基于GSM家庭小汽車防盜報警系統(tǒng)的研究

摘要：現(xiàn)如今，人們對物質(zhì)生活的不斷追求，小汽車已逐步走進(jìn)家庭，成為很受歡迎的代步工具。但是由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車偷盜技術(shù)也越來越高，令人們防不勝防，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，針對市場上流行的普通的防盜報警器產(chǎn)品大多數(shù)存在防盜功能單一、可靠性低、缺乏跟蹤監(jiān)控功能等缺點(diǎn)，文中設(shè)計了一種基于GSM通訊平臺和GPS衛(wèi)星定位的汽車防盜系統(tǒng)，通過嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計，利用GSM短消息的無線通信協(xié)議，構(gòu)建了一個在車主、監(jiān)控中心和汽車之間的通信的交互平臺，實(shí)現(xiàn)了汽車導(dǎo)航與防盜功能的結(jié)合。
關(guān)鍵詞：GSM(全球移動通信系統(tǒng))；汽車防盜系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)；通信協(xié)議

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(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)己向著自動化、智能化方向發(fā)展。汽車防盜器按其結(jié)構(gòu)和功能大致分為4類：機(jī)械式，電子式，芯片式和網(wǎng)絡(luò)式。其中，機(jī)械鎖是最傳統(tǒng)的防盜裝置，一般不單獨(dú)使用；電子式防盜系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種裝置；而芯片式數(shù)碼防盜器和網(wǎng)式防盜系統(tǒng)是汽車防盜系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文根據(jù)汽車防盜系統(tǒng)所涉及基本原理，系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息處理中用的GSM短信息協(xié)議，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，包括系統(tǒng)電源電路、微控制器MSP430F149、GSM無線模塊、TC35、GPS接收模塊以及外圍的檢測控制電路。本系統(tǒng)相對與市面上其它類型的防盜報警系統(tǒng)優(yōu)勢在于，可以將部分已經(jīng)安裝在車主汽車上的普通電子式防盜器改裝成網(wǎng)絡(luò)式汽車防盜系統(tǒng)，從而大大降低用戶費(fèi)用投入，提升產(chǎn)品的性價比。

1 防盜系統(tǒng)的工作原理
汽車防盜系統(tǒng)是一個綜合運(yùn)用嵌入式技術(shù)、GPs技術(shù)㈣、GSM無線通信技術(shù)的平臺。系統(tǒng)采用移動電話網(wǎng)做為通信媒體．利用GPs定位技術(shù)及電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等手段，對被監(jiān)控的車輛進(jìn)行全方位的監(jiān)控和跟蹤，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息通過GSM網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心。車載終端檢測車輛的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)車輛出現(xiàn)異常，向監(jiān)控中心和用戶發(fā)出報警信息同時．也接收來自監(jiān)控中心和用戶的命令，并解析命令執(zhí)行相應(yīng)操作。該防盜系統(tǒng)主要由車載終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。系統(tǒng)的組成原理如圖l所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
基于GSM的汽車防盜系統(tǒng)主要由：車載終端(微控制器，GPs模塊，GSM模塊、傳感電路)、傳輸網(wǎng)絡(luò)(GSM網(wǎng)絡(luò))、監(jiān)控中心、用戶手機(jī)組成。在對系統(tǒng)的通信平臺、定位技術(shù)、功能和性能要求分析的基礎(chǔ)上，提出系統(tǒng)的整體設(shè)計方案。圖2表示了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。

硬件的主要技術(shù)指標(biāo)包括：
1)需要2個UART串口。
2)由于程序較為復(fù)雜，需要支持在線仿真。
3)GPS定位時要求定位精度10 m以內(nèi)。
4)要求單片機(jī)處理速度較高。
5)由于整個系統(tǒng)從汽車電瓶取電，要求系統(tǒng)功耗較低。
6)采用信號燈反映系統(tǒng)狀態(tài)，需要電源指示燈，GSM搜網(wǎng)指示燈和GPS定位指示燈。
2．1 MSP430單片機(jī)簡介
設(shè)計中所選用的控制核心為MSP430F149單片機(jī)是TI公司推出的MSP430系列單片機(jī)中的一種，該系列單片機(jī)具有16位RISC結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到很高的代碼效率，除此之外，MSP430系列單片機(jī)還具有以下的顯著特點(diǎn)：
1)低電壓、低功耗，在穩(wěn)定的工作在1．8～3．6 V之間，在系統(tǒng)時鐘頻率較低的情況下，其消耗電流能降低到400 μA以下。
2)強(qiáng)大的處理能力。MSP430系列單片機(jī)具有16位RISC結(jié)構(gòu)，簡潔的內(nèi)核指令系統(tǒng)，當(dāng)工作在8 MHz系統(tǒng)時鐘下時，指令周期為125 μs。
3)穩(wěn)定的工作性能。MSP430單片機(jī)中，內(nèi)置看門狗，同時系統(tǒng)能夠在多個時鐘源之間切換，保證系統(tǒng)正常工作。
4)豐富的片內(nèi)資源。MSP430系列內(nèi)置了豐富的片內(nèi)資源模塊，主要包括看門狗(WDT)、定時器A(Timer A)、定時器B(Timer B)、比較器、串口0、串口1，硬件乘法器、模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)、基本I／O口、基本定時器等。
5)工業(yè)級產(chǎn)品。MSP430系列單片機(jī)都是工業(yè)級產(chǎn)品，具有-40度到+85度的工作溫度范圍，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力。MSP430F149單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2．2 GSM模塊TC35
TC35是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Messa ge Service)和傳真，TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成，如圖4所示。

