基于DSP技術(shù)汽車定位防盜系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)研究

　　概述

　　隨著人們生活水平的提高，汽車已逐步進入家庭，對汽車防盜的要求越來越高。盡管市場上的汽車防盜器正逐步改善，但這些防盜器主要采用呼叫報警、高壓電擊等， 伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車偷盜技術(shù)也越來越高，使人防不勝防。汽車防盜無論是對汽車 制造商還是社會保險業(yè)都具有極其重要的研究價值，針對目前世界范圍內(nèi)汽車盜竊案的上升趨勢，各汽車廠家都在不斷地改進防盜技術(shù)，尤其是隨著微電子技術(shù)的進步，汽車防盜技術(shù) 已向著自動化、智能化方向發(fā)展。

　　從上世紀末美國正式建成GPS系統(tǒng)并投入使用以來，GPS技術(shù)已深入到人類經(jīng)濟發(fā)展的各個領(lǐng)域。GPS市場目前已有相當規(guī)模，尤以車輛定位導(dǎo)航領(lǐng)域的市場份額最大，增長最快。最近的統(tǒng)計表明，2000年安裝了GPS接收機的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的銷售額由1996年的5億美元增長 到30億美元，并且這種趨勢還將繼續(xù)下去。在這種市場的誘惑下，世界各國對車輛導(dǎo)航和定位技術(shù)展開了大量研究。目前我國汽車GPS定位導(dǎo)航還處在萌芽階段，特種車輛的GPS導(dǎo)航設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)開始啟動，如：各有關(guān)部門已在運鈔車、急救車、公交車、巡邏車、迎賓車、囚車等專用車輛采用GPS監(jiān)控全過程、引導(dǎo)和指揮。

　　GSM格式是目前手機使用的主要制式，在市場上占有80%以上的份額。把GPS與GSM結(jié)合起來， 不僅可以利用GPS技術(shù)進行汽車的全球定位，實現(xiàn)良好的導(dǎo)航，而且可以利用GSM網(wǎng)絡(luò)廣泛的覆蓋面積和短信功能，使車主對汽車當前狀態(tài)有及時了解，從而整體提高汽車的導(dǎo)航 防盜性能。

　　1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　基于DSP芯片，由GPS模塊、GSM無線通信模塊以及必要的輔助電路組成的汽車 定位防盜功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在圖1中，DSP對于GPS和GSM模塊都通過串口控制，G SM模塊與DSP本身的串口連接，利用8251擴展一個串口供GPS模塊使用。檢測控制及其輔助電路都可以直接使用DSP的I/O口。TMS320LF240的DSP芯片的I/O端口都具有復(fù)用功能，因此 只需在控制寄存器中設(shè)置信息使I/O作為通用I/O即可。

　　以DSP為控制器的系統(tǒng)在開機運行初始化后，將處于不停地接收汽車位置信息的狀態(tài)中，同 時系統(tǒng)也在等待檢測狀態(tài)和接收用戶查詢消息的中斷。一旦有一中斷產(chǎn)生就會轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的 中斷處理子程序。若系統(tǒng)的設(shè)防信號無效，則控制系統(tǒng)不進行上述操作。

　　系統(tǒng)在設(shè)防信號有效后，DSP主要循環(huán)處理GPS接收機接收到的位置信息。每 一次有獲得新電文標志，則調(diào)用子程序進行電文處理，主要是分離電文中有用的信息如經(jīng)緯 度、時間和校驗和等，并把這些數(shù)據(jù)存入指定的存儲空間。無線通信模塊TC35T也是通過串口和DSP進行信息交換的，在此串口接收是用中斷來取得使用控制器的權(quán)力。如有異常車況 發(fā)生如設(shè)防情況下的車門開啟、發(fā)動機啟動等也將會向DSP發(fā)出中斷請求。在軟件中把TC35T 引起的中斷設(shè)為低優(yōu)先級，即在車況發(fā)生異樣同時有車主主動查詢消息，則DSP控制器不會 響應(yīng)TC35T的中斷申請。

　　若DSP控制器接收到中斷申請，并判斷檢測到是發(fā)動機啟動信號引起中斷(可以延時一定時間 如100 ms再檢測一次，仍然有效才確定為啟動信號有效，這樣可以防止誤操作)。系統(tǒng)將處 理發(fā)動機啟動中斷服務(wù)子程序，即將發(fā)送短消息(the engine is running)給用戶(也可以設(shè)定發(fā)送次數(shù))。如果車主沒有及時作出回應(yīng)，隔5 min可以再發(fā)一次，并且發(fā)出間隔1 min，每次持續(xù)30 s本地報警信號;斷電、斷油的信號立即有效(在本次模擬實驗中是兩個指示燈點亮)，20 s后抱閘信號也處于有效;同時把處理結(jié)果和當前GPS接收機接收到的位置信息通 過無線通信發(fā)送給車主。同理，若檢測到左車門、右車門被破壞的信號或有震動時，除了發(fā)送給車主的短消息內(nèi)容不一樣外其他處理方法類似。

