基于DSP的汽車(chē)定位防盜系統的設計

概述

隨著(zhù)人們生活水平的提高，汽車(chē)已逐步進(jìn)入家庭，對汽車(chē)防盜的要求越來(lái)越高。盡管市場(chǎng)上的汽車(chē)防盜器正逐步改善，但這些防盜器主要采用呼叫報警、高壓電擊等， 伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車(chē)偷盜技術(shù)也越來(lái)越高，使人防不勝防。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) 已向著(zhù)自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。


GSM格式是目前手機使用的主要制式，在市場(chǎng)上占有80%以上的份額。把GPS與GSM結合起來(lái)， 不僅可以利用GPS技術(shù)進(jìn)行汽車(chē)的全球定位，實(shí)現良好的導航，而且可以利用GSM網(wǎng)絡(luò )廣泛的覆蓋面積和短信功能，使車(chē)主對汽車(chē)當前狀態(tài)有及時(shí)了解，從而整體提高汽車(chē)的導航 防盜性能。

1 系統體系結構設計

基于DSP芯片，由GPS模塊、GSM無(wú)線(xiàn)通信模塊以及必要的輔助電路組成的汽車(chē) 定位防盜功能系統結構框圖如圖1所示。在圖1中，DSP對于GPS和GSM模塊都通過(guò)串口控制，G SM模塊與DSP本身的串口連接，利用8251擴展一個(gè)串口供GPS模塊使用。檢測控制及其輔助電路都可以直接使用DSP的I／O口。TMS320LF240的DSP芯片的I／O端口都具有復用功能，因此 只需在控制寄存器中設置信息使I／O作為通用I／O即可。



以DSP為控制器的系統在開(kāi)機運行初始化后，將處于不停地接收汽車(chē)位置信息的狀態(tài)中，同 時(shí)系統也在等待檢測狀態(tài)和接收用戶(hù)查詢(xún)消息的中斷。一旦有一中斷產(chǎn)生就會(huì )轉移到相應的 中斷處理子程序。若系統的設防信號無(wú)效，則控制系統不進(jìn)行上述操作。

系統在設防信號有效后，DSP主要循環(huán)處理GPS接收機接收到的位置信息。每 一次有獲得新電文標志，則調用子程序進(jìn)行電文處理，主要是分離電文中有用的信息如經(jīng)緯 度、時(shí)間和校驗和等，并把這些數據存入指定的存儲空間。無(wú)線(xiàn)通信模塊TC35T也是通過(guò)串口和DSP進(jìn)行信息交換的，在此串口接收是用中斷來(lái)取得使用控制器的權力。如有異常車(chē)況 發(fā)生如設防情況下的車(chē)門(mén)開(kāi)啟、發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)等也將會(huì )向DSP發(fā)出中斷請求。在軟件中把TC35T 引起的中斷設為低優(yōu)先級，即在車(chē)況發(fā)生異樣同時(shí)有車(chē)主主動(dòng)查詢(xún)消息，則DSP控制器不會(huì ) 響應TC35T的中斷申請。

若DSP控制器接收到中斷申請，并判斷檢測到是發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)信號引起中斷(可以延時(shí)一定時(shí)間 如100 ms再檢測一次，仍然有效才確定為啟動(dòng)信號有效，這樣可以防止誤操作)。系統將處 理發(fā)動(dòng)機啟動(dòng)中斷服務(wù)子程序，即將發(fā)送短消息(the engine is running)給用戶(hù)(也可以設定發(fā)送次數)。如果車(chē)主沒(méi)有及時(shí)作出回應，隔5 min可以再發(fā)一次，并且發(fā)出間隔1 min，每次持續30 s本地報警信號；斷電、斷油的信號立即有效(在本次模擬實(shí)驗中是兩個(gè)指示燈點(diǎn)亮)，20 s后抱閘信號也處于有效；同時(shí)把處理結果和當前GPS接收機接收到的位置信息通 過(guò)無(wú)線(xiàn)通信發(fā)送給車(chē)主。同理，若檢測到左車(chē)門(mén)、右車(chē)門(mén)被破壞的信號或有震動(dòng)時(shí)，除了發(fā)送給車(chē)主的短消息內容不一樣外其他處理方法類(lèi)似。

當用戶(hù)手機發(fā)送檢測狀態(tài)(check status)短消息要求控制系統返回當前狀態(tài)時(shí)，控制系統會(huì ) 根據目前系統的狀態(tài)來(lái)做不同的響應：當未處于設防狀態(tài)時(shí)，控制系統處于還沒(méi)設防(defen ses isnt it set)的短消息給用戶(hù)；當處于設防狀態(tài)下，系統完好則會(huì )發(fā)送狀態(tài)完好(all is ok)的短消息給用戶(hù)。若系統已經(jīng)遭到破壞則一般已經(jīng)采取過(guò)相應的處理措施如首先鎖車(chē)，則此時(shí)會(huì )發(fā)送鎖車(chē)(the engine is locked)短消息給用戶(hù)，并會(huì )把進(jìn)一步處理方法同時(shí)發(fā)送通知用戶(hù)。若要解鎖，需要用戶(hù)發(fā)送一定的密碼同時(shí)發(fā)送解鎖(unlock engine)信息給控制系統，才能有效的解鎖。其他情況按照類(lèi)似的方法處理。

