基于GSM的汽車(chē)防盜報警器設計

隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，家庭及公用汽車(chē)越來(lái)越多，而被盜車(chē)輛的數量也在逐年增長(cháng)。傳統的汽車(chē)防盜器存在很多弊端，如作用距離短,可產(chǎn)生噪聲污染,不能遠程報警,需要安裝等。這些弊端給居民生活帶來(lái)了很大的不便，一些居民區甚至禁止安裝汽車(chē)防盜報警器。

GSM(Global System for Mobile Communication)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)成熟，覆蓋范圍廣是已被廣泛應用的通信網(wǎng)絡(luò )體系。近幾年來(lái)，GSM網(wǎng)絡(luò )的短信、通話(huà)等基礎服務(wù)技術(shù)也得到越來(lái)越多的電路設計工程師的重視[1]。將目前汽車(chē)防盜器的設計思想和GSM網(wǎng)絡(luò )的功能相結合,便可實(shí)現防盜器的遠程報警功能，解決傳統防盜器的弊端。

1 防盜系統與防盜器的總體方案設計

1.1 防盜系統結構

防盜系統有遙控器、防盜器、GSM網(wǎng)絡(luò )以及用戶(hù)手機組成。其系統結構如圖1所示。

防盜器可置于汽車(chē)內任意位置，通過(guò)專(zhuān)用遙控器控制防盜器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。開(kāi)啟狀態(tài)下，當傳感器檢測到異常信號時(shí)，防盜器可通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )給用戶(hù)撥打電話(huà)，達到遠程防盜的目的。

1.2 防盜器內部結構設計

防盜器內部由5個(gè)模塊組成：主控模塊、GSM模塊、檢測模塊、遙控模塊與電源模塊。防盜器的結構如圖2所示。

主控模塊負責接收、處理遙控模塊、GSM模塊和檢測模塊發(fā)送的信號以及向GSM模塊發(fā)送控制指令等。

遙控模塊用來(lái)控制整個(gè)系統的工作狀態(tài)。當遙控器有按鍵按下時(shí)，接收模塊相應管腳會(huì )輸出信號，該信號通過(guò)單片機的外部中斷接口發(fā)送給CPU，CPU接收到信號后進(jìn)入中斷程序進(jìn)行開(kāi)、關(guān)操作。

GSM模塊負責按照CPU的指令向用戶(hù)手機發(fā)送呼叫信號進(jìn)行報警。

檢測模塊負責檢測汽車(chē)的異常振動(dòng)信號。

電源模塊負責給整個(gè)防盜器供電，設計時(shí)需要解決電源模塊的工作時(shí)間長(cháng)短問(wèn)題。

2 硬件電路的設計

針對各個(gè)模塊的功能以及設計要求，對系統各模塊的主要元件進(jìn)行了選型，并設計了具體電路。

2.1 主控模塊

系統對CPU的要求為：2個(gè)支持掉電喚醒的中斷；一對串口以便與GSM模塊通信；4個(gè)I/O端口以控制聲光以及GSM模塊的使能；一定容量的EEPROM空間以存儲用戶(hù)電話(huà)號碼等信息，及一個(gè)帶A/D轉換的I/O端口以測量電池充電的完成狀態(tài)。

為了在達到以上要求的同時(shí)盡量縮小防盜器體積，設計選用了宏晶科技的SOP型芯片STC12LE5402AD作為防盜器的CPU。它只有20個(gè)管腳，工作電壓為2.2 V～3.8 V，工作頻率為0～35 MHz，1 KB的EEPROM，2個(gè)支持掉電喚醒的外部中斷，一對串口，15個(gè)I/O端口，8路10位A/D轉換I/O端口，內置復位電路且功耗低，完全符合設計要求。系統主控模塊的電路如圖3所示。

遙控接收模塊檢測遙控器的開(kāi)啟信號，并將信號通過(guò)外部中斷口傳送給CPU，防盜器進(jìn)入工作狀態(tài)。當振動(dòng)檢測模塊檢測到異常振動(dòng)信號時(shí)，CPU通過(guò)I/O端口將SIM900B開(kāi)啟，并向GSM模塊發(fā)送AT指令，將SIM900B模塊初始化。GSM模塊通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )向用戶(hù)發(fā)送呼叫提示信號。

