張保森

（中國(guó)化工集團(tuán)昊華宇航化工有限責(zé)任公司 河南 焦作 454000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，家用汽車(chē)已進(jìn)入萬(wàn)千普通人的家庭成為重要的交通工具。而隨著汽車(chē)數(shù)量的增加，汽車(chē)安全防盜問(wèn)題日益被重視。汽車(chē)被盜搶或者被認(rèn)為破壞已成為一個(gè)不可忽視的社會(huì)問(wèn)題，給社會(huì)帶來(lái)諸多不安定因素，擔(dān)心自身車(chē)輛安全已經(jīng)成為困擾車(chē)主的主要問(wèn)題。據(jù)美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，全世界平均約20秒，就會(huì)有一輛汽車(chē)被盜搶?zhuān)瑲W洲各國(guó)年均汽車(chē)失竊數(shù)量高達(dá)三百多萬(wàn)輛。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的家用汽車(chē)安全形勢(shì)亦不容樂(lè)觀(guān)，年均汽車(chē)盜竊案件也在幾十萬(wàn)起。僅2013年，每天就會(huì)有大約600輛汽車(chē)被盜搶[1]。不可忽視的一個(gè)問(wèn)題是，伴隨科技的進(jìn)步和普及，現(xiàn)代盜車(chē)手段呈現(xiàn)高科技化的趨勢(shì)，高科技犯罪給汽車(chē)防盜技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，也迫使相關(guān)技術(shù)研究人員尋找更加全面的防盜策略。伴隨眾多汽車(chē)廠(chǎng)商的重視，在許多高端汽車(chē)出廠(chǎng)設(shè)置時(shí)即配備了較為完善的汽車(chē)防盜系統(tǒng)，但是對(duì)于更為廣大的低端微型汽車(chē)產(chǎn)品，相應(yīng)的配套設(shè)備還比較缺乏。

按結(jié)構(gòu)和功能可以將汽車(chē)防盜器分為四大類(lèi)：機(jī)械類(lèi)、電子類(lèi)、芯片類(lèi)以及網(wǎng)絡(luò)類(lèi)[2]。其中機(jī)械鎖一般不單獨(dú)使用，是最早也是最基本的防盜裝置；目前被廣泛運(yùn)用的是各式電子類(lèi)防盜器；伴隨科技的發(fā)展，集成度更高的芯片類(lèi)和網(wǎng)絡(luò)類(lèi)防盜器正在蓬勃發(fā)展，在解決價(jià)格劣勢(shì)問(wèn)題后，必將成為未來(lái)汽車(chē)防盜技術(shù)的主流技術(shù)。目前新型的芯片類(lèi)防盜系統(tǒng)均具有獨(dú)特的識(shí)別與判斷功能，網(wǎng)絡(luò)類(lèi)防盜系統(tǒng)主要依賴(lài)現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的跟蹤與定位，還局部遠(yuǎn)程車(chē)輛狀態(tài)顯示與報(bào)警等功能，網(wǎng)絡(luò)所帶來(lái)的最大優(yōu)勢(shì)在于其突破了空間限制。本設(shè)計(jì)從現(xiàn)有最新型芯片類(lèi)和網(wǎng)絡(luò)類(lèi)防盜產(chǎn)品入手，提出一種多模塊汽車(chē)防盜系統(tǒng)，即整體系統(tǒng)集成了GSM通訊和GPS定位芯片，可以借助GSM網(wǎng)絡(luò)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過(guò)智能手機(jī)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控車(chē)輛的全方位狀況。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該汽車(chē)防盜系統(tǒng)融合了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，GSM無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊[3]，GPS全球衛(wèi)星定位[4]等關(guān)鍵技術(shù)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。報(bào)警系統(tǒng)整體接入移動(dòng)手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以短信形式發(fā)送報(bào)警信息給車(chē)主的終端設(shè)備，同時(shí)可利用GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的準(zhǔn)確跟蹤與定位，把把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送至終端智能手機(jī)中。防盜系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)停車(chē)熄火自動(dòng)喚醒和車(chē)主遠(yuǎn)距離啟動(dòng)或停止，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，則當(dāng)車(chē)輛存在異常情況時(shí)，會(huì)通過(guò)手機(jī)短信及時(shí)向設(shè)定好的終端發(fā)送報(bào)警信息，為避免車(chē)主單終端可能出現(xiàn)的接收信息不及時(shí)問(wèn)題，該系統(tǒng)可設(shè)置多終端接收模式，可直接將報(bào)警信息設(shè)置為發(fā)送給小區(qū)保安，片區(qū)警察等。整體系統(tǒng)由信號(hào)采集模塊，MCU控制模塊，定位模塊，GSM通訊模塊以及終端收發(fā)模塊等多模塊組成，模塊化設(shè)計(jì)極大提升了系統(tǒng)的可重構(gòu)功能，可以根據(jù)用戶(hù)需求，快速拼接出滿(mǎn)足客服需求的產(chǎn)品。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the system

