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

摘　要：隨著汽車消費(fèi)量的增加，汽車的定位防盜技術(shù)也成為市場(chǎng)的一大需求。GPS(全球定位系統(tǒng))和GSM(移動(dòng)通信)技術(shù)的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)更高層次的汽車定 位防盜系統(tǒng)提供了可能。文中把DSP技術(shù)、GPS技術(shù)和GSM技術(shù)有機(jī)結(jié)合到一起，研究汽車定位防盜系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)及其實(shí)現(xiàn)的可能，為良好實(shí)現(xiàn)汽車導(dǎo)航、定位和防盜奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：汽車定位防盜系統(tǒng)；DSP控制器；GPS接收模塊；無線GSM通信模塊 

0 概述

　　隨著人們生活水平的提高，汽車已逐步進(jìn)入家庭，對(duì)汽車防盜的要求越來越高。盡管市場(chǎng)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(bào)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(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?jī)r(jià)值，針對(duì)目前世界范圍內(nèi)汽車盜竊案的上升趨勢(shì)，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) 已向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。

　　從上世紀(jì)末美國(guó)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(jì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域。GPS市場(chǎng)目前已有相當(dāng)規(guī)模，尤以車輛定位導(dǎo)航領(lǐng)域的市場(chǎng)份額最大，增長(zhǎng)最快。最近的統(tǒng)計(jì)表明，2000年安裝了GPS接收機(jī)的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的銷售額由1996年的5億美元增長(zhǎng) 到30億美元，并且這種趨勢(shì)還將繼續(xù)下去。在這種市場(chǎng)的誘惑下，世界各國(guó)對(duì)車輛導(dǎo)航和定位技術(shù)展開了大量研究。目前我國(guó)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(dòng)，如：各有關(guān)部門已在運(yùn)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(jī)使用的主要制式，在市場(chǎng)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(jìn)行汽車的全球定位，實(shí)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(duì)汽車當(dāng)前狀態(tài)有及時(shí)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(jì)

　　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(duì)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(kuò)展一個(gè)串口供GPS模塊使用。檢測(cè)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(jī)運(yùn)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(shí)系統(tǒng)也在等待檢測(cè)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(huì)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(hào)無效，則控制系統(tǒng)不進(jìn)行上述操作。

　　系統(tǒng)在設(shè)防信號(hào)有效后，DSP主要循環(huán)處理GPS接收機(jī)接收到的位置信息。每 一次有獲得新電文標(biāo)志，則調(diào)用子程序進(jìn)行電文處理，主要是分離電文中有用的信息如經(jīng)緯 度、時(shí)間和校驗(yàn)和等，并把這些數(shù)據(jù)存入指定的存儲(chǔ)空間。無線通信模塊TC35T也是通過串口和DSP進(jìn)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)等也將會(huì)向DSP發(fā)出中斷請(qǐng)求。在軟件中把TC35T 引起的中斷設(shè)為低優(yōu)先級(jí)，即在車況發(fā)生異樣同時(shí)有車主主動(dòng)查詢消息，則DSP控制器不會(huì) 響應(yīng)TC35T的中斷申請(qǐng)。

　　若DSP控制器接收到中斷申請(qǐng)，并判斷檢測(cè)到是發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)信號(hào)引起中斷(可以延時(shí)一定時(shí)間 如100 ms再檢測(cè)一次，仍然有效才確定為啟動(dòng)信號(hào)有效，這樣可以防止誤操作)。系統(tǒng)將處 理發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(shí)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(bào)警信號(hào)；斷電、斷油的信號(hào)立即有效(在本次模擬實(shí)驗(yàn)中是兩個(gè)指示燈點(diǎn)亮)，20 s后抱閘信號(hào)也處于有效；同時(shí)把處理結(jié)果和當(dāng)前GPS接收機(jī)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(cè)到左車門、右車門被破壞的信號(hào)或有震動(dòng)時(shí)，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(dāng)用戶手機(jī)發(fā)送檢測(cè)狀態(tài)(check status)短消息要求控制系統(tǒng)返回當(dāng)前狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì) 根據(jù)目前系統(tǒng)的狀態(tài)來做不同的響應(yīng)：當(dāng)未處于設(shè)防狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)處于還沒設(shè)防(defen ses isnt't set)的短消息給用戶；當(dāng)處于設(shè)防狀態(tài)下，系統(tǒng)完好則會(huì)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(shí)會(huì)發(fā)送鎖車(the engine is locked)短消息給用戶，并會(huì)把進(jìn)一步處理方法同時(shí)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(shí)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(yùn)算量。因此，它能滿足高效實(shí)時(shí)信號(hào)處理的要求。這種新器件的特點(diǎn)如下：
　　(1)采用哈佛(HARVARD)結(jié)構(gòu)，高度并行運(yùn)算大大提高運(yùn)算速度；
　　(2)芯片內(nèi)配置了一個(gè)或多個(gè)硬件乘法器和累加器，能實(shí)現(xiàn)單指令乘、加運(yùn)算和變址運(yùn)算； 
　　(3)芯片內(nèi)專門設(shè)置了功能很強(qiáng)的專用指令，可以實(shí)現(xiàn)指令的重疊運(yùn)行；
　　(4)芯片內(nèi)設(shè)置了多種功能很強(qiáng)的外圍器件和接口，使其運(yùn)算速度比PC機(jī)要快很多倍；
　　(5)DSP增加了硬件循環(huán)控制，當(dāng)完成循環(huán)初始化后。實(shí)際運(yùn)行中循環(huán)不再消耗指令周期。大大提高了數(shù)字信號(hào)處理的運(yùn)算速度；
　　(6)DSP成本低、銷售價(jià)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(chǎng)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(jià)比較高的16位定點(diǎn)DSPs，是專門針對(duì)電機(jī)、逆變器、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床等控制而設(shè)計(jì)的。

　　由于目前的研究仍處于模擬階段，檢測(cè)車況的信號(hào)是由開關(guān)來觸發(fā)的，對(duì)車況信號(hào)的反應(yīng)是通過是否點(diǎn)亮指示燈來判斷，所以板外的電路相對(duì)簡(jiǎn)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(gè)串口所以需要擴(kuò)展串口。另外監(jiān)測(cè)狀態(tài)都 是通過中斷來觸發(fā)DSP控制功能的，TMS320LF240只有3個(gè)外部可屏蔽中斷源，所以也需要對(duì)外部中斷進(jìn)行擴(kuò)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(guó)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(gè)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(gè)衛(wèi)星訊號(hào)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(jìn)行最簡(jiǎn)單的虛擬距離定位，也是一般車輛定位所使用的機(jī)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(hào)處理器組成?，F(xiàn)在為了保存近期一定的位置信息同時(shí)添加了程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(bǔ)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(bǔ)充業(yè)務(wù)則不單獨(dú)提供，是對(duì)基本業(yè)務(wù)的補(bǔ)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(dòng)臺(tái)已處于完全電路性通信情形下亦可進(jìn)行短消息傳輸，就是說一個(gè)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(shí)現(xiàn)車主和車上控制之間有關(guān)汽車 位置信息和監(jiān)測(cè)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(qiáng)、通話質(zhì)量高、自動(dòng)漫游等優(yōu)點(diǎn)，它利用信令信道傳輸，不用撥號(hào)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(huì)存在重復(fù)，同時(shí)也把防盜、定位都提高到智能化這一層次上來，同時(shí)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(diǎn)。

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