遙控接收模塊檢測到遙控器的關(guān)閉信號時(shí)，CPU將通過(guò)特定指令使系統進(jìn)入低功耗模式。遙控器發(fā)送開(kāi)關(guān)信號時(shí)，遙控信號指示電路會(huì )進(jìn)行聲光提示。

2.2 GSM模塊簡(jiǎn)介

GSM模塊選用的是SIMCOM公司的SIM900B模塊，該模塊體積小巧、性能穩定，自帶天線(xiàn)扣，性?xún)r(jià)比高，有四種工作頻率：GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz，可以實(shí)現語(yǔ)音、SMS、數據和傳真信息的低功耗傳輸[2]，滿(mǎn)足系統對GSM模塊的要求。

SIM900B的電路連接簡(jiǎn)圖如圖4所示。U3為SIM卡，SIM900B通過(guò)自有的SIM卡接口為SIM卡提供電源并向其發(fā)送指令，實(shí)現SMS、呼叫等功能。D4～D7是為了防止靜電損害，而在SIM卡座附近放置的瞬變電壓抑制二極管。

PWKEY管腳為SIM900B的使能端，軟件使該管腳拉低至少100 ms后，SIM900B進(jìn)入使能狀態(tài),此時(shí)CPU可通過(guò)串口向SIM900B發(fā)送指令。

2.3檢測模塊

考慮到大部分車(chē)被盜時(shí)會(huì )出現異常振動(dòng)，設計選用振動(dòng)傳感器為信號檢測器件。振動(dòng)傳感器也稱(chēng)振動(dòng)開(kāi)關(guān)，它一般有滾珠式與彈簧片式兩種。滾珠式振動(dòng)開(kāi)關(guān)帶有傾斜感應且只能單方向性觸發(fā)；彈簧片式振動(dòng)開(kāi)關(guān)無(wú)方向性限制，任何角度均可觸發(fā)[3]。針對以上問(wèn)題，設計選用了彈簧片式振動(dòng)開(kāi)關(guān)SW-58010S作為振動(dòng)檢測器件。

彈簧片式振動(dòng)開(kāi)關(guān)在靜止時(shí)為開(kāi)路OFF狀態(tài)，當受到外力碰觸而達到相應振動(dòng)力，或移動(dòng)速度達到適當離(偏)心力時(shí)，導電接腳會(huì )瞬間導通呈瞬間ON狀態(tài)；當外力消失時(shí)，開(kāi)關(guān)恢復為開(kāi)路OFF狀態(tài)。電路中振動(dòng)開(kāi)關(guān)一端接地，另一端經(jīng)上拉接單片機的I/O口，振動(dòng)開(kāi)關(guān)受到外力振動(dòng)時(shí)，I/O口接收到低電平信號，系統對信號進(jìn)行判斷并執行相應程序[4]。

2.4 遙控模塊

系統采用XD-YK04無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊實(shí)現防盜器的開(kāi)關(guān)控制。遙控器采用SC2260芯片固定碼編碼，遙控距離為30 m～50 m。遙控接收模塊工作電壓為3 V～5 V，解碼芯片采用的是SC2272-M4。當遙控器按鍵按下時(shí)，遙控接收模塊會(huì )將信號通過(guò)外部中端口傳送給CPU。由于CPU中斷采用下降沿觸發(fā)，而遙控模塊輸出為高電平信號,因此必須對遙控接收模塊的輸出信號進(jìn)行反相操作。

遙控接收模塊信號處理電路圖如圖5所示。當遙控器“開(kāi)”鍵被按下時(shí)，D0口輸出高電平，三極管Q4導通，模塊輸出端由原來(lái)的高電平變?yōu)榈碗娖?，CPU外部中斷觸發(fā)并執行中斷程序，系統被喚醒進(jìn)入工作狀態(tài)。同理，當“關(guān)”鍵下被按下時(shí)，防盜器會(huì )進(jìn)入掉電狀態(tài)。

