基于GSM家庭小汽車(chē)防盜報警系統的研究

摘要：現如今，人們對物質(zhì)生活的不斷追求，小汽車(chē)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(chē)偷盜技術(shù)也越來(lái)越高，令人們防不勝防，汽車(chē)防盜無(wú)論是對汽車(chē)制造商還是社會(huì )保險業(yè)都具有極其重要的研究?jì)r(jià)值，針對市場(chǎng)上流行的普通的防盜報警器產(chǎn)品大多數存在防盜功能單一、可靠性低、缺乏跟蹤監控功能等缺點(diǎn)，文中設計了一種基于GSM通訊平臺和GPS衛星定位的汽車(chē)防盜系統，通過(guò)嵌入式系統的設計，利用GSM短消息的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議，構建了一個(gè)在車(chē)主、監控中心和汽車(chē)之間的通信的交互平臺，實(shí)現了汽車(chē)導航與防盜功能的結合。
關(guān)鍵詞：GSM(全球移動(dòng)通信系統)；汽車(chē)防盜系統；嵌入式系統；通信協(xié)議

針對目前世界范圍內汽車(chē)盜竊案的上升趨勢，各汽車(chē)廠(chǎng)家都在不斷地改進(jìn)防盜技術(shù)，尤其是隨著(zhù)微電子技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)防盜技術(shù)己向著(zhù)自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。汽車(chē)防盜器按其結構和功能大致分為4類(lèi)：機械式，電子式，芯片式和網(wǎng)絡(luò )式。其中，機械鎖是最傳統的防盜裝置，一般不單獨使用；電子式防盜系統是目前應用最廣泛的一種裝置；而芯片式數碼防盜器和網(wǎng)式防盜系統是汽車(chē)防盜系統的發(fā)展方向。本文根據汽車(chē)防盜系統所涉及基本原理，系統數據信息處理中用的GSM短信息協(xié)議，詳細介紹了系統的硬件構成，包括系統電源電路、微控制器MSP430F149、GSM無(wú)線(xiàn)模塊、TC35、GPS接收模塊以及外圍的檢測控制電路。本系統相對與市面上其它類(lèi)型的防盜報警系統優(yōu)勢在于，可以將部分已經(jīng)安裝在車(chē)主汽車(chē)上的普通電子式防盜器改裝成網(wǎng)絡(luò )式汽車(chē)防盜系統，從而大大降低用戶(hù)費用投入，提升產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比。

1 防盜系統的工作原理
汽車(chē)防盜系統是一個(gè)綜合運用嵌入式技術(shù)、GPs技術(shù)㈣、GSM無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的平臺。系統采用移動(dòng)電話(huà)網(wǎng)做為通信媒體．利用GPs定位技術(shù)及電子技術(shù)、計算機技術(shù)等手段，對被監控的車(chē)輛進(jìn)行全方位的監控和跟蹤，并把相應的數據信息通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )傳送到監控中心。車(chē)載終端檢測車(chē)輛的狀態(tài)，如果發(fā)現車(chē)輛出現異常，向監控中心和用戶(hù)發(fā)出報警信息同時(shí)．也接收來(lái)自監控中心和用戶(hù)的命令，并解析命令執行相應操作。該防盜系統主要由車(chē)載終端、無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )和監控中心組成。系統的組成原理如圖l所示。

2 系統的硬件設計
基于GSM的汽車(chē)防盜系統主要由：車(chē)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 ))、監控中心、用戶(hù)手機組成。在對系統的通信平臺、定位技術(shù)、功能和性能要求分析的基礎上，提出系統的整體設計方案。圖2表示了系統的硬件結構框圖。

硬件的主要技術(shù)指標包括：
1)需要2個(gè)UART串口。
2)由于程序較為復雜，需要支持在線(xiàn)仿真。
3)GPS定位時(shí)要求定位精度10 m以?xún)取?br /> 4)要求單片機處理速度較高。
5)由于整個(gè)系統從汽車(chē)電瓶取電，要求系統功耗較低。
6)采用信號燈反映系統狀態(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單片機簡(jiǎn)介
設計中所選用的控制核心為MSP430F149單片機是TI公司推出的MSP430系列單片機中的一種，該系列單片機具有16位RISC結構，能夠達到很高的代碼效率，除此之外，MSP430系列單片機還具有以下的顯著(zhù)特點(diǎn)：
1)低電壓、低功耗，在穩定的工作在1．8～3．6 V之間，在系統時(shí)鐘頻率較低的情況下，其消耗電流能降低到400 μA以下。
2)強大的處理能力。MSP430系列單片機具有16位RISC結構，簡(jiǎn)潔的內核指令系統，當工作在8 MHz系統時(shí)鐘下時(shí)，指令周期為125 μs。
3)穩定的工作性能。MSP430單片機中，內置看門(mén)狗，同時(shí)系統能夠在多個(gè)時(shí)鐘源之間切換，保證系統正常工作。
4)豐富的片內資源。MSP430系列內置了豐富的片內資源模塊，主要包括看門(mén)狗(WDT)、定時(shí)器A(Timer A)、定時(shí)器B(Timer B)、比較器、串口0、串口1，硬件乘法器、模數轉換(ADC)、基本I／O口、基本定時(shí)器等。
5)工業(yè)級產(chǎn)品。MSP430系列單片機都是工業(yè)級產(chǎn)品，具有-40度到+85度的工作溫度范圍，并具有較強的抗干擾能力。MSP430F149單片機內部結構如圖3所示。

