萬(wàn)云霞，龐　鑠，付群健，黎淼蘭，胡　鶴

(吉林大學(xué) 儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130026)

智能防盜車(chē)鎖跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

萬(wàn)云霞，龐鑠，付群健，黎淼蘭，胡鶴

(吉林大學(xué) 儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130026)

摘要:設(shè)計(jì)了一種可自動(dòng)定位的智能防盜車(chē)鎖跟蹤系統(tǒng)，以STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制器，輔以液晶顯示屏(LCD)顯示模塊、聲光報(bào)警模塊、全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)通信模塊、GPS定位模塊、加速度模塊等功能模塊。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人狀態(tài)下的聲光防盜功能，同時(shí)在被盜后可以進(jìn)行定位并通過(guò)GSM通信模塊短信通知車(chē)主。測(cè)試結(jié)果表明：定位誤差小于5 m，信息更新速度不低于0.2次/min。

關(guān)鍵詞:防盜車(chē)鎖；全球移動(dòng)通信系統(tǒng)；全球定位系統(tǒng)；加速度模塊

0引言

隨著社會(huì)物質(zhì)財(cái)富的日益增長(zhǎng)和人們生活水平的提高，安全成為現(xiàn)代居民最關(guān)心的問(wèn)題之一。在各行各業(yè)中，防盜報(bào)警至關(guān)重要，尤其是車(chē)鎖的防盜功能。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、功能單一，安全性很低[1]；而電子鎖克服了機(jī)械鎖安全性能差的缺點(diǎn)，保密性高，使用靈活性好[2]。

本文設(shè)計(jì)在電子鎖的基礎(chǔ)上增加全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(global system for mobile communications,GSM)模塊、全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)定位模塊和加速度模塊設(shè)計(jì)智能防盜車(chē)鎖。其中，密碼鎖模塊具有按鍵輸入顯示、輸入錯(cuò)誤提示、控制報(bào)警、修改密碼等多種功能；加速度模塊和GPS定位模塊在車(chē)子被盜時(shí)能感應(yīng)車(chē)子移動(dòng)并實(shí)現(xiàn)定位；GSM通信模塊可發(fā)短信通知車(chē)主，實(shí)現(xiàn)被盜后的準(zhǔn)確定位，保證了車(chē)子的安全。

1整體設(shè)計(jì)

智能防盜車(chē)鎖跟蹤系統(tǒng)以控制器和各功能模塊為核心[3]。實(shí)現(xiàn)功能為當(dāng)密碼輸入正確時(shí)車(chē)鎖打開(kāi)，所有防盜報(bào)警功能都關(guān)閉；若無(wú)密碼輸入或密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)車(chē)子被移動(dòng)，加速度模塊感應(yīng)加速度變化，此時(shí)獲取GPS模塊的定位信息，通過(guò)GSM模塊將定位信息發(fā)送到車(chē)主手中，達(dá)到防盜目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖和總體流程圖如圖 1、圖2所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig 1　Overall structure of system

2模塊設(shè)計(jì)

智能防盜車(chē)鎖跟蹤系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)由控制模塊、密碼鎖模塊、加速度模塊、GPS模塊和GSM模塊組成，所有模塊集中在一塊電路板上，通過(guò)各模塊相互配合，共同實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警功能。

圖2　系統(tǒng)總體流程圖Fig 2　Overall flow chart of system

2.1控制模塊

此系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為控制器，該單片機(jī)內(nèi)部自帶60k FLASH ROM,可用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)，支持串口程序燒寫(xiě)，有利于實(shí)現(xiàn)程序在線(xiàn)燒錄。同時(shí)具有高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，有利于減輕系統(tǒng)重量，穩(wěn)定性好[4]。

最重要的是，STC12C5A60S2單片機(jī)有兩個(gè)串口(RXD,TXD和RXD1,TXD1)，可以實(shí)現(xiàn)GPS模塊與GSM模塊同時(shí)連接到單片機(jī)上。串口1與GPS定位模塊連接，串口2與GSM通信模塊連接。GPS成功定位后，將定位信息通過(guò)串口1發(fā)給單片機(jī)，然后發(fā)送定位信息字符串到串口2 ，串口2利用中斷函數(shù)控制，保存接收到的數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)發(fā)到車(chē)主手機(jī)中，可方便的實(shí)現(xiàn)雙串口通信。

