基于CAN總線的車載防盜與信息娛樂系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

　　汽車防盜器是一種安裝在車上，用來增加盜車難度，延長盜車時間的裝置，是汽車的保護(hù)神。它通過將防盜裝置與汽車電路配接在一起，從而可以達(dá)到防止車輛被 盜、被侵犯、保護(hù)汽車的目的。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，汽車防盜系統(tǒng)由傳統(tǒng)的機(jī)械式、電子式防盜裝置向智能化程度更高的網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)發(fā)展。

　　IVI（In- Vehicle Infotainment）車載信息娛樂系統(tǒng)，是采用車載專用中央處理器，基于車身總線系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，形成的車載綜合信息處理系統(tǒng)。IVI能夠?qū)崿F(xiàn)包 括三維導(dǎo)航、實(shí)時路況、故障檢測、車輛信息、移動辦公等一系列應(yīng)用，極大地提升車輛電子化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平。

　　CAN（Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)絡(luò)，由德國BOSCH公司開發(fā)并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)。在諸多汽車總線中，CAN總線有著重要的地位，是汽車電子裝置之間通信的 標(biāo)準(zhǔn)總線，在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，擁有以CAN底層協(xié)議為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。本系統(tǒng)提出一種將汽車防盜功能 和信息娛樂功能集成設(shè)計(jì)的方法，有效地利用汽車現(xiàn)有資源，實(shí)現(xiàn)了車載電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)化。

　　與市場上現(xiàn)有系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：

　?。?）防盜和信息娛樂系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，成本低、結(jié)構(gòu)簡化、功能強(qiáng)大；

　?。?）采用網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)，具有運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；

　　（3）系統(tǒng)CAN 總線部分可以與其他車身電子系統(tǒng)相結(jié)合，利于二次開發(fā)。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　本 系統(tǒng)由中央控制單元和CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)兩部分組成。中央控制單元選用ST公司生產(chǎn)的STM32F103X微處理器作為核心，結(jié)合GPRS 無線通信等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車定位、遠(yuǎn)程報(bào)警以及信息娛樂功能。CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括油路節(jié)點(diǎn)、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)以及DCM（Door ControlModule）車門控制模塊節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)監(jiān)測與車輛防盜功能。中央控制單元與CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通過CAN總線進(jìn)行通信。系統(tǒng)的總體結(jié) 構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)總體框圖

　　1.2 防盜功能的實(shí)現(xiàn)

　　本 系統(tǒng)的防盜功能設(shè)計(jì)是將DCM 和GPS 定位模塊作為汽車安全狀態(tài)的監(jiān)測節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)置為防盜模式時，由DCM檢測汽車是否被非法入侵，GPS定位檢測汽車是否被非法移動。在檢測到汽車處于不安 全狀態(tài)時，首先啟動GSM/GPRS通信模塊，通過中央控制器控制，利用GSM短信息將GPS定位所得汽車位置經(jīng)緯度發(fā)送到車主手機(jī)終端，實(shí)現(xiàn)對汽車位置 的精確定位；然后啟動車后攝像頭拍攝車后圖像，利用GPRS無線通信技術(shù)將圖像發(fā)送到車主手機(jī)終端，輔助GPS對汽車位置進(jìn)行定位；中央控制器通過CAN 總線發(fā)送切斷油路和關(guān)閉發(fā)電機(jī)的信號，從而有效地避免汽車被盜的事件發(fā)生。

　　1.3 信息娛樂功能的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)設(shè)置為正常模式時，LCD 模塊顯示主菜單界面，通過觸摸屏和按鍵，進(jìn)行人機(jī)交互和功能體驗(yàn)。GSM/GPRS/GPS模塊用于實(shí)現(xiàn)車載電話、GPS定位等功能；攝像頭模塊用于實(shí)現(xiàn)汽車后視功能；MP3模塊用于實(shí)現(xiàn)語音播放的功能；LCD模塊用于界面顯示。

　　2 硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括兩部分，一個是中央控制單元硬件設(shè)計(jì)，另一個是CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)微控制器選用基于Cortex？M3 內(nèi)核的ARM 微控制器STM32F103X，具有低成本、低功耗等特點(diǎn)，為注重功耗和效率的系統(tǒng)提供了可行的設(shè)計(jì)方案。

　　2.1 中央控制單元硬件設(shè)計(jì)

　　中央控制部分主要包括微處理器STM32F103ZET6，通過SPI1 接口與微控制器連接的MP3 模塊，該模塊核心為VLSI 公司生產(chǎn)的VS1053，是一款高性能、低功耗的解碼芯片；通過SPI2 接口與微控制器連接的LCD 顯示模塊；通過SCCB 接口與微控制器連接的攝像頭模塊，該模塊核心為OV公司生產(chǎn)的OV7670，體積小、工作電壓低，提供單片VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能；通過USART接口與微控制器連接的GSM/GPRS/GPS模塊，該模塊的核心為SIM公司生產(chǎn)的SIM900A，性能穩(wěn)定、外觀精巧、功耗低；STM32自帶bxCAN，即基本擴(kuò)展CAN，它支持11 位的BasicCAN 模式及29 位的PeliCAN模式，通信速率高達(dá)1 Mb/s，支持時間觸發(fā)通信，具有3 個發(fā)送郵箱，3 級深度的2 個接收FIFO。CAN 收發(fā)器選用NXP 公司的TJA1050，它與“ISO 11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，高速度（最高可達(dá)1 Mb/s），極低的電磁輻射，沒有供電的節(jié)點(diǎn)不會對總線造成干擾，同時帶有寬共模范圍的差動接收器，抗電磁干擾能力極強(qiáng)，至少可以連接110個節(jié)點(diǎn)，非常適合本系統(tǒng)。中央控制部分的硬件連接圖如圖2所示。

　　圖2 中央控制部分硬件連接圖

　　2.2 CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

　　CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要包括微處理器STM32F103C8T6，其片上資源及相關(guān)接口足以滿足這部分的功能需求，DCM 節(jié)點(diǎn)，油路節(jié)點(diǎn)，發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)。DCM 采用UN4001中控車鎖，12 V供電，具備360°轉(zhuǎn)頭，超強(qiáng)力度，防卡死等優(yōu)點(diǎn)，汽車被非法打開時，通過CAN總線發(fā)送報(bào)警信號至中央控制單元；系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)與油路節(jié)點(diǎn)通過CAN 總線接收指令進(jìn)行動作，設(shè)計(jì)時只需考慮CAN 信號發(fā)送問題，硬件環(huán)境則進(jìn)行模擬，發(fā)電機(jī)采用130號直流電機(jī)，電機(jī)通過芯片L298N進(jìn)行驅(qū)動，L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動芯片，控制電壓直流為5 V，電機(jī)電壓范圍直流為3~46 V，具有過電壓和過電流保護(hù)，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；油路節(jié)點(diǎn)利用蜂鳴器代替，由三極管構(gòu)成蜂鳴器控制電路，通過PB0輸出端口的高低電平來改變蜂鳴器的狀態(tài)，從而模擬油路的開關(guān)。CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件連接圖如圖3所示。

　　圖3 CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件連接圖

　　2.3 硬件實(shí)物圖

　　根據(jù)上述介紹，最終完成的主要硬件圖如圖4所示。

　　圖4 硬件實(shí)物圖