基于μC／OS-II的低功耗車(chē)載防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

當(dāng)今市場(chǎng)的汽車(chē)的防盜手段通常都是被動(dòng)防盜型的，即采機(jī)械式或者電子式的手段當(dāng)車(chē)輛遇到非法入侵時(shí)車(chē)輛防盜系統(tǒng)會(huì)采取預(yù)設(shè)的防盜手段并自動(dòng)報(bào)警。此類(lèi)的防盜器占絕大部分市場(chǎng)。此類(lèi)防盜器在一定程度上能對(duì)非法入侵者起到阻礙作用，但是如果遇到手段高明的盜車(chē)賊。此類(lèi)的防盜器就成為了擺設(shè)，而且無(wú)法及時(shí)尋回被盜車(chē)輛。為此在本文中作者設(shè)計(jì)了基于μC/OS—II的低功耗車(chē)載防盜系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種區(qū)別于傳統(tǒng)防盜器的新型防盜手段，利用當(dāng)代覆蓋面最廣的GSM網(wǎng)絡(luò)與GPS系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控。

本文介紹的防盜系統(tǒng)，是基于μC/OS—II系統(tǒng)，結(jié)合TI公司的MSP430微處理器，由GPS模塊獲取車(chē)輛當(dāng)前位置，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送當(dāng)前車(chē)輛情況到用戶(hù)手機(jī)上。通過(guò)手機(jī)短信可發(fā)送指令控制車(chē)輛的油門(mén)與點(diǎn)火裝置。結(jié)合傳統(tǒng)車(chē)輛防盜器為車(chē)輛提供較為全面的防盜方案。

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

1)位置及車(chē)輛內(nèi)部情況相關(guān)數(shù)據(jù)的傳送，包括用主動(dòng)請(qǐng)求系統(tǒng)發(fā)送，間隔時(shí)間發(fā)送，超過(guò)一定范圍發(fā)送等。發(fā)送的方式可通過(guò)SMS方式與GPRS方式，GPRS方式是通過(guò)流量進(jìn)行計(jì)費(fèi)的，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)要求的數(shù)據(jù)大小不大，故本系統(tǒng)主要采取GPRS方式進(jìn)行信息通信。但由于在某些偏遠(yuǎn)地方或人群聚集的地方，GPRS信號(hào)可能不好，故系統(tǒng)亦可通過(guò)SMS方式進(jìn)行輔助通信。

2)異常情況處理，分一下幾種情況：

①緊急報(bào)警功能：當(dāng)車(chē)輛遇上交通事故，搶劫等緊急情況時(shí)司機(jī)可通過(guò)緊急按鈕向預(yù)設(shè)好的安全號(hào)碼發(fā)送求救信號(hào)，并上傳當(dāng)前車(chē)輛定位數(shù)據(jù)。

②防盜報(bào)警功能：當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置為防盜模式時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到車(chē)輛有異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)切斷車(chē)輛供油系統(tǒng)與鎖定剎車(chē)系統(tǒng)。并發(fā)送當(dāng)前定位數(shù)據(jù)到用戶(hù)手機(jī)。

③尋回車(chē)輛功能：當(dāng)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛被盜時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)發(fā)送預(yù)設(shè)指令，可主動(dòng)切斷車(chē)輛供油系統(tǒng)并鎖定車(chē)輛。并發(fā)送定位數(shù)據(jù)到用戶(hù)手機(jī)。幫助用戶(hù)尋回自己被盜車(chē)輛。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

MSP430F149微處理器的片上資源MSP430F149芯片是美國(guó)德州儀器公司推出的16位超低功耗微處理器，有60KB+256字節(jié)FLASH，2KB的RAM片內(nèi)資源豐富，包括基本時(shí)鐘模塊、看門(mén)狗定時(shí)器，帶3個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器、帶7個(gè)捕獲/比較寄存器和PWM輸出的16位定時(shí)器、2個(gè)具有中斷功能的8位并行端口、4組8位并行端口、模擬比較強(qiáng)、12位A/D轉(zhuǎn)換器、2個(gè)串行通信接口等模塊。結(jié)合芯片設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)計(jì)微處理器電路如圖1所示。