2.2密碼鎖模塊

密碼鎖模塊由STC12C5A60S2單片機(jī)作為主控芯片，16個(gè)按鍵作為輸入鍵，結(jié)果通過(guò)LCD顯示。為了防止掉電等意外情況的發(fā)生，采用AT24C02 作為掉電保護(hù)[5～7]。當(dāng)通過(guò)按鍵輸入密碼時(shí)，若密碼正確則車(chē)鎖打開(kāi)且指示燈亮，此時(shí)可修改密碼，按修改鍵后連續(xù)輸入2次即可確定新密碼，提高了安全性；若密碼錯(cuò)誤時(shí)會(huì)在顯示屏上提示輸入錯(cuò)誤，當(dāng)連續(xù)錯(cuò)誤3次后按鍵被鎖定，蜂鳴器持續(xù)報(bào)警1 min。密碼鎖整體仿真圖與整體流程圖如圖3、圖4。

圖3　密碼鎖整體仿真圖Fig 3　Whole simulation diagram of combination lock

圖4　密碼鎖整體流程圖Fig 4　Whole flow chart of combination lock

2.3加速度模塊

當(dāng)無(wú)密碼輸入或密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)需要感知到車(chē)子被移動(dòng)才啟動(dòng)GPS定位模塊和GSM通信模塊。本系統(tǒng)采用加速度傳感器感知車(chē)子移動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)車(chē)子移動(dòng)時(shí)，加速度值發(fā)生變化，傳感器感知加速度變化值并將其傳至單片機(jī)，進(jìn)而啟動(dòng)GPS模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)定位。

加速度傳感器選用MMA7455，它是一種數(shù)字輸出、低功耗、緊湊型加速度傳感器，無(wú)需外加A/D轉(zhuǎn)換器，體積小、質(zhì)量輕[8]。另外具有信號(hào)調(diào)理、溫度補(bǔ)償?shù)裙δ?，受溫度變化影響小，穩(wěn)定性好。工作時(shí)只需把VCC,GND,SCL,SDA4個(gè)管腳與單片機(jī)連接，使用方便，加速度模塊的工作原理圖如圖5所示。

圖5　加速度模塊工作原理圖Fig 5　Working principle diagram of acceleration module

2.4GPS定位模塊

車(chē)子被盜后，為了獲取車(chē)子的準(zhǔn)確位置，系統(tǒng)增加了GPS定位功能。利用GPS定位模塊確定車(chē)子所在位置的經(jīng)緯度，完成定位和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)的形式，分離出度、分、秒，得到所需的N(S),E(W)坐標(biāo)，再通過(guò)串口TXD,RXD分別與單片機(jī)的RXD,TXD相連，將定位結(jié)果傳給單片機(jī)，起到定位防盜的作用。

系統(tǒng)采用CNP301UA型號(hào)的GPS模塊，該模塊具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、精度高、收星快、靈敏度高以及用戶(hù)可靈活自定義配置等的優(yōu)點(diǎn)[9]，可以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確定位。

在測(cè)試過(guò)程中，在不同的地點(diǎn)分別定位，定位結(jié)果如圖6所示。

圖6　不同地點(diǎn)的定位結(jié)果Fig 6　Positioning results in different locations

經(jīng)查找資料可知，在經(jīng)線(xiàn)上緯度差1°，實(shí)際距離相差111 km，則相差1′的距離大概為111 km/3 600=30.8 m；在緯線(xiàn)上經(jīng)度差1°，實(shí)際距離相差111cos α(km)(α為當(dāng)前緯度值)，則相差1′的距離大概為111 km/3 600 cos α。

2.5GSM通信模塊

當(dāng)車(chē)子被盜后，如果能準(zhǔn)確獲知車(chē)子的具體位置，對(duì)于追回被盜車(chē)輛具有關(guān)鍵作用。因此，可以采用GSM通信模塊將GPS的定位信息實(shí)時(shí)發(fā)送到車(chē)主手機(jī)中，使車(chē)主能及時(shí)掌握車(chē)子所在方位。

本系統(tǒng)采用SIM900A通信模塊實(shí)現(xiàn)與車(chē)主手機(jī)的通信，SIM900A通信模塊可以低功耗實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信、接打電話(huà)等功能[10～13]，GSM模塊與計(jì)算機(jī)之間通過(guò)AT指令完成數(shù)據(jù)通信，需要設(shè)置發(fā)送短消息模式為T(mén)ext格式并確定接收信息的號(hào)碼。SIM900A通信模塊的工作流程圖如圖7所示。

圖7　SIM900A通信模塊的工作流程圖Fig 7　Working flow chart of SIM900A communication module

3測(cè)試結(jié)果

密碼鎖可實(shí)現(xiàn)基本功能，密碼輸入正確時(shí)車(chē)鎖打開(kāi)指示燈亮，有3次輸入機(jī)會(huì)，若3次都錯(cuò)誤蜂鳴器報(bào)警，且在密碼鎖打開(kāi)的情況下可以修改密碼。輸入密碼顯示結(jié)果與修改密碼顯示結(jié)果如圖8。

