徐 麗，師 衛(wèi)，趙 梁

(太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西太原030024)

0 引言

近幾十年，汽車的應(yīng)用得到了快速地發(fā)展，但汽車電子防盜器的發(fā)展相對(duì)滯后，其缺點(diǎn)也逐漸地暴露出來(lái)，傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)在許多方面存在著缺陷，如系統(tǒng)抗干擾能力差，在外界的干擾下容易誘發(fā)報(bào)警導(dǎo)致誤報(bào)，因此，誤報(bào)成了防盜器無(wú)法逾越的障礙［1～3］。本文提出了一種基于可編程片上系統(tǒng)(PSoC)的汽車防盜報(bào)警技術(shù)，利用無(wú)線遙控器作為遙控開關(guān)來(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉防盜報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)汽車實(shí)現(xiàn)全面的監(jiān)控;同時(shí)，本文利用了PSoC技術(shù)，該技術(shù)與傳統(tǒng)的單片機(jī)相比，可以在單個(gè)芯片上提供一個(gè)微處理器和可編程的模擬和數(shù)字外圍函數(shù)，它自己可以實(shí)現(xiàn)大量外圍電路［4］，這樣就保證了資源的合理化利用并降低了成本;利用GSM網(wǎng)絡(luò)以發(fā)短信的方式使用戶及時(shí)接收?qǐng)?bào)警信息［5］，讓車主可以采取有效的措施避免汽車被盜。

1 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

1.1 PSoC

PSoC［6］是在單個(gè)芯片上提供一個(gè)微處理器和可編程的模擬和數(shù)字外圍函數(shù)，PSoC的周邊數(shù)字資源和周邊模擬資源以數(shù)字模塊和模擬模塊的方式提供。PSoC取代了傳統(tǒng)MCU、系統(tǒng)IC等。PSoC可應(yīng)用于汽車、電子領(lǐng)域以及工業(yè)領(lǐng)域等。

1.2 CYFI無(wú)線通信技術(shù)

CYFI是Cypress公司［7］推出的針對(duì)嵌入式控制領(lǐng)域的一種低成本、低功耗、高可靠性的無(wú)線射頻解決方案。CYFI通過(guò)使用直接序列擴(kuò)頻(DSSS)調(diào)制技術(shù)能以預(yù)設(shè)的頻段間隔來(lái)搜索干凈的信道進(jìn)行通信。同時(shí)，CYFI SNP協(xié)議棧可直接在PSoC Designer中使用，使用戶無(wú)需自行編寫任何通信協(xié)議或編碼。

1.3 GSM通信網(wǎng)絡(luò)

GSM即全球移動(dòng)通信系統(tǒng)［8］，是第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)之一。GSM系統(tǒng)由以下分系統(tǒng)組成:交換分系統(tǒng)(MSS);基站分系統(tǒng)(BSS);移動(dòng)臺(tái)(MS)和操作與維護(hù)分系統(tǒng)(OMS)。GSM系統(tǒng)以最低成本為大量用戶提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)。目前，它已被廣泛應(yīng)用于整個(gè)世界。用戶標(biāo)識(shí)模塊(SIM)是GSM的一個(gè)最顯著的特點(diǎn)，它是一個(gè)存儲(chǔ)信息的內(nèi)存器件，短消息業(yè)務(wù)是通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

1.4 系統(tǒng)硬件架構(gòu)與工作原理

本系統(tǒng)主要包括PSoC主控模塊、GSM通信模塊、無(wú)線遙控模塊、SC—1傳感器模塊和電源模塊等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理:當(dāng)振動(dòng)傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，說(shuō)明有人闖入汽車，報(bào)警信號(hào)傳給PSoC控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)接收到命令后，給車主打電話，告知車主有危險(xiǎn)。車主通過(guò)手機(jī)編輯短信再發(fā)送給PSoC控制系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)的操作。無(wú)線遙控模塊作為遙控開關(guān)用來(lái)啟動(dòng)和關(guān)閉防盜報(bào)警系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig 1 System structure diagram

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 傳感器模塊電路設(shè)計(jì)

該模塊采用SC—1振動(dòng)傳感器。SC—1振動(dòng)傳感器是一種將振動(dòng)和位移相結(jié)合的控制器件，可應(yīng)用于汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)。電路原理圖由圖可知，4腳外接延時(shí)控制電容，取值越大，延時(shí)就越大;反之，亦然，通常取值為0.1～100μF之間。2腳是外接靈敏度設(shè)定電阻，阻值設(shè)定在51～100 kΩ之間，阻值與靈敏度呈正比。當(dāng)振動(dòng)SC—1時(shí)，3腳輸出由低電平轉(zhuǎn)為高電平，延時(shí)過(guò)后自動(dòng)由高電平轉(zhuǎn)為低電平。SC—1振動(dòng)傳感器電路原理圖如圖2所示。