　　當用戶手機發(fā)送檢測狀態(tài)(check status)短消息要求控制系統(tǒng)返回當前狀態(tài)時，控制系統(tǒng)會 根據(jù)目前系統(tǒng)的狀態(tài)來做不同的響應(yīng)：當未處于設(shè)防狀態(tài)時，控制系統(tǒng)處于還沒設(shè)防(defen ses isnt it set)的短消息給用戶;當處于設(shè)防狀態(tài)下，系統(tǒng)完好則會發(fā)送狀態(tài)完好(all is ok)的短消息給用戶。若系統(tǒng)已經(jīng)遭到破壞則一般已經(jīng)采取過相應(yīng)的處理措施如首先鎖車，則此時會發(fā)送鎖車(the engine is locked)短消息給用戶，并會把進一步處理方法同時發(fā)送通知用戶。若要解鎖，需要用戶發(fā)送一定的密碼同時發(fā)送解鎖(unlock engine)信息給控制系統(tǒng)，才能有效的解鎖。其他情況按照類似的方法處理。

　　2 系統(tǒng)可行性分析

　　2.1DSP技術(shù)

　　DSP具有極其高速的數(shù)字處理能力和很大的運算量。因此，它能滿足高效實時信號處理的要求。這種新器件的特點如下：

　　?

　　(1)采用哈佛(HARVARD)結(jié)構(gòu)，高度并行運算大大提高運算速度;

　　(2)芯片內(nèi)配置了一個或多個硬件乘法器和累加器，能實現(xiàn)單指令乘、加運算和變址運算;

　　(3)芯片內(nèi)專門設(shè)置了功能很強的專用指令，可以實現(xiàn)指令的重疊運行;

　　(4)芯片內(nèi)設(shè)置了多種功能很強的外圍器件和接口，使其運算速度比PC機要快很多倍;

　　(5)DSP增加了硬件循環(huán)控制，當完成循環(huán)初始化后。實際運行中循環(huán)不再消耗指令周期。大大提高了數(shù)字信號處理的運算速度;

　　(6)DSP成本低、銷售價格逐年降低。

　　在DSP領(lǐng)域中，德州(TI)公司的產(chǎn)品及其配套技術(shù)與開發(fā)工具目前在市場上得到了廣泛應(yīng)用。文中采用的TMS320LF240是TMS320C24x系列之一。TMS320LF24x也稱為DSP控制器，是TI公司1997年推出的性價比較高的16位定點DSPs，是專門針對電機、逆變器、機器人、數(shù)控機床等控制而設(shè)計的。

　　由于目前的研究仍處于模擬階段，檢測車況的信號是由開關(guān)來觸發(fā)的，對車況信號的反應(yīng)是通過是否點亮指示燈來判斷，所以板外的電路相對簡單。DSP控制器是通過串口控制GPS接收模 塊和無線通信模塊GSM的，而TMS320LF240只有一個串口所以需要擴展串口。另外監(jiān)測狀態(tài)都 是通過中斷來觸發(fā)DSP控制功能的，TMS320LF240只有3個外部可屏蔽中斷源，所以也需要對外部中斷進行擴展。其他被使用的端口都可以設(shè)定為一般的I/O口。

　　2.2GPS基本原理

　　美國從1973年開始籌建全球定位系統(tǒng)GPS，并于1994年全部投入使用。全球定位系統(tǒng)(GPS)由3個區(qū)段組成：GPS衛(wèi)星星座、地面控制/監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)和用戶接收設(shè)備。其中用戶設(shè)備主要是一個衛(wèi)星訊號接收器，依照不同的目的而有不同的定位能力，基本的功能是接收L1載波，分離出C/A電碼，進行最簡單的虛擬距離定位，也是一般車輛定位所使用的機型。其中必須注意的是：GPS衛(wèi)星產(chǎn)生兩種不同的載波來承載所有電碼與訊息，其中C/A碼僅調(diào)置在L1載波上，P碼則分別調(diào)置在L1與L2載波上，并區(qū)別為P1與P2電碼。一般用戶使用的GPS接收模塊的功能框圖如圖2所示。主要由頻率接收處理電路和信號處理器組成?，F(xiàn)在為了保存近期一定的位置信息同時添加了程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，其中I/O接口包括串口和通用數(shù)據(jù)口等直接供用戶使用。

　　2.3GSM短消息業(yè)務(wù)

　　GSM系統(tǒng)可以提供兩大業(yè)務(wù)，即基本業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)?；緲I(yè)務(wù)包括電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù);補充業(yè)務(wù)則不單獨提供，是對基本業(yè)務(wù)的補充。

　　GSM提供的電信業(yè)務(wù)有電話、短消息和傳真等。短消息業(yè)務(wù)是GSM系統(tǒng)中惟一不要求建立端-端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)，即使移動臺已處于完全電路性通信情形下亦可進行短消息傳輸，就是說一個消息的傳輸就構(gòu)成了一次通信。

　　使用的TC35T無線GSM通信終端是西門子公司在無線模塊TC35上集成必要的接口而成的。用TC35T模塊來做發(fā)送接收設(shè)備，利用短消息的傳送實現(xiàn)車主和車上控制之間有關(guān)汽車 位置信息和監(jiān)測控制信息的交換。這種方式具有通信成本低、頻譜利用率高、系統(tǒng)容量大、業(yè)務(wù)種類多、保密性能好、抗干擾能力強、通話質(zhì)量高、自動漫游等優(yōu)點，它利用信令信道傳輸，不用撥號建立連接，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心再發(fā)給最終的信宿，是目前應(yīng)用廣泛的通信方案。?

　　3 結(jié)語

　　文中把汽車定位和防盜功能結(jié)合起來考慮，在設(shè)備的安裝上不會存在重復(fù)，同時也把防盜、定位都提高到智能化這一層次上來，同時也為網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ);采用DSP和TMS320LF240系列作為控制器，有諸多其他控制器沒有的優(yōu)點。