圖8　輸入和修改密碼顯示結(jié)果Fig 8　Displayed results when entering password and changing password

GPS模塊可以定位出當(dāng)前的經(jīng)緯度，當(dāng)車(chē)子被盜時(shí)開(kāi)始定位，并且將定位信息通過(guò)GSM模塊發(fā)到車(chē)主的手機(jī)中，圖9為手機(jī)接收到的定位信息。

圖9　手機(jī)接收到的定位信息Fig 9　Positioning information received by mobile phone

4結(jié)束語(yǔ)

完成了智能防盜車(chē)鎖跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測(cè)試。在傳統(tǒng)電子鎖的基礎(chǔ)上，增加了密碼保護(hù)和實(shí)時(shí)定位功能，更加智能化。通過(guò)輸入密碼解決了傳統(tǒng)鑰匙易被盜的缺點(diǎn)；利用加速度模塊、GPS模塊和GSM模塊相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了車(chē)子被盜時(shí)的實(shí)時(shí)定位跟蹤功能。測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)的定位精度小于5 m，從車(chē)子被盜到接收到短信的響應(yīng)時(shí)間小于60 s/次。系統(tǒng)為電子防盜車(chē)鎖的發(fā)展提供新的設(shè)計(jì)思路，具有很高的使用價(jià)值和開(kāi)發(fā)潛力。

參考文獻(xiàn):

[1]張永強(qiáng).高可靠性電子鎖設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2012(9):91-95.

[2]楊靖,田登堯,白天蕊.基于GSM的防盜系統(tǒng)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010,18(11):150-153.

[3]沈紅衛(wèi).基于單片機(jī)結(jié)構(gòu)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.

[4]覃明,李濤波,王小云,等.基于STC12C5A60S2單片機(jī)的電子密碼鎖設(shè)計(jì)[J].中國(guó)西部科技,2014,13(9):34-36.

[5]周功明.基于A(yíng)T89C2051 單片機(jī)的防盜自動(dòng)報(bào)警電子密碼鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2007,26(5):112-115．

[6]李明喜.新型電子密碼鎖的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2004,17(3):40.

[7]董繼成.一種新型安全的單片機(jī)密碼鎖[J].電子技術(shù),2004(3):58-60.

[8]王雨,陳常嘉，董巖磊.基于加速度傳感器的車(chē)輛防盜技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2013,23(5):135-141.

[9]邱宗德.星載GPS接收機(jī)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)航天,2003(11):23-26.

[10] 李鴻.用單片機(jī)控制手機(jī)收發(fā)短信息[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2003(1):24-26.

[11] 鄭萬(wàn)溪,黃元慶,張?chǎng)?等.基于GPRS通信技術(shù)的遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)[J].傳感器與微系統(tǒng)，2008,27(2):83-85.

[12] 張明珊.基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)數(shù)據(jù)接入終端的研究與設(shè)計(jì)[D].杭州:浙江工業(yè)大學(xué),2004.

[13] 閆正龍.基于GIS/GPS/GSM/GPRS技術(shù)的車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008,38(1):127-130.

Design of intelligent anti-theft lock tracking system*

WAN Yun-xia,PANG Shuo,FU Qun-jian,LI Miao-lan,HU He

(College of Instrumentation and Electrical Engineering,Jilin University,Changchun 130026,China)

Abstract:An intelligent anti-theft lock tracking system which can fix position automatically is designed,MCU STC12C5A60S2 is chosen as main controller,and the system is composed of LCD display module,sound-light alarm module,GSM communication module,GPS module,acceleration module and some other function modules.When vehicle is stolen,system can realize sound light alarm function without human,and lacate the position of vehicle after stolen using GPS module,meanwhile,the location information will be sent to the owner through short message by GSM module.Test results show that system positioning error is less than 5 m and information updating rate is not less than 0.2 times/min.

Key words:anti-theft lock;global system for mobile communications(GSM);global positioning system(GPS);acceleration module

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)05—0100—03

收稿日期：2015—08—11

*基金項(xiàng)目：吉林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014B65259)

中圖分類(lèi)號(hào):TH 89

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1000—9787(2016)05—0100—03

作者簡(jiǎn)介:

萬(wàn)云霞(1980-)，女，山東煙臺(tái)人，博士，工程師，主要研究方向?yàn)轭l率域電磁探測(cè)信號(hào)處理、感應(yīng)式弱磁傳感器。