基于μC／OS-II的低功耗車(chē)載防盜系統的設計

當今市場(chǎng)的汽車(chē)的防盜手段通常都是被動(dòng)防盜型的，即采機械式或者電子式的手段當車(chē)輛遇到非法入侵時(shí)車(chē)輛防盜系統會(huì )采取預設的防盜手段并自動(dòng)報警。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，而且無(wú)法及時(shí)尋回被盜車(chē)輛。為此在本文中作者設計了基于μC/OS—II的低功耗車(chē)載防盜系統。該系統是一種區別于傳統防盜器的新型防盜手段，利用當代覆蓋面最廣的GSM網(wǎng)絡(luò )與GPS系統對車(chē)輛進(jìn)行監控。

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

1 系統的設計目標

1)位置及車(chē)輛內部情況相關(guān)數據的傳送，包括用主動(dòng)請求系統發(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)行計費的，因為本系統要求的數據大小不大，故本系統主要采取GPRS方式進(jìn)行信息通信。但由于在某些偏遠地方或人群聚集的地方，GPRS信號可能不好，故系統亦可通過(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緊急報警功能：當車(chē)輛遇上交通事故，搶劫等緊急情況時(shí)司機可通過(guò)緊急按鈕向預設好的安全號碼發(fā)送求救信號，并上傳當前車(chē)輛定位數據。

②防盜報警功能：當系統設置為防盜模式時(shí)，當系統檢測到車(chē)輛有異常時(shí)，系統會(huì )切斷車(chē)輛供油系統與鎖定剎車(chē)系統。并發(fā)送當前定位數據到用戶(hù)手機。

③尋回車(chē)輛功能：當發(fā)現車(chē)輛被盜時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)發(fā)送預設指令，可主動(dòng)切斷車(chē)輛供油系統并鎖定車(chē)輛。并發(fā)送定位數據到用戶(hù)手機。幫助用戶(hù)尋回自己被盜車(chē)輛。

2 系統硬件設計

MSP430F149微處理器的片上資源MSP430F149芯片是美國德州儀器公司推出的16位超低功耗微處理器，有60KB+256字節FLASH，2KB的RAM片內資源豐富，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、12位A/D轉換器、2個(gè)串行通信接口等模塊。結合芯片設計手冊設計微處理器電路如圖1所示。

其他硬件的實(shí)現系統的硬件設計主要有4個(gè)部分，即電源電路部分、GSM模塊電路部分、GPS模塊電路設計、繼電器控制電路設計。系統全部采用3.3 V電壓供電，由于GSM模塊的峰值電流可達到2 A，故采用美國芯源的電源芯片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。參考官方設計手冊設計了本系統的電源電路，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。

本設計采用GSM作為與車(chē)載終端與用戶(hù)終端通信手段，當車(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，且應用最廣泛的一種系統。我國已經(jīng)建成覆蓋全國的GSM數字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，現在是我國公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。本設計基于成本與穩定性原則，采用芯訊通無(wú)線(xiàn)科技有限公司推出的SIM900A模塊，該模塊是專(zhuān)為中國大陸和印度市場(chǎng)設計的雙頻的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數據業(yè)務(wù)提供無(wú)線(xiàn)接口。

本設計區別于傳統防盜器的最大亮點(diǎn)在于可實(shí)時(shí)掌握車(chē)輛當前位置與車(chē)輛內部情況。如是否已經(jīng)點(diǎn)火，當前車(chē)輛行駛速度等。故本設計采用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。本設計基于成本與穩定性原則，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)為低功耗低成本設計提供GPS數據接口。圖3為NEO—6M模塊外部電路設計圖。

3 系統軟件設計

軟件設計基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統μC/OS—II，μC/OS—II是一種基于優(yōu)先級的搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統，通過(guò)實(shí)時(shí)內核對CPU進(jìn)行管理，為每個(gè)任務(wù)分配CPU時(shí)間，當無(wú)需執行任務(wù)的時(shí)候，內核自動(dòng)切換CPU到休眠狀態(tài)，配合MSP430單片機的多種低功耗模式，可較為輕松的實(shí)現反應靈敏，功耗低，多任務(wù)的防盜系統。

μC/OS是一個(gè)基于優(yōu)先級的可剝奪型的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作內核，包含實(shí)時(shí)內核、任務(wù)管理、時(shí)間管理、任務(wù)間通信同步和內存管理等功能。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，內核簡(jiǎn)單易懂，對RAM與ROM占用低，適用于小系統的開(kāi)發(fā)。結合MSP430單片機可方便開(kāi)發(fā)出超低功耗的防盜系統。

1)系統流程圖

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，每個(gè)應用程序是一個(gè)任務(wù)，根據任務(wù)的性質(zhì)在系統中對其分配不同的優(yōu)先權。本系統的優(yōu)先級由高到低分別為系統初始化任務(wù)、短信通信任務(wù)、GPRS通信任務(wù)、車(chē)輛控制任務(wù)、GPS數據解析任務(wù)。

任務(wù)的示例程序如下所示：

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