2．3 GPS接收機(jī)
作為GPS用戶主要部件的GPS接收機(jī)，用來接收處理GPS衛(wèi)星送來的衛(wèi)星位置信息。接收機(jī)由主機(jī)天線、運(yùn)算單元、輸出通道等部分組成。主機(jī)的核心是由低噪放大器、信道電路、中央處理器、存儲器等組成。在軟件的操作下，接收機(jī)將衛(wèi)星信息接收、采集、放大、識別、存儲、處理，并輸出有用的定位信息、速度信息和時間信。在GPS接收機(jī)的二次開發(fā)過程中，采用了TARMIN GPS25-LVC接收機(jī)。如圖5所示為
該接收機(jī)的原理示意圖。

3 各模塊電路設(shè)計
3．1 系統(tǒng)電源
高品質(zhì)的電源是硬件性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。穩(wěn)定的輸出電壓、較大的輸出電流、較小的溫度漂移和發(fā)熱量是衡量電源品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，如何設(shè)計系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的電源系統(tǒng)，是整個硬件設(shè)計的重點(diǎn)。由于本系統(tǒng)需要采用汽車電瓶供電，要求輸入電壓為12 V左右，輸出電壓有3種：TC35需要供電電壓3．3～5．5 V，這里我們選擇3．5 V；MSP430F149需要供電電壓3．3 V；其他器件需要的5 V供電電壓；各模塊主要消耗電流情況：GPS25LP-LVC輸入電流為典型值為140 mA，TC35空閑時輸入電流很小，但當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時峰值電流可達(dá)2 A；其他電路功耗較小，大概為幾十毫安。圖6為系統(tǒng)的電源電路。

3．2 TC35模塊接口電路設(shè)計
TC35模塊主要通過兩線(TXD，RXD)與單片機(jī)的串口進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對TC35模塊的控制。下圖7為TC35模塊的接口設(shè)計。

3．3 GPS25LP-LVC的電路
GPS25LP-LVC只需通過一個12針的引腳和系統(tǒng)相連，TXD1和RXD1為GPS25LP-LVC的通訊端口，為5 V的邏輯電平，可以直接與MSP430F149的串口0相連；引腳10為GPS25LP-LVC的供電電源，為了保證其工作穩(wěn)定性，存引腳10與引腳8之間可加一個10MF的保持電容。如圖8所示。

3．4 單片機(jī)處理電路
單片機(jī)電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要是完成與TC35和GPS25LP-LVC模塊的通信。MSP430F149與TC35之間采用串口1進(jìn)行通信，與GPS25LP-LVC采用串口0通信。由于它們都是CMOS／TTL電平，故無須電平轉(zhuǎn)換。具體電路如圖9所示。

3．5 汽車防盜報警電路
汽車上裝設(shè)的點(diǎn)火鎖和手控鎖并不能有效的防止汽車被偷盜，所以現(xiàn)代很多汽車安裝了電子防盜報警器。當(dāng)發(fā)生偷盜情況時，報警喇叭會持續(xù)響一段時間，同時關(guān)閉汽車發(fā)動系統(tǒng)。但是如果用戶離汽車較遠(yuǎn)時，當(dāng)有人試圖進(jìn)入汽車或其他東兩碰撞汽車時，用戶并不能聽見喇叭的報警音，從而造成一些不明的損失，所以僅僅有喇叭并不能達(dá)到防盜的目的。本防盜系統(tǒng)可以將報警器的報警信號轉(zhuǎn)為短消息“您的汽車被人動，快去看看”并發(fā)送給用戶提醒注意，完全實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控汽車的目的。利用檢測報警喇叭線的狀態(tài)判斷是否有偷盜情況，如圖10所示。

3．6 其它功能電路
1)液晶顯示模塊
人機(jī)接口模塊是用戶與控制器交互的橋梁，主要由鍵盤和顯示器組成。鍵盤實(shí)現(xiàn)對控制器參數(shù)的修改，顯示器用來顯示系統(tǒng)的各參數(shù)以及系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。本控制器使用的是內(nèi)置兩片SED1520FOA驅(qū)動芯片的CGM-12232點(diǎn)陣式液晶屏。通過液晶屏可以直觀地顯示出系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)等。
2)鍵盤接口
本系統(tǒng)設(shè)計中，鍵盤接口采用4X4行列式矩陣鍵盤接口，采用查詢掃描的方式進(jìn)行工作，行線和列線分別采用4根數(shù)據(jù)線。鍵盤有16個鍵，其中有0-9共10個數(shù)字鍵；一個功能切換鍵，可以在輸入用戶手機(jī)號碼和檢測汽車的左前后門右前后門及前蓋箱和后蓋箱被非正常打開；一個ENTER確定鍵，一個CANCEL取消鍵，三個預(yù)留鍵，如圖11所示。

4 結(jié)論
基于GSM／GPS的嵌入式汽車防盜系統(tǒng)是利用移動通信技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)對傳統(tǒng)防盜器領(lǐng)域的拓展。本文提出的系統(tǒng)方案采用GSM，GPS等新技術(shù)，通過設(shè)計具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能的通訊平臺，并為汽車防盜和監(jiān)控提供了全方位解決方案，為汽車防盜系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。而在原有的車載防盜系統(tǒng)上加裝GPS模塊，將使該系統(tǒng)既可以保留原有的與車載導(dǎo)航系統(tǒng)的聯(lián)系，又可以獨(dú)立于車載導(dǎo)航系統(tǒng)，單獨(dú)投入市場，大大增加了該系統(tǒng)的實(shí)用性，有著廣闊的應(yīng)用前景。