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

終端介紹系統(tǒng)中幾個(gè)關(guān)鍵模塊的硬件電路設(shè)計(jì)，包括電源模塊，MCU模塊，SIM908模塊。

2.1 電源模塊電路設(shè)計(jì)

整體系統(tǒng)由車(chē)載電瓶供電，常用車(chē)載電瓶的輸出電壓一般是12 V。該系統(tǒng)不同芯片所需供電電壓不同，共需要三種電壓：MCU芯片STM32F203C8[5]額定電壓為 3.3 V；GSM芯片SIM908采用4V供電；其它處理電路所需電壓為5 V。

電源模塊采用了二級(jí)降壓方式，將12 V電源分別轉(zhuǎn)換成5 V、4 V以及3.3 V。一級(jí)降壓電路利用LM2576S-5.0芯片實(shí)現(xiàn)12 V至5V的電壓轉(zhuǎn)換，電路使用LM2576S-ADJ和AMS1117芯片將5 V轉(zhuǎn)換成4 V和3.3 V。具體電路如圖2所示。

圖2 電源模塊電路Fig.2 The circuit of power supply module

2.2 STM32F103C8 最小系統(tǒng)電路

MCU采用STM32F103C8T6芯片。該芯片內(nèi)核為基于ARM的CORTEX-M3構(gòu)架，具有高性能，低成本，低功耗等特點(diǎn)。中央微處理器設(shè)計(jì)是整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的核心，承擔(dān)著保障系統(tǒng)整體運(yùn)行的任務(wù)。主要負(fù)責(zé)連接和控制各個(gè)功能模塊，同時(shí)承擔(dān)大數(shù)據(jù)運(yùn)算和信息傳輸決策的功能。該核心芯片的其最小系統(tǒng)電路圖如圖3所示。

2.3 SIM908 模塊電路

SIM908芯片[6]是 SIMCOM公司于2011年推出的集成GPS功能的四頻GSM/GPRS模塊。以SIM908模組為核心設(shè)計(jì)硬件電路，包含電源濾波和備用電池的設(shè)計(jì)。采用多選排針設(shè)計(jì)備用電池供電，通過(guò)跳線(xiàn)完成功能選擇的切換。通過(guò)軟件指令啟動(dòng)SIM908，即主控芯片開(kāi)始工作后，將指令信號(hào)通過(guò)PB0端口發(fā)送出去，SIM908通過(guò)三極管啟動(dòng)或關(guān)斷實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)操作。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

汽車(chē)防盜系統(tǒng)軟件功能包括：接收?qǐng)?bào)警信息、收發(fā)短消息、GPS定位、對(duì)汽車(chē)遠(yuǎn)程控制等功能。系統(tǒng)初始化和開(kāi)中斷完成后，整體系統(tǒng)處于低功耗的閑置待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)汽車(chē)遭遇盜搶后，系統(tǒng)會(huì)接收到中斷信號(hào)，此中斷信號(hào)將結(jié)束系統(tǒng)的閑置狀態(tài)，進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，以應(yīng)對(duì)引起中斷的事件，并在相應(yīng)的標(biāo)志位置保留中斷信息，在事件處理完畢后，系統(tǒng)將跳出中斷子程序，回到主程序去執(zhí)行各自相應(yīng)的處理程序，全部事件處理完畢將重新進(jìn)入閑置待機(jī)狀態(tài)。圖4是主程序流程圖。

系統(tǒng)主控程序主要包括對(duì)相關(guān)設(shè)備及函數(shù)的初始化調(diào)用和設(shè)置，以及在主程序運(yùn)行過(guò)程中調(diào)用其他模塊中的相關(guān)函數(shù)，完成相應(yīng)的功能。整體思想采用輪詢(xún)方式，在主循環(huán)程序中通過(guò)中斷相應(yīng)，調(diào)用子模塊實(shí)現(xiàn)各子模塊的程序小循環(huán)，在系統(tǒng)關(guān)鍵部位設(shè)置看門(mén)狗，防止系統(tǒng)進(jìn)入死循環(huán)或死機(jī)。GPS模塊通過(guò)串口接收緯度、經(jīng)度和時(shí)間等GPS數(shù)據(jù)，當(dāng)收到定位消息時(shí)，發(fā)出警報(bào)，中央處理器啟動(dòng)GPS。中央處理器會(huì)判斷接收到是否為有效信息，即信息首位是否為‘$’，進(jìn)而分析是否為GPRMC信息。確認(rèn)GPRMC信息后，根據(jù)固定格式讀取經(jīng)度、緯度、時(shí)間等信息，最終MCU將信息打包通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)以短信形式發(fā)送到車(chē)主定義的終端設(shè)備。