2.5電源模塊

考慮到防盜器體積小、待機時(shí)間要求較長(cháng)以及內部元件在3.7 V以下均可正常工作，設計選用手機鋰電池作為系統電源。手機電池容量比一般紐扣電池大，體積相對小，供電時(shí)間長(cháng)。因此，當電池容量為1 500 mA/h時(shí)，一次充電可使用20天左右。

防盜器內CPU工作電壓為2.2 V～3.8 V，其他模塊工作電壓為3.7 V左右，因此鋰電池經(jīng)過(guò)降壓處理后才可給CPU及其外圍電路供電。

外部充電器可提供5 V電壓對防盜器內電池進(jìn)行充電并給各模塊供電。具體電源電路如圖6所示。圖中，3.7 V電池為鋰電池。如虛線(xiàn)框內電路所示，當有外接5 V電源時(shí)，電池經(jīng)過(guò)R13、R16分壓得到4.3 V電壓，此電壓給截止電壓為4.2 V的鋰電池充電,此時(shí)Q2導通，LED1亮紅燈以指示系統處于充電狀態(tài)。通過(guò)R14、R15組成的電位器可測知電池的充電完成狀態(tài)，電池充滿(mǎn)后，CPU控制電源充電指示燈變?yōu)榫G色。無(wú)外接電源時(shí),鋰電池供防盜器用電,此時(shí)Q2不導通，LED1燈滅。

工作狀態(tài)下，鋰電池輸出的電壓為3.7 V。二極管D2與D3為鍺二極管,工作時(shí)壓降為0.2 V～0.3 V，3.7 V電壓經(jīng)過(guò)降壓后,可得3.1 V～3.3 V的電壓,此電壓為CPU供電。

3 軟件設計

系統有開(kāi)、關(guān)兩種狀態(tài)。系統程序流程如圖7所示。系統處于“開(kāi)”工作狀態(tài)下，按下“關(guān)”鍵，系統執行“關(guān)”鍵的中斷程序。在程序中將寄存器PCON賦值為0x02后系統便會(huì )進(jìn)入掉電模式。該模式下CPU外部時(shí)鐘停振，CPU、定時(shí)器、串行口全部停止工作，但外部中斷仍正常工作，可將CPU從掉電模式中喚醒，從而節省了防盜器的功耗。

系統處于掉電模式時(shí)，遙控器“開(kāi)”鍵按下后，系統由外部中斷被喚醒進(jìn)入工作狀態(tài)。系統從掉電模式被喚醒后，首先執行掉電命令后的指令然后才會(huì )進(jìn)入中斷服務(wù)程序。因此在編寫(xiě)程序時(shí)一般會(huì )在使系統進(jìn)入掉電模式的指令后面加一條nop指令，例如：

PCON=0X02;
_nop_();

防盜器存儲單元可儲存一個(gè)電話(huà)號碼。用戶(hù)用手機撥打防盜器號碼一次，用戶(hù)的手機號碼便會(huì )將防盜器之前所存儲的號碼覆蓋。工作狀態(tài)下，防盜器周?chē)霈F異常振動(dòng)信號后，CPU將控制GSM模塊,并利用SIM卡通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )向系統存儲的號碼自動(dòng)撥號以提示用戶(hù)，用戶(hù)獲知后掛斷即可。

本文以STC12LE5402AD為主控芯片，以SIM900B為GSM模塊，以振動(dòng)傳感器為信號檢測器設計了一個(gè)小型汽車(chē)防盜器。該防盜器可實(shí)現的功能有：車(chē)輛被非法啟動(dòng)或挪移時(shí)可及時(shí)通知車(chē)主，有效防止車(chē)輛被盜情況；車(chē)輛被盜后，只要汽車(chē)被啟動(dòng)，公安部門(mén)便可以通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)監控被盜車(chē)輛的位置。防盜器體積小、無(wú)需安裝,無(wú)噪音污染且成本低，易于推廣。