4)豐富的片內(nèi)資源。MSP430系列內(nèi)置了豐富的片內(nèi)資源模塊，主要包括看門狗(WDT)、定時(shí)器A(Timer A)、定時(shí)器B(Timer B)、比較器、串口0、串口1，硬件乘法器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、基本I／O口、基本定時(shí)器等。
5)工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。MSP430系列單片機(jī)都是工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，具有-40度到+85度的工作溫度范圍，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力。MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2．2 GSM模塊TC35
TC35是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Messa ge Service)和傳真，TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成，如圖4所示。

2．3 GPS接收機(jī)
作為GPS用戶主要部件的GPS接收機(jī)，用來接收處理GPS衛(wèi)星送來的衛(wèi)星位置信息。接收機(jī)由主機(jī)天線、運(yùn)算單元、輸出通道等部分組成。主機(jī)的核心是由低噪放大器、信道電路、中央處理器、存儲(chǔ)器等組成。在軟件的操作下，接收機(jī)將衛(wèi)星信息接收、采集、放大、識(shí)別、存儲(chǔ)、處理，并輸出有用的定位信息、速度信息和時(shí)間信。在GPS接收機(jī)的二次開發(fā)過程中，采用了TARMIN GPS25-LVC接收機(jī)。如圖5所示為
該接收機(jī)的原理示意圖。

3 各模塊電路設(shè)計(jì)
3．1 系統(tǒng)電源
高品質(zhì)的電源是硬件性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。穩(wěn)定的輸出電壓、較大的輸出電流、較小的溫度漂移和發(fā)熱量是衡量電源品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，如何設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的電源系統(tǒng)，是整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。由于本系統(tǒng)需要采用汽車電瓶供電，要求輸入電壓為12 V左右，輸出電壓有3種：TC35需要供電電壓3．3～5．5 V，這里我們選擇3．5 V；MSP430F149需要供電電壓3．3 V；其他器件需要的5 V供電電壓；各模塊主要消耗電流情況：GPS25LP-LVC輸入電流為典型值為140 mA，TC35空閑時(shí)輸入電流很小，但當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)峰值電流可達(dá)2 A；其他電路功耗較小，大概為幾十毫安。圖6為系統(tǒng)的電源電路。

3．2 TC35模塊接口電路設(shè)計(jì)
TC35模塊主要通過兩線(TXD，RXD)與單片機(jī)的串口進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)TC35模塊的控制。下圖7為TC35模塊的接口設(shè)計(jì)。

3．3 GPS25LP-LVC的電路
GPS25LP-LVC只需通過一個(gè)12針的引腳和系統(tǒng)相連，TXD1和RXD1為GPS25LP-LVC的通訊端口，為5 V的邏輯電平，可以直接與MSP430F149的串口0相連；引腳10為GPS25LP-LVC的供電電源，為了保證其工作穩(wěn)定性，存引腳10與引腳8之間可加一個(gè)10MF的保持電容。如圖8所示。

3．4 單片機(jī)處理電路
單片機(jī)電路作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制部分，主要是完成與TC35和GPS25LP-LVC模塊的通信。MSP430F149與TC35之間采用串口1進(jìn)行通信，與GPS25LP-LVC采用串口0通信。由于它們都是CMOS／TTL電平，故無須電平轉(zhuǎn)換。具體電路如圖9所示。

3．5 汽車防盜報(bào)警電路
汽車上裝設(shè)的點(diǎn)火鎖和手控鎖并不能有效的防止汽車被偷盜，所以現(xiàn)代很多汽車安裝了電子防盜報(bào)警器。當(dāng)發(fā)生偷盜情況時(shí)，報(bào)警喇叭會(huì)持續(xù)響一段時(shí)間，同時(shí)關(guān)閉汽車發(fā)動(dòng)系統(tǒng)。但是如果用戶離汽車較遠(yuǎn)時(shí)，當(dāng)有人試圖進(jìn)入汽車或其他東兩碰撞汽車時(shí)，用戶并不能聽見喇叭的報(bào)警音，從而造成一些不明的損失，所以僅僅有喇叭并不能達(dá)到防盜的目的。本防盜系統(tǒng)可以將報(bào)警器的報(bào)警信號(hào)轉(zhuǎn)為短消息“您的汽車被人動(dòng)，快去看看”并發(fā)送給用戶提醒注意，完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控汽車的目的。利用檢測報(bào)警喇叭線的狀態(tài)判斷是否有偷盜情況，如圖10所示。

3．6 其它功能電路
1)液晶顯示模塊
人機(jī)接口模塊是用戶與控制器交互的橋梁，主要由鍵盤和顯示器組成。鍵盤實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器參數(shù)的修改，顯示器用來顯示系統(tǒng)的各參數(shù)以及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。本控制器使用的是內(nèi)置兩片SED1520FOA驅(qū)動(dòng)芯片的CGM-12232點(diǎn)陣式液晶屏。通過液晶屏可以直觀地顯示出系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)等。
2)鍵盤接口
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，鍵盤接口采用4X4行列式矩陣鍵盤接口，采用查詢掃描的方式進(jìn)行工作，行線和列線分別采用4根數(shù)據(jù)線。鍵盤有16個(gè)鍵，其中有0-9共10個(gè)數(shù)字鍵；一個(gè)功能切換鍵，可以在輸入用戶手機(jī)號(hào)碼和檢測汽車的左前后門右前后門及前蓋箱和后蓋箱被非正常打開；一個(gè)ENTER確定鍵，一個(gè)CANCEL取消鍵，三個(gè)預(yù)留鍵，如圖11所示。

4 結(jié)論
基于GSM／GPS的嵌入式汽車防盜系統(tǒng)是利用移動(dòng)通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)防盜器領(lǐng)域的拓展。本文提出的系統(tǒng)方案采用GSM，GPS等新技術(shù)，通過設(shè)計(jì)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的通訊平臺(tái)，并為汽車防盜和監(jiān)控提供了全方位解決方案，為汽車防盜系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。而在原有的車載防盜系統(tǒng)上加裝GPS模塊，將使該系統(tǒng)既可以保留原有的與車載導(dǎo)航系統(tǒng)的聯(lián)系，又可以獨(dú)立于車載導(dǎo)航系統(tǒng)，單獨(dú)投入市場，大大增加了該系統(tǒng)的實(shí)用性，有著廣闊的應(yīng)用前景。