4 實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

完成硬件和軟件設(shè)計(jì)后，為驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否成功，對(duì)系統(tǒng)定位功能進(jìn)行了測(cè)試。圖5是整體系統(tǒng)的實(shí)物圖。

圖3 MCU最小系統(tǒng)電路圖Fig.3 The circuit of MCU minimum system

圖4 主程序流程圖Fig.4 The flow chart of main program

為驗(yàn)證GPS定位系統(tǒng)的可靠性，將裝有該防盜系統(tǒng)的車(chē)輛停放某固定場(chǎng)所。用設(shè)置好的終端手機(jī)發(fā)送指令"GPSDat"，將會(huì)實(shí)時(shí)接收到車(chē)輛的定位信息。如圖6所示：其中3953.288122為緯度，11623.484043為經(jīng)度，度分格式為（dddmm.mmmm）；090231.000 為時(shí)間， 格式為（hhmmss.sss），此時(shí)間為格林威治時(shí)間，與北京時(shí)間有8小時(shí)時(shí)差；A分別代表有效定位和自主定位模式。將獲取的信息輸入谷歌地圖[7]，可以發(fā)現(xiàn)與實(shí)際車(chē)輛停放位置吻合，如圖7所示。

圖5 系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.5 The diagram of material object

圖6 終端接收GPS信息Fig.6 GPSinformation on the terminal equipment

圖7 谷歌地圖定位結(jié)果Fig.7 Positioning results of Google maps

5 結(jié) 論

基于GSM/GPS的網(wǎng)絡(luò)式汽車(chē)防盜系統(tǒng)可以將位置信息、報(bào)警信息和車(chē)輛其他信息發(fā)送到車(chē)主設(shè)定的終端設(shè)備。大大降低了汽車(chē)被盜風(fēng)險(xiǎn)，以及在被盜后追回車(chē)輛的精度。該系統(tǒng)可作為單獨(dú)產(chǎn)品加裝于任何型號(hào)的車(chē)輛上，性?xún)r(jià)比極高。在實(shí)際環(huán)境中對(duì)系統(tǒng)的定位精度做了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示該系統(tǒng)運(yùn)行良好，所提供的定位數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠。系統(tǒng)整體創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在，該系統(tǒng)可與車(chē)輛原有普通電子防盜器配合使用，既提高了報(bào)警的可靠性，又降低了成本。

[1]趙東艷，原義棟，石磊，等.用于智能電網(wǎng)建設(shè)的北斗/GPS高精度授時(shí)方案關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（9）:2621-2625.ZHAO Dong-yan，YUAN Yi-dong，SHI Lei，et al.Key technology in beidou/GPShigh-precision time service scheme for smart grid construction[J].Power System Technology，2013，37（9）:2621-2625.

[2]何光禹，孫成，蔡海峰，等.基于GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)的新型汽車(chē)防盜系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010，18（8）:29-32.HE Guang-yu，SUN Cheng，CAI Hai-feng， et al.New auto guard anti-theft system based on GPS and GSM network[J].Electronic Design Engineering，2010，18（8）:29-32.

[3]黃藝，胡善岳，何芊，等.基于Android平臺(tái)的移動(dòng)通訊設(shè)備的GPS定位研究[J].激光雜志，2014，35（3）:42-44.HUANG Yi，HU Shan-yue，HE Qian，et al.Localization of GPS mobile communication equipment based on Android platform[J].LASERNAL， 2014，35（3）:42-44.

[4]劉基余.GPS衛(wèi)星導(dǎo)航定位原理與方法[M].北京:科學(xué)出版社，2003.

[5]鄒水龍，高杰.基于物聯(lián)網(wǎng)的汽車(chē)GPS定位防盜系統(tǒng)的研究[J].江西科學(xué)，2012，30（6）:821-827.ZOU Shui-long，GAO Jie.A research based on the internet of things of automotive GPS positioning anti-theft system[J].Jiangxi Science，2012，30（6）:821-827.

[6]鄭惠琴，林慶超，李盛龍.基于MSP430單片機(jī)的汽車(chē)防盜鑰匙芯片的研究與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（15）:157-158，163.ZHENG Hui-qin，LIN Qing-chao，LI Sheng-long.Research and implementation of vehicle anti-theft key chip based on MSP430[J].Modern Electronics Technique，2014，37（15）:157-158，163.

[7]文志成.通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)-GPRS[M].北京:電子工業(yè)出版社，2004.