基于C51單片機的汽車(chē)嵌入式車(chē)載防盜系統設計方案

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，它將報警信息和報警車(chē)輛所在位置無(wú)聲地傳送到報警中心。由于車(chē)主不能直接控制車(chē)輛，價(jià)格和使用費用較高，使其推廣應用受到很大限制，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)手機接受報警和控制車(chē)輛，性能價(jià)格比較好，它代表著(zhù)汽車(chē)防盜器的發(fā)展趨勢，自推出以來(lái)收到客戶(hù)的青睞。

本文提出的汽車(chē)嵌入式車(chē)載防盜系統屬于GSM防盜系統，沒(méi)有采用昂貴的GPS模塊，CPU采用了C51單片機，市場(chǎng)價(jià)格低廉，經(jīng)過(guò)多年工業(yè)應用，穩定可靠，具有很高的性?xún)r(jià)比。

2.時(shí)間觸發(fā)模式

電子控制系統一般都是實(shí)時(shí)系統，常需要處理許多并發(fā)事件的輸入數據。這些事件的到來(lái)次序和幾率通常都是不可預測的，而且還要求系統必須在事先設定好的時(shí)限內作出響應。

對于如何控制系統的復雜行為，普遍采用的是事件觸發(fā)方案，即系統的所有行為響應外部事件而執行。然而，中斷丟失與事件觸發(fā)系統的開(kāi)銷(xiāo)是人們經(jīng)常忽略的問(wèn)題。為了滿(mǎn)足安全，低成本及程序盡可能簡(jiǎn)單等苛刻要求，電子控制系統的開(kāi)發(fā)最終走向事件觸發(fā)結構。事件觸發(fā)意味著(zhù)所有的采樣輸入，計算輸出結果等相關(guān)的動(dòng)作在預定的時(shí)間前執行，因而能保證準確的調度時(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)標信號對多任務(wù)進(jìn)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(shí)間觸發(fā)模式可以將控制精度控制在毫秒級，很適合于實(shí)時(shí)控制系統。在時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統中，設計人員能夠通過(guò)仔細安排可控的順序，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)模式中對于存儲器及CPU資源的占用很少，即使在小型嵌入式系統中采用這種系統結構，也能從中獲益。

時(shí)間觸發(fā)合作式調度器通常通過(guò)一個(gè)定時(shí)器硬件定時(shí)器來(lái)實(shí)現，多有的任務(wù)都是時(shí)間觸發(fā)的，這也意味著(zhù)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)器將被設置為產(chǎn)生一個(gè)周期中斷信號，這個(gè)周期中斷信號頻率可以到1KMz。

時(shí)間觸發(fā)合作調度器的主要功能就是喚醒預先確定好時(shí)間執行的任務(wù)。在工作期間，調度器檢查靜態(tài)的任務(wù)鏈表，根據任務(wù)的周期判斷是否有任務(wù)需要執行。如果有則立即執行任務(wù);任務(wù)執行完后繼續檢查任務(wù)鏈表，重復上一個(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)鐘節拍的到來(lái)。其任務(wù)調度機制如圖1所示。由于合作式調度器能保證在同一時(shí)刻，系統中只有一個(gè)任務(wù)被觸發(fā)，而且在任何時(shí)刻系統中都可以保證有任務(wù)在執行。這樣，系統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(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)是活動(dòng)的，這個(gè)任務(wù)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(gè)活動(dòng)任務(wù)執行“上下文切換”和“關(guān)鍵段保護”等將增加系統的開(kāi)銷(xiāo)。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(diǎn)。

3.系統概述

3.1系統功能分析和狀態(tài)轉移圖

經(jīng)過(guò)需求分析，我們定義了系統應該實(shí)現的功能如下：

1)系統將監視汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的狀態(tài);

2)系統可以接受手機用戶(hù)的設置，并設置手機號碼;

3)如果系統報警開(kāi)啟，汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)，將通過(guò)無(wú)線(xiàn)模塊給指定的手機用戶(hù)報警;

4)系統接受手機用戶(hù)的控制短信，對汽車(chē)進(jìn)行斷油，斷電處理;

5)系統接受手機用戶(hù)的查詢(xún)短信，可以報告汽車(chē)的位置，在市區可以精確到無(wú)線(xiàn)小區;

6)系統將采取確定的措施以確保系統的穩定性。

以上的各項目標功能同時(shí)也是衡量系統設計的指標。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(jìn)行進(jìn)一步細化，直到完成系統的軟硬件設計。

基于對系統工作流程的分析，進(jìn)一步我們可以設計出系統的狀態(tài)轉移圖(圖2)，從上面我們可以清晰的看到系統的工作流程。

3.2系統模塊構成

嵌入式系統設計中常用模塊化設計方法，以降低開(kāi)發(fā)難度，減少各個(gè)部分之間的耦合度，增強系統的穩定性。如圖所示，整個(gè)系統主要由CPU，傳感器，RS232接口以及GSM模塊構成。其中CPU是系統的核心控制部分，負責接受各模塊信號，進(jìn)行處理，并控制其它模塊;傳感器探測汽車(chē)被啟動(dòng);GPRS模塊用來(lái)收發(fā)短信，向車(chē)主手機通過(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，能夠達到對汽車(chē)斷油，斷電的目的。

3.3系統硬件部分

1)采用了Atmel公司生產(chǎn)的AT89S52單片機作為處理核心，該處理器有32個(gè)I/O口，3個(gè)Timer，最多支持8個(gè)中斷。因為256B的片上RAM資源不夠，所以系統使用了擴展的64KRAM，此外AT89S52的8K片上flash對于該系統來(lái)說(shuō)已經(jīng)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(chǎng)合。

CPU外接型號為AT24C01的EEPROM作為數據存儲器，用來(lái)存放車(chē)主電話(huà)號碼等信息。AT24C系列串行E2PROM具有I2C總線(xiàn)接口功能，功耗小，寬電源電壓(根據不同型號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。系統中使用了P2口模擬I2C總線(xiàn)與E2PROM連接，這樣的方式相比硬件實(shí)現I2C協(xié)議可以簡(jiǎn)化電路，降低成本。

AT89S52芯片中提供了內置看門(mén)狗，在一定的時(shí)間周期內，我們必須對看門(mén)狗的寄存器進(jìn)行設置，如果沒(méi)能及時(shí)設置，看門(mén)狗將使系統復位。