2 系統可行性分析

2.1DSP技術(shù)

DSP具有極其高速的數字處理能力和很大的運算量。因此，它能滿(mǎn)足高效實(shí)時(shí)信號處理的要求。這種新器件的特點(diǎn)如下：

(1)采用哈佛(HARVARD)結構，高度并行運算大大提高運算速度；

(2)芯片內配置了一個(gè)或多個(gè)硬件乘法器和累加器，能實(shí)現單指令乘、加運算和變址運算；

(3)芯片內專(zhuān)門(mén)設置了功能很強的專(zhuān)用指令，可以實(shí)現指令的重疊運行；

(4)芯片內設置了多種功能很強的外圍器件和接口，使其運算速度比PC機要快很多倍；

(5)DSP增加了硬件循環(huán)控制，當完成循環(huán)初始化后。實(shí)際運行中循環(huán)不再消耗指令周期。大大提高了數字信號處理的運算速度；

(6)DSP成本低、銷(xiāo)售價(jià)格逐年降低。

在DSP領(lǐng)域中，德州(TI)公司的產(chǎn)品及其配套技術(shù)與開(kāi)發(fā)工具目前在市場(chǎng)上得到了廣泛應用。文中采用的TMS320LF240是TMS320C24x系列之一。TMS320LF24x也稱(chēng)為DSP控制器，是TI公司1997年推出的性?xún)r(jià)比較高的16位定點(diǎn)DSPs，是專(zhuān)門(mén)針對電機、逆變器、機器人、數控機床等控制而設計的。

由于目前的研究仍處于模擬階段，檢測車(chē)況的信號是由開(kāi)關(guān)來(lái)觸發(fā)的，對車(chē)況信號的反應是通過(guò)是否點(diǎn)亮指示燈來(lái)判斷，所以板外的電路相對簡(jiǎn)單。DSP控制器是通過(guò)串口控制GPS接收模 塊和無(wú)線(xiàn)通信模塊GSM的，而TMS320LF240只有一個(gè)串口所以需要擴展串口。另外監測狀態(tài)都 是通過(guò)中斷來(lái)觸發(fā)DSP控制功能的，TMS320LF240只有3個(gè)外部可屏蔽中斷源，所以也需要對外部中斷進(jìn)行擴展。其他被使用的端口都可以設定為一般的I／O口。

2.2 GPS基本原理

美國從1973年開(kāi)始籌建全球定位系統GPS，并于1994年全部投入使用。全球定位系統(GPS)由3個(gè)區段組成：GPS衛星星座、地面控制／監視網(wǎng)絡(luò )和用戶(hù)接收設備。其中用戶(hù)設備主要是一個(gè)衛星訊號接收器，依照不同的目的而有不同的定位能力，基本的功能是接收L1載波，分離出C／A電碼，進(jìn)行最簡(jiǎn)單的虛擬距離定位，也是一般車(chē)輛定位所使用的機型。其中必須注意的是：GPS衛星產(chǎn)生兩種不同的載波來(lái)承載所有電碼與訊息，其中C／A碼僅調置在L1載波上，P碼則分別調置在L1與L2載波上，并區別為P1與P2電碼。一般用戶(hù)使用的GPS接收模塊的功能框圖如圖2所示。主要由頻率接收處理電路和信號處理器組成?，F在為了保存近期一定的位置信息同時(shí)添加了程序存儲器和數據存儲器，其中I／O接口包括串口和通用數據口等直接供用戶(hù)使用。



2.3 GSM短消息業(yè)務(wù)

GSM系統可以提供兩大業(yè)務(wù)，即基本業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)?；緲I(yè)務(wù)包括電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)；補充業(yè)務(wù)則不單獨提供，是對基本業(yè)務(wù)的補充。GSM提供的電信業(yè)務(wù)有電話(huà)、短消息和傳真等。短消息業(yè)務(wù)是GSM系統中惟一不要求建立端－端業(yè)務(wù)路徑的業(yè)務(wù)，即使移動(dòng)臺已處于完全電路性通信情形下亦可進(jìn)行短消息傳輸，就是說(shuō)一個(gè)消息的傳輸就構成了一次通信。

使用的TC35T無(wú)線(xiàn)GSM通信終端是西門(mén)子公司在無(wú)線(xiàn)模塊TC35上集成必要的接口而成的。用TC35T模塊來(lái)做發(fā)送接收設備，利用短消息的傳送實(shí)現車(chē)主和車(chē)上控制之間有關(guān)汽車(chē) 位置信息和監測控制信息的交換。這種方式具有通信成本低、頻譜利用率高、系統容量大、業(yè)務(wù)種類(lèi)多、保密性能好、抗干擾能力強、通話(huà)質(zhì)量高、自動(dòng)漫游等優(yōu)點(diǎn)，它利用信令信道傳輸，不用撥號建立連接，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息服務(wù)中心，由短消息服務(wù)中心再發(fā)給最終的信宿，是目前應用廣泛的通信方案。

3 結語(yǔ)

文中把汽車(chē)定位和防盜功能結合起來(lái)考慮，在設備的安裝上不會(huì )存在重復，同時(shí)也把防盜、定位都提高到智能化這一層次上來(lái)，同時(shí)也為網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展奠定了基礎；采用DSP和TMS320LF240系列作為控制器，有諸多其他控制器沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn).