余為清，劉舉平

(華東交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西南昌330013)

汽車防盜技術(shù)是與汽車環(huán)境、汽車機(jī)械和汽車電子技術(shù)緊密相關(guān)的系統(tǒng)工程技術(shù)。目前，大多數(shù)汽車防盜系統(tǒng)都存在較為明顯的缺陷，主要表現(xiàn)在報(bào)警方式僅為聲光報(bào)警、報(bào)警距離短、安裝不隱蔽、易于被解除等。隨著GSM及GPS技術(shù)的快速發(fā)展，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，可構(gòu)建出低成本、高可靠性的車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器，從而可以克服傳統(tǒng)車用聲光報(bào)警器存在的不足。本文利用片上型微控制器SPCE061A作為測(cè)控核心，恰當(dāng)?shù)乩迷撔酒谟布败浖系呢S富資源，降低開(kāi)發(fā)成本，提高了可靠性?；贕SM技術(shù)和GPS技術(shù)的車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警，具有報(bào)警距離遠(yuǎn)、報(bào)警信息豐富、可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn)。

1 遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器的原理與結(jié)構(gòu)

車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器的供電采用大容量可充電鋰離子電池，通過(guò)選用低功耗微控制器以及設(shè)定定時(shí)通訊模式，可大幅度降低運(yùn)行功耗，增長(zhǎng)工作時(shí)間，滿電量連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不小于100小時(shí)。

車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器采用凌陽(yáng)的SPCE061A作為控制器。原理如圖1所示。由于SPCE061A內(nèi)部自帶硬件看門狗電路，可有效避免防止程序跑飛故障，提高跟蹤報(bào)警器的可靠性。利用SPCE061A自帶的7路通用A/D變換器可方便連接各種類型的模擬量輸出型車載傳感器，可編程的通用I/O可用于連接各類數(shù)字量傳感器。SPCE061A內(nèi)部的Flash Rom除用于存儲(chǔ)用戶程序，還可保存系統(tǒng)設(shè)置的一些參數(shù)，包括通訊號(hào)碼、通訊密碼等[1]。車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器采用GSM的短信平臺(tái)與用戶終端進(jìn)行連接通訊，采用GPS模塊獲得車輛的地理坐標(biāo)、實(shí)時(shí)時(shí)間及車輛運(yùn)行方向、速度等信息。為避免車輛運(yùn)行過(guò)程中突然熄火造成嚴(yán)重事故，該跟蹤報(bào)警器不設(shè)置對(duì)車輛油路、電路的控制功能。

1.1 GSM模塊設(shè)計(jì)

GSM模塊采用西門子公司的TC35，TC35的應(yīng)用特點(diǎn)為[2]:

(1)頻段為雙頻GSM 900MHz和GSM 1 800MHz;

(2)支持TXT方式短信;

(3)電源范圍寬;

(4)可采用異步串行通訊方式，支持語(yǔ)音傳輸。

由于SPCE061A微控制器只有一組UART接口，為實(shí)現(xiàn)與GSM模塊及GPS模塊的串口通訊，設(shè)計(jì)上采用數(shù)據(jù)選擇器完成UART口的擴(kuò)展。為解決GSM模塊偶爾會(huì)發(fā)生死機(jī)情況，首先應(yīng)注意通訊電平的兼容，其次利用SPCE061A的I/O口控制TC35的電源，可實(shí)現(xiàn)TC35的重新啟動(dòng)。

對(duì)GSM模塊的操作可參照西門子TC35操作手冊(cè)進(jìn)行[2]，采用AT指令進(jìn)行短信的收發(fā)操作，指令內(nèi)容均為ASCⅡ碼。

由于TC35具有波特率自適應(yīng)的特點(diǎn)，為提高通訊的可靠性，并兼顧與GPS模塊的通訊，選定通訊的波特率為9 600 bps。

1.2 GPS模塊設(shè)計(jì)

GPS模塊采用了SiRFⅡ芯片型號(hào)，利用串行數(shù)據(jù)通訊方式與SPCE061A進(jìn)行對(duì)接。該模塊帶有資料備份電池，能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動(dòng)。GPS模塊集成有內(nèi)置天線，可有效減小裝置體積，便于車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器的隱蔽安裝。

主要性能參數(shù):

衛(wèi)星頻率通道數(shù)目:12顆衛(wèi)星訊號(hào)

接收衛(wèi)星頻率:1 575.42MHz

接收碼:L1，C/A

精確度位置誤差:5 m(CEP)

感度:-152 dBm

使用坐標(biāo)系統(tǒng):WGS84

定位時(shí)間冷開(kāi)機(jī)器:＜45 s

熱開(kāi)機(jī)器:＜5 s

重新抓取:1 s

適用范圍海拔:極限18 000m

速度:極限515m/s

加速度:極限4G

輸出格式:NMEA 0183 V3.01，ASCII 出(default:RMC)。

利用SPCE061A可以讀取GPS模塊輸出的ASCII碼，獲得車輛當(dāng)前的經(jīng)度、緯度、運(yùn)動(dòng)方向等信息。數(shù)據(jù)格式設(shè)置為1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)，通訊波特率為9 600 bps。為獲得時(shí)間、經(jīng)緯度、地面速度信息等，采用GPRMC最小定位信息。

GPRMC的數(shù)據(jù)格式為[2]:

其中，“GP”為交談識(shí)別符，“RMC”為語(yǔ)句識(shí)別符;“*”是檢驗(yàn)和識(shí)別符?！癶h”是校驗(yàn)和。

(1)UTC時(shí)間:hhmmss(時(shí)分秒)格式;

(2)定位狀態(tài):A=有效定位，V=無(wú)效定位;

(3)緯度:ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸);

(4)緯度半球:N(北半球)或S(南半球);

(5)經(jīng)度:dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸);

(6)經(jīng)度半球:E(東經(jīng))或W(西經(jīng));

(7)地面速率(000.0～999.9節(jié)，前面的0也將被傳輸);

(8)地面航向(000.0～359.9度，以真北為參考基準(zhǔn)，前面的0也將被傳輸);

(9)UTC日期:ddmmyy(日月年)格式;

(10)磁偏角(000.0～180.0度，前面的0也將被傳輸);

(11)磁偏角方向:E(東)或W(西)。

實(shí)際應(yīng)用中，提取時(shí)間、位置信息、運(yùn)動(dòng)方向，速度信息，并利用有效位，對(duì)定位數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對(duì)時(shí)間進(jìn)行換算，轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間。

2 遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)與測(cè)試

車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器工作過(guò)程中，包含著較為復(fù)雜的功能。為協(xié)調(diào)好包括GSM短信收發(fā)[3]、GPS數(shù)據(jù)定時(shí)讀取[4]、傳感器信號(hào)檢測(cè)等多個(gè)任務(wù)，向車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器移植了嵌入式操作系統(tǒng)M ini-OSⅡ軟件進(jìn)程調(diào)度見(jiàn)圖2。

Mini-OS為基于優(yōu)先級(jí)的搶占式任務(wù)調(diào)度，總是運(yùn)行就緒條件下優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)。通過(guò)修改頭文件等完成任務(wù)創(chuàng)建。由于采用任務(wù)方式，可有效解決高速任務(wù)與低速任務(wù)的執(zhí)行效率問(wèn)題。

將SIM卡插入GSM模塊的插槽中，系統(tǒng)上電。GSM模塊首次啟動(dòng)的時(shí)間無(wú)需很多，但GPS模塊的冷啟動(dòng)時(shí)間比較久，發(fā)現(xiàn)手冊(cè)給出的時(shí)間應(yīng)該是一個(gè)平均啟動(dòng)時(shí)間。利用手機(jī)向車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器發(fā)送指令遙控碼，可準(zhǔn)確獲得車輛位置及運(yùn)行信息;發(fā)送泊停車監(jiān)測(cè)指令后，人為觸發(fā)警報(bào)傳感器，用戶手機(jī)可接收到由有車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器發(fā)送的警報(bào)信息。

圖2 車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器軟件進(jìn)程示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

設(shè)計(jì)了基于GSM技術(shù)和GPS技術(shù)的車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器，SPCE061A的采用降低了開(kāi)發(fā)成本，由于其內(nèi)部自帶大容量的Flash Rom，并具有較高的處理速度，為嵌入式操作系統(tǒng)的移植提供了條件。采用GSM技術(shù)和GPS技術(shù)的車用遠(yuǎn)程跟蹤報(bào)警器有效地克服了傳統(tǒng)車用聲光報(bào)警器報(bào)警距離短，報(bào)警形式單一等缺點(diǎn)。可為車輛防盜以及追查被盜車輛提供有效幫助。

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