基于C51單片機的汽車嵌入式車載防盜系統(tǒng)設計方案

1.引言

目前防盜器市場的主流產品是電子式防盜器，分為單向防盜器和雙向防盜器，這兩種防盜器都是車主通過遙控器來控制汽車，雙向防盜器可以把車輛的真實狀況反饋給車主。

GPS汽車防盜器依托全球定位系統(tǒng)，它將報警信息和報警車輛所在位置無聲地傳送到報警中心。由于車主不能直接控制車輛，價格和使用費用較高，使其推廣應用受到很大限制，目前還沒有普遍使用。GSM汽車雙向防盜器是網(wǎng)絡式防盜器的后起之秀，它依托全球GSM網(wǎng)絡，車主可直接通過手機接受報警和控制車輛，性能價格比較好，它代表著汽車防盜器的發(fā)展趨勢，自推出以來收到客戶的青睞。

本文提出的汽車嵌入式車載防盜系統(tǒng)屬于GSM防盜系統(tǒng)，沒有采用昂貴的GPS模塊，CPU采用了C51單片機，市場價格低廉，經過多年工業(yè)應用，穩(wěn)定可靠，具有很高的性價比。

2.時間觸發(fā)模式

電子控制系統(tǒng)一般都是實時系統(tǒng)，常需要處理許多并發(fā)事件的輸入數(shù)據(jù)。這些事件的到來次序和幾率通常都是不可預測的，而且還要求系統(tǒng)必須在事先設定好的時限內作出響應。

對于如何控制系統(tǒng)的復雜行為，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)的開銷是人們經常忽略的問題。為了滿足安全，低成本及程序盡可能簡單等苛刻要求，電子控制系統(tǒng)的開發(fā)最終走向事件觸發(fā)結構。事件觸發(fā)意味著所有的采樣輸入，計算輸出結果等相關的動作在預定的時間前執(zhí)行，因而能保證準確的調度時間。

時間觸發(fā)模式是一種利用MCU的硬件定時器產生的時標信號對多任務進行調度的嵌入式軟件模式，它可以應用于8位51系列單片機上。時間觸發(fā)模式可以將控制精度控制在毫秒級，很適合于實時控制系統(tǒng)。在時間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)中，設計人員能夠通過仔細安排可控的順序，保證一次只處理一個事件。除了能夠提高可靠性之外，時間觸發(fā)模式中對于存儲器及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)結構，也能從中獲益。

時間觸發(fā)合作式調度器通常通過一個定時器硬件定時器來實現(xiàn)，多有的任務都是時間觸發(fā)的，這也意味著出了定時器中斷以外，沒有其他形式的中斷。硬件定時器將被設置為產生一個周期中斷信號，這個周期中斷信號頻率可以到1KMz。

時間觸發(fā)合作調度器的主要功能就是喚醒預先確定好時間執(zhí)行的任務。在工作期間，調度器檢查靜態(tài)的任務鏈表，根據(jù)任務的周期判斷是否有任務需要執(zhí)行。如果有則立即執(zhí)行任務;任務執(zhí)行完后繼續(xù)檢查任務鏈表，重復上一個過程。完成鏈表檢查后，CPU可以進入休眠狀態(tài)，等待下一個時鐘節(jié)拍的到來。其任務調度機制如圖1所示。由于合作式調度器能保證在同一時刻，系統(tǒng)中只有一個任務被觸發(fā)，而且在任何時刻系統(tǒng)中都可以保證有任務在執(zhí)行。這樣，系統(tǒng)的使用效率得到了提高。

合作式調度器可靠且可預測的主要原因式在任何時刻只有一個任務是活動的，這個任務運行直到完成，然后把CPU的控制權交給調度器。如果采用搶占式調度，有多個活動任務執(zhí)行“上下文切換”和“關鍵段保護”等將增加系統(tǒng)的開銷。許多研究表明，相對于搶占式調度器，合作式調度器具有很多優(yōu)點。

3.系統(tǒng)概述

3.1系統(tǒng)功能分析和狀態(tài)轉移圖

經過需求分析，我們定義了系統(tǒng)應該實現(xiàn)的功能如下：

1)系統(tǒng)將監(jiān)視汽車發(fā)動機的狀態(tài);

2)系統(tǒng)可以接受手機用戶的設置，并設置手機號碼;

3)如果系統(tǒng)報警開啟，汽車啟動時，將通過無線模塊給指定的手機用戶報警;

4)系統(tǒng)接受手機用戶的控制短信，對汽車進行斷油，斷電處理;

5)系統(tǒng)接受手機用戶的查詢短信，可以報告汽車的位置，在市區(qū)可以精確到無線小區(qū);

6)系統(tǒng)將采取確定的措施以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

以上的各項目標功能同時也是衡量系統(tǒng)設計的指標。在以后面的設計中，我們將利用有限狀態(tài)機等工具將各項功能進行進一步細化，直到完成系統(tǒng)的軟硬件設計。

基于對系統(tǒng)工作流程的分析，進一步我們可以設計出系統(tǒng)的狀態(tài)轉移圖(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)模塊構成

嵌入式系統(tǒng)設計中常用模塊化設計方法，以降低開發(fā)難度，減少各個部分之間的耦合度，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如圖所示，整個系統(tǒng)主要由CPU，傳感器，RS232接口以及GSM模塊構成。其中CPU是系統(tǒng)的核心控制部分，負責接受各模塊信號，進行處理，并控制其它模塊;傳感器探測汽車被啟動;GPRS模塊用來收發(fā)短信，向車主手機通過RS232接口與CPU進行通信;電子開關電路用于控制汽車電路系統(tǒng)，能夠達到對汽車斷油，斷電的目的。

3.3系統(tǒng)硬件部分

1)采用了Atmel公司生產的AT89S52單片機作為處理核心，該處理器有32個I/O口，3個Timer，最多支持8個中斷。因為256B的片上RAM資源不夠，所以系統(tǒng)使用了擴展的64KRAM，此外AT89S52的8K片上flash對于該系統(tǒng)來說已經足夠。該處理器可以支持不同的功耗模式，適用于對于成本和功耗敏感的場合。

CPU外接型號為AT24C01的EEPROM作為數(shù)據(jù)存儲器，用來存放車主電話號碼等信息。AT24C系列串行E2PROM具有I2C總線接口功能，功耗小，寬電源電壓(根據(jù)不同型號2.5V～6.0V)，工作電流約為3mA,靜態(tài)電流隨電源電壓不同為30μA～110μA。系統(tǒng)中使用了P2口模擬I2C總線與E2PROM連接，這樣的方式相比硬件實現(xiàn)I2C協(xié)議可以簡化電路，降低成本。

AT89S52芯片中提供了內置看門狗，在一定的時間周期內，我們必須對看門狗的寄存器進行設置，如果沒能及時設置，看門狗將使系統(tǒng)復位。