圖2 振動(dòng)傳感器電路圖Fig 2 Vibration sensor circuit diagram

2.2 GSM通信模塊電路設(shè)計(jì)

TC35i西門子工業(yè)GSM模塊［9］可以進(jìn)行中文短信息的發(fā)送與接收，并且GSM模塊的接口連接器與SIM卡的讀卡器相連，天線連接器與SIM卡的天線相連接。TC35i的數(shù)據(jù)接口在AT命令下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙向傳輸，它支持Text和PDU格式的短消息業(yè)務(wù)(short message service，SMS)。本論文中可以利用TC35i模塊向車主發(fā)送報(bào)警信息，讓車主根據(jù)實(shí)際情況做相應(yīng)處理。

2.3 無(wú)線遙控模塊電路設(shè)計(jì)

該模塊選用PSoC 27443芯片，實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信。圖3為無(wú)線遙控器電路圖。無(wú)線模塊選擇CYRF7936，由圖可知，D1為指示燈，JP1為編程排針，J1為與模塊連接的插座。

圖3 無(wú)線遙控器電路圖Fig 3 Wireless remote control circuit diagram

2.4 PSoC主控制模塊電路設(shè)計(jì)

主控制器選擇了PSoC 29466芯片，包括4行16個(gè)數(shù)字陣列和4列12 個(gè)模擬陣列。P0［2］，P0［4］，P0［6］分別連接 K1，K2，K3，即防盜報(bào)警模塊。P2［4］接 SC—1，即振動(dòng)傳感器模塊。P1［3］，P1［5］，P1［7］接 GSM 通信模塊。外接CYRF7936無(wú)線模塊，實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控器的通信。JP1為固定好的排針，此排針可以用于在線編程，并用它來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的燒寫，J1為與CYRF7936模塊連接的插座。

圖4為主控制器外圍電路圖。

圖4 主控制模塊電路圖Fig 4 Master control module circuit diagram

2.5 電源模塊電路設(shè)計(jì)

電源由汽車內(nèi)的蓄電池提供12 V的直流電壓，而GSM無(wú)線模塊需要5V電源，因此，LM2576系列適用于車內(nèi)12 V直流電壓的轉(zhuǎn)換。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件部分主要包括:GSM通信模塊、無(wú)線遙控模塊，以及傳感器模塊。由程序流程圖可知，首先進(jìn)行初始化，初始化成功之后，再檢測(cè)是否有車主發(fā)送短消息，如果有，則根據(jù)車主的指示執(zhí)行相應(yīng)的操作;如果沒(méi)有，則檢測(cè)遙控信號(hào)，若有遙控信號(hào)，則根據(jù)指示做進(jìn)一步的處理;如果沒(méi)有，則檢測(cè)是否有傳感器信號(hào)，若有，則根據(jù)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的操作;如果沒(méi)有，則返回初始狀態(tài)，進(jìn)行下一次的檢測(cè)，如此循環(huán)往復(fù)。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖Fig 5 Main program flow chart

4 系統(tǒng)測(cè)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

SC—1振動(dòng)傳感器內(nèi)含振動(dòng)和位移傳感元件、靈敏度限制元件、檢測(cè)控制電路、延時(shí)電路和輸出級(jí)等。由SC—1振動(dòng)傳感器電路圖可知，4腳外接延時(shí)控制電容，通常取值為0.1～100μF之間，由于它取值越大延時(shí)就越大，所以，選取了5.4μF。2 腳接設(shè)定電阻，阻值分別取 50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，100 kΩ，阻值隨著靈敏度的升高而升高，隨著靈敏度的降低而降低。當(dāng)振動(dòng)SC—1時(shí)，3腳輸出由低電平轉(zhuǎn)為高電平進(jìn)行報(bào)警，延時(shí)過(guò)后自動(dòng)由高電平再轉(zhuǎn)為低電平。此次系統(tǒng)測(cè)試的時(shí)間為10 min，根據(jù)人們?cè)诓煌淖柚迪禄顒?dòng)來(lái)測(cè)試傳感器的靈敏度并記錄報(bào)警次數(shù)，從而選擇合適的阻值。由圖6可知，電阻值與報(bào)警次數(shù)呈正比關(guān)系，50～55 kΩ之間報(bào)警次數(shù)較少，不能反映真實(shí)情況，75～10 kΩ之間報(bào)警次數(shù)太頻繁，容易導(dǎo)致誤報(bào)，所以，綜上所述，60～70 kΩ之間是最佳選擇。

圖6 電阻值與報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖Fig 6 Resistance and alarm number statistics figure

5 結(jié)束語(yǔ)

在汽車防盜需求的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，采用PSoC技術(shù)動(dòng)態(tài)地完成片上資源的重新分配，實(shí)現(xiàn)新的外圍元器件的功能，這一點(diǎn)為系統(tǒng)資源節(jié)約了大量成本，并且?guī)?lái)了最大的經(jīng)濟(jì)效益。利用GSM網(wǎng)絡(luò)以發(fā)短信的方式告知車主汽車的安全狀況，減少汽車被盜的機(jī)率，很大程度上滿足了車主對(duì)于汽車安全的需求。實(shí)踐證明:該方案具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］謝崇明.GSM汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.裝備制造技術(shù)，2008(1):105-107.

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