2．2 GSM模塊TC35
TC35是Siemens公司推出的新一代無(wú)線(xiàn)通信GSM模塊，可以快速安全可靠地實(shí)現系統方案中的數據、語(yǔ)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(xiàn)接口六部分組成，如圖4所示。

2．3 GPS接收機
作為GPS用戶(hù)主要部件的GPS接收機，用來(lái)接收處理GPS衛星送來(lái)的衛星位置信息。接收機由主機天線(xiàn)、運算單元、輸出通道等部分組成。主機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，接收機將衛星信息接收、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(shí)間信。在GPS接收機的二次開(kāi)發(fā)過(guò)程中，采用了TARMIN GPS25-LVC接收機。如圖5所示為
該接收機的原理示意圖。

3 各模塊電路設計
3．1 系統電源
高品質(zhì)的電源是硬件性能穩定的基礎。穩定的輸出電壓、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)的標準，如何設計系統可靠穩定的電源系統，是整個(gè)硬件設計的重點(diǎn)。由于本系統需要采用汽車(chē)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(shí)輸入電流很小，但當有數據傳輸時(shí)峰值電流可達2 A；其他電路功耗較小，大概為幾十毫安。圖6為系統的電源電路。

3．2 TC35模塊接口電路設計
TC35模塊主要通過(guò)兩線(xiàn)(TXD，RXD)與單片機的串口進(jìn)行連接，從而實(shí)現單片機對TC35模塊的控制。下圖7為T(mén)C35模塊的接口設計。

3．3 GPS25LP-LVC的電路
GPS25LP-LVC只需通過(guò)一個(gè)12針的引腳和系統相連，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，為了保證其工作穩定性，存引腳10與引腳8之間可加一個(gè)10MF的保持電容。如圖8所示。

3．4 單片機處理電路
單片機電路作為整個(gè)系統的核心控制部分，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(wú)須電平轉換。具體電路如圖9所示。

3．5 汽車(chē)防盜報警電路
汽車(chē)上裝設的點(diǎn)火鎖和手控鎖并不能有效的防止汽車(chē)被偷盜，所以現代很多汽車(chē)安裝了電子防盜報警器。當發(fā)生偷盜情況時(shí)，報警喇叭會(huì )持續響一段時(shí)間，同時(shí)關(guān)閉汽車(chē)發(fā)動(dòng)系統。但是如果用戶(hù)離汽車(chē)較遠時(shí)，當有人試圖進(jìn)入汽車(chē)或其他東兩碰撞汽車(chē)時(shí)，用戶(hù)并不能聽(tīng)見(jiàn)喇叭的報警音，從而造成一些不明的損失，所以?xún)H僅有喇叭并不能達到防盜的目的。本防盜系統可以將報警器的報警信號轉為短消息“您的汽車(chē)被人動(dòng)，快去看看”并發(fā)送給用戶(hù)提醒注意，完全實(shí)現遠程監控汽車(chē)的目的。利用檢測報警喇叭線(xiàn)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
人機接口模塊是用戶(hù)與控制器交互的橋梁，主要由鍵盤(pán)和顯示器組成。鍵盤(pán)實(shí)現對控制器參數的修改，顯示器用來(lái)顯示系統的各參數以及系統的運行狀態(tài)。本控制器使用的是內置兩片SED1520FOA驅動(dòng)芯片的CGM-12232點(diǎn)陣式液晶屏。通過(guò)液晶屏可以直觀(guān)地顯示出系統當前的運行狀態(tài)等。
2)鍵盤(pán)接口
本系統設計中，鍵盤(pán)接口采用4X4行列式矩陣鍵盤(pán)接口，采用查詢(xún)掃描的方式進(jìn)行工作，行線(xiàn)和列線(xiàn)分別采用4根數據線(xiàn)。鍵盤(pán)有16個(gè)鍵，其中有0-9共10個(gè)數字鍵；一個(gè)功能切換鍵，可以在輸入用戶(hù)手機號碼和檢測汽車(chē)的左前后門(mén)右前后門(mén)及前蓋箱和后蓋箱被非正常打開(kāi)；一個(gè)ENTER確定鍵，一個(gè)CANCEL取消鍵，三個(gè)預留鍵，如圖11所示。

4 結論
基于GSM／GPS的嵌入式汽車(chē)防盜系統是利用移動(dòng)通信技術(shù)、衛星定位技術(shù)對傳統防盜器領(lǐng)域的拓展。本文提出的系統方案采用GSM，GPS等新技術(shù)，通過(guò)設計具有遠程監控功能的通訊平臺，并為汽車(chē)防盜和監控提供了全方位解決方案，為汽車(chē)防盜系統的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展提供了技術(shù)基礎。而在原有的車(chē)載防盜系統上加裝GPS模塊，將使該系統既可以保留原有的與車(chē)載導航系統的聯(lián)系，又可以獨立于車(chē)載導航系統，單獨投入市場(chǎng)，大大增加了該系統的實(shí)用性，有著(zhù)廣闊的應用前景。