一種基于時(shí)間觸發(fā)模式的汽車(chē)防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
1.引言
目前防盜器市場(chǎng)的主流產(chǎn)品是電子式防盜器,分為單向防盜器和雙向防盜器,這兩種防盜器都是車(chē)主通過(guò)遙控器來(lái)控制汽車(chē),雙向防盜器可以把車(chē)輛的真實(shí)狀況反饋給車(chē)主。
GPS汽車(chē)防盜器依托全球定位系統(tǒng),它將報(bào)警信息和報(bào)警車(chē)輛所在位置無(wú)聲地傳送到報(bào)警中心。由于車(chē)主不能直接控制車(chē)輛,價(jià)格和使用費(fèi)用較高,使其推廣應(yīng)用受到很大限制,目前還沒(méi)有普遍使用。GSM汽車(chē)雙向防盜器是網(wǎng)絡(luò)式防盜器的后起之秀,它依托全球GSM網(wǎng)絡(luò),車(chē)主可直接通過(guò)手機(jī)接受報(bào)警和控制車(chē)輛,性能價(jià)格比較好,它代表著汽車(chē)防盜器的發(fā)展趨勢(shì),自推出以來(lái)收到客戶的青睞。
本文提出的汽車(chē)嵌入式車(chē)載防盜系統(tǒng)屬于GSM防盜系統(tǒng),沒(méi)有采用昂貴的GPS模塊,CPU采用了C51單片機(jī),市場(chǎng)價(jià)格低廉,經(jīng)過(guò)多年工業(yè)應(yīng)用,穩(wěn)定可靠,具有很高的性價(jià)比。
2.時(shí)間觸發(fā)模式
電子控制系統(tǒng)一般都是實(shí)時(shí)系統(tǒng),常需要處理許多并發(fā)事件的輸入數(shù)據(jù)。這些事件的到來(lái)次序和幾率通常都是不可預(yù)測(cè)的,而且還要求系統(tǒng)必須在事先設(shè)定好的時(shí)限內(nèi)作出響應(yīng)。
對(duì)于如何控制系統(tǒng)的復(fù)雜行為,普遍采用的是事件觸發(fā)方案,即系統(tǒng)的所有行為響應(yīng)外部事件而執(zhí)行。然而,中斷丟失與事件觸發(fā)系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)是人們經(jīng)常忽略的問(wèn)題。為了滿足安全,低成本及程序盡可能簡(jiǎn)單等苛刻要求,電子控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)最終走向事件觸發(fā)結(jié)構(gòu)。事件觸發(fā)意味著所有的采樣輸入,計(jì)算輸出結(jié)果等相關(guān)的動(dòng)作在預(yù)定的時(shí)間前執(zhí)行,因而能保證準(zhǔn)確的調(diào)度時(shí)間。
時(shí)間觸發(fā)模式是一種利用MCU的硬件定時(shí)器產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)信號(hào)對(duì)多任務(wù)進(jìn)行調(diào)度的嵌入式軟件模式,它可以應(yīng)用于8位51系列單片機(jī)上。時(shí)間觸發(fā)模式可以將控制精度控制在毫秒級(jí),很適合于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。在時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)中,設(shè)計(jì)人員能夠通過(guò)仔細(xì)安排可控的順序,保證一次只處理一個(gè)事件。除了能夠提高可靠性之外,時(shí)間觸發(fā)模式中對(duì)于存儲(chǔ)器及CPU資源的占用很少,即使在小型嵌入式系統(tǒng)中采用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu),也能從中獲益。
時(shí)間觸發(fā)合作式調(diào)度器通常通過(guò)一個(gè)定時(shí)器硬件定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn),多有的任務(wù)都是時(shí)間觸發(fā)的,這也意味著出了定時(shí)器中斷以外,沒(méi)有其他形式的中斷。硬件定時(shí)器將被設(shè)置為產(chǎn)生一個(gè)周期中斷信號(hào),這個(gè)周期中斷信號(hào)頻率可以到1KMz。