其他硬件的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要有4個(gè)部分，即電源電路部分、GSM模塊電路部分、GPS模塊電路設(shè)計(jì)、繼電器控制電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)全部采用3.3 V電壓供電，由于GSM模塊的峰值電流可達(dá)到2 A，故采用美國(guó)芯源的電源芯片MP2303，該芯片提供4.75～28 V寬電壓輸入，0.8～25V寬電壓，最大3A電流的輸出。參考官方設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)計(jì)了本系統(tǒng)的電源電路，由車(chē)載蓄電池12V直流供電，提供3.3電壓最大3A的輸出。電路如圖2所示。

本設(shè)計(jì)采用GSM作為與車(chē)載終端與用戶(hù)終端通信手段，當(dāng)車(chē)輛發(fā)生異常時(shí)，可通過(guò)短信、GPRS通知用戶(hù)。用戶(hù)發(fā)現(xiàn)異常后可主動(dòng)查詢(xún)到車(chē)輛的具體位置，與車(chē)輛行駛情況。GSM(Global System for Mobile communication)系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中，比較成熟完善，且應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。我國(guó)已經(jīng)建成覆蓋全國(guó)的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，現(xiàn)在是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。本設(shè)計(jì)基于成本與穩(wěn)定性原則，采用芯訊通無(wú)線科技有限公司推出的SIM900A模塊，該模塊是專(zhuān)為中國(guó)大陸和印度市場(chǎng)設(shè)計(jì)的雙頻的GSM/GPRS模塊。主要為工業(yè)控制，物聯(lián)網(wǎng)等提供語(yǔ)音傳輸、短信發(fā)送、GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供無(wú)線接口。

本設(shè)計(jì)區(qū)別于傳統(tǒng)防盜器的最大亮點(diǎn)在于可實(shí)時(shí)掌握車(chē)輛當(dāng)前位置與車(chē)輛內(nèi)部情況。如是否已經(jīng)點(diǎn)火，當(dāng)前車(chē)輛行駛速度等。故本設(shè)計(jì)采用GPS定位技術(shù)，終端用戶(hù)可通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)精確的掌握車(chē)輛位置。本設(shè)計(jì)基于成本與穩(wěn)定性原則，采用u-blox公司推出的一款GPS定位模塊NEO—6M。該模塊基于u-blox公司的u-blox6定位引擎，專(zhuān)為低功耗低成本設(shè)計(jì)提供GPS數(shù)據(jù)接口。圖3為NEO—6M模塊外部電路設(shè)計(jì)圖。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/OS—II，μC/OS—II是一種基于優(yōu)先級(jí)的搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)時(shí)內(nèi)核對(duì)CPU進(jìn)行管理，為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，當(dāng)無(wú)需執(zhí)行任務(wù)的時(shí)候，內(nèi)核自動(dòng)切換CPU到休眠狀態(tài)，配合MSP430單片機(jī)的多種低功耗模式，可較為輕松的實(shí)現(xiàn)反應(yīng)靈敏，功耗低，多任務(wù)的防盜系統(tǒng)。

μC/OS是一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的可剝奪型的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作內(nèi)核，包含實(shí)時(shí)內(nèi)核、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信同步和內(nèi)存管理等功能。95%的代碼由C語(yǔ)言編寫(xiě)，只有極少關(guān)于CPU操作的代碼由匯編編寫(xiě)，可移植性強(qiáng)，內(nèi)核簡(jiǎn)單易懂，對(duì)RAM與ROM占用低，適用于小系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。結(jié)合MSP430單片機(jī)可方便開(kāi)發(fā)出超低功耗的防盜系統(tǒng)。

1)系統(tǒng)流程圖

2)μC/OS—II初始化代碼

3)μC/OS—II任務(wù)程序示例

μC/OS—II是一個(gè)多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，每個(gè)應(yīng)用程序是一個(gè)任務(wù)，根據(jù)任務(wù)的性質(zhì)在系統(tǒng)中對(duì)其分配不同的優(yōu)先權(quán)。本系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)由高到低分別為系統(tǒng)初始化任務(wù)、短信通信任務(wù)、GPRS通信任務(wù)、車(chē)輛控制任務(wù)、GPS數(shù)據(jù)解析任務(wù)。

任務(wù)的示例程序如下所示：

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