時(shí)間觸發(fā)合作調(diào)度器的主要功能就是喚醒預(yù)先確定好時(shí)間執(zhí)行的任務(wù)。在工作期間,調(diào)度器檢查靜態(tài)的任務(wù)鏈表,根據(jù)任務(wù)的周期判斷是否有任務(wù)需要執(zhí)行。如果有則立即執(zhí)行任務(wù);任務(wù)執(zhí)行完后繼續(xù)檢查任務(wù)鏈表,重復(fù)上一個(gè)過(guò)程。完成鏈表檢查后,CPU可以進(jìn)入休眠狀態(tài),等待下一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍的到來(lái)。其任務(wù)調(diào)度機(jī)制如圖1所示。由于合作式調(diào)度器能保證在同一時(shí)刻,系統(tǒng)中只有一個(gè)任務(wù)被觸發(fā),而且在任何時(shí)刻系統(tǒng)中都可以保證有任務(wù)在執(zhí)行。這樣,系統(tǒng)的使用效率得到了提高。
合作式調(diào)度器可靠且可預(yù)測(cè)的主要原因式在任何時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)是活動(dòng)的,這個(gè)任務(wù)運(yùn)行直到完成,然后把CPU的控制權(quán)交給調(diào)度器。如果采用搶占式調(diào)度,有多個(gè)活動(dòng)任務(wù)執(zhí)行“上下文切換”和“關(guān)鍵段保護(hù)”等將增加系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)。許多研究表明,相對(duì)于搶占式調(diào)度器,合作式調(diào)度器具有很多優(yōu)點(diǎn)。
3.系統(tǒng)概述
3.1系統(tǒng)功能分析和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖
經(jīng)過(guò)需求分析,我們定義了系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的功能如下:
1)系統(tǒng)將監(jiān)視汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài);
2)系統(tǒng)可以接受手機(jī)用戶的設(shè)置,并設(shè)置手機(jī)號(hào)碼;
3)如果系統(tǒng)報(bào)警開(kāi)啟,汽車(chē)啟動(dòng)時(shí),將通過(guò)無(wú)線模塊給指定的手機(jī)用戶報(bào)警;
4)系統(tǒng)接受手機(jī)用戶的控制短信,對(duì)汽車(chē)進(jìn)行斷油,斷電處理;
5)系統(tǒng)接受手機(jī)用戶的查詢短信,可以報(bào)告汽車(chē)的位置,在市區(qū)可以精確到無(wú)線小區(qū);
6)系統(tǒng)將采取確定的措施以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
以上的各項(xiàng)目標(biāo)功能同時(shí)也是衡量系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指標(biāo)。在以后面的設(shè)計(jì)中,我們將利用有限狀態(tài)機(jī)等工具將各項(xiàng)功能進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化,直到完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。
基于對(duì)系統(tǒng)工作流程的分析,進(jìn)一步我們可以設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖(圖2),從上面我們可以清晰的看到系統(tǒng)的工作流程。
3.2系統(tǒng)模塊構(gòu)成
嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常用模塊化設(shè)計(jì)方法,以降低開(kāi)發(fā)難度,減少各個(gè)部分之間的耦合度,增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖所示,整個(gè)系統(tǒng)主要由CPU,傳感器,RS232接口以及GSM模塊構(gòu)成。其中CPU是系統(tǒng)的核心控制部分,負(fù)責(zé)接受各模塊信號(hào),進(jìn)行處理,并控制其它模塊;傳感器探測(cè)汽車(chē)被啟動(dòng);GPRS模塊用來(lái)收發(fā)短信,向車(chē)主手機(jī)通過(guò)RS232接口與CPU進(jìn)行通信;電子開(kāi)關(guān)電路用于控制汽車(chē)電路系統(tǒng),能夠達(dá)到對(duì)汽車(chē)斷油,斷電的目的。
評(píng)論