張贏銀 張晁祎 劉瑞蕊 肖 迪南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院

汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張贏銀 張晁祎 劉瑞蕊 肖 迪
南京林業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院

鑒于目前的機(jī)械式汽車防盜系統(tǒng)功能不齊全、不能跟蹤定位，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的汽車防盜需求。同時(shí)，汽車數(shù)量的增多也使盜竊現(xiàn)象日益頻繁，且傳統(tǒng)機(jī)械鎖不能及時(shí)采取相應(yīng)的反映措施，所以有效的汽車防盜裝置對(duì)汽車而言顯得尤為重要。

本論文結(jié)合現(xiàn)代化的信息技術(shù)，運(yùn)用單片機(jī)、電子信息技術(shù)等，使用一種新型的基于GPS 的汽車防盜系統(tǒng)與設(shè)計(jì)，主要通過(guò)GPS把定位信息發(fā)送給控制器，控制器將把地理位置信息通過(guò)GSM模塊以短信息方式發(fā)送給車主，提醒車主汽車是否被盜，并可以通過(guò)短信回復(fù)的方式對(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控。

汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

論文主要采用MC9S12XS128系列單片機(jī)，通過(guò)SIM900網(wǎng)絡(luò)通信模塊，將GPS模塊的獲取定位信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)車主和車輛之間的通信，并實(shí)時(shí)監(jiān)控。車主在接到汽車報(bào)警后，通過(guò)手機(jī)可以接收到車輛的GPS信息，獲取被盜車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。

1.系統(tǒng)功能分析

系統(tǒng)設(shè)置：需要車主對(duì)單片機(jī)中的相應(yīng)指令進(jìn)行設(shè)置，包括車主手機(jī)號(hào)碼、監(jiān)控中心號(hào)碼、GPS定位信息的查詢字符、系統(tǒng)的初始化設(shè)置。

（1）遠(yuǎn)程報(bào)警：將SIM卡插入車載設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車輛連入網(wǎng)絡(luò)。在車輛被盜時(shí)，車載設(shè)備中的傳感器被觸發(fā)，通過(guò)語(yǔ)音系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警；此時(shí)，車主及可以通過(guò)終端，獲取GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

（2）報(bào)警監(jiān)控：車主在接受車輛報(bào)警后，可通過(guò)移動(dòng)終端對(duì)車輛發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸，車輛接收車主的控制命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的驅(qū)動(dòng)監(jiān)控功能。

（3）跟蹤定位：通過(guò)GSM模塊，利用短信服務(wù)，可以將GPS模塊定位的信息及時(shí)的反饋到車主及監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)跟蹤定位。

2.系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要組成：MCU模塊、GPS模塊、GSM模塊、傳感器模塊、語(yǔ)音模塊、電源電路。GPS模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)車輛定位跟蹤；GSM模塊主要負(fù)責(zé)車輛與車主及監(jiān)控中心的通信；MCU模塊負(fù)責(zé)分析GPS定位數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置進(jìn)行的相應(yīng)的處理。電源電路由LM2940為MCU、GPS及GSM提供5V直流電壓。防盜報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2. 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

由該汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可知，本系統(tǒng)需要兩個(gè)UART串口用來(lái)分別實(shí)現(xiàn)通信和定位的功能，這兩個(gè)功能正是汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)中最關(guān)鍵的技術(shù)；采用芯片MC9S12XS128，系統(tǒng)主要有如下這些模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)模塊、GPS模塊、GSM模塊、電源模塊、傳感器模塊、語(yǔ)音模塊等。

（1） GPS模塊外圍電路

在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中為了方便及時(shí)的更新或者選取更適合的模塊，GPS設(shè)計(jì)為獨(dú)立的模塊。該外圍電路主要以天線為主，模塊電路圖如圖2所示。

（2） GSM模塊SIM900A模塊是一款結(jié)構(gòu)緊湊的GSM/GPRS模塊，運(yùn)用SMT封裝，基于STE的單芯片方案，可以在內(nèi)部設(shè)置客戶應(yīng)用程序。SIM900A模塊的正常運(yùn)行需要相應(yīng)的外圍電路與其配合，如圖3所示。

（3） 語(yǔ)音模塊對(duì)外接口電路 本系統(tǒng)中采用了功能強(qiáng)大的語(yǔ)音芯片ISD1820，如圖4所示?？紤]到在汽車被盜時(shí)的情況復(fù)雜性，將語(yǔ)音系統(tǒng)的啟用權(quán)留給車主。是否運(yùn)用報(bào)警系統(tǒng)，將由車主決定。

3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

在該設(shè)計(jì)中，對(duì)于防盜報(bào)警系統(tǒng)的初始化，主要是對(duì)單片機(jī)總線時(shí)鐘、串口以及通用輸入輸出的接口等的初始化。

（1） 系統(tǒng)主程序流程圖

首先要對(duì)GSM通信模塊和串口通信進(jìn)行初始化，其次對(duì)串口進(jìn)行設(shè)置，然后再讀取是否有移位信號(hào)和震動(dòng)信號(hào)等傳輸，根據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)判斷是否要發(fā)送報(bào)警信號(hào)，如果接到報(bào)警信號(hào)，就通過(guò)手機(jī)等終端發(fā)送指令處理命令以控制汽車，保證汽車安全。系統(tǒng)的主程圖流程圖如圖5所示。

（2） 系統(tǒng)主程序流程圖

GPS程序流程圖軟件要實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS數(shù)據(jù)的接收和分析兩部分的處理，當(dāng)GPS數(shù)據(jù)接收模塊接收到幀頭數(shù)據(jù)后分析其經(jīng)度、緯度，時(shí)間等信息，若發(fā)現(xiàn)經(jīng)緯度發(fā)生變化，就證明汽車發(fā)生了移位，然后就設(shè)置好標(biāo)志位，將經(jīng)緯度信息傳送給GSM模塊。其GPS數(shù)據(jù)接收流程圖如圖6所示。

（3） GSM系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳送

GSM數(shù)據(jù)發(fā)送程序本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要目標(biāo)是監(jiān)測(cè)汽車是否處于危險(xiǎn)的情況，然后通過(guò)SIM900A發(fā)送短信到用戶手機(jī)上。通過(guò)向SIM900A寫(xiě)入不同的AT指令完成多種功能，即通過(guò)GSM模塊收發(fā)短信、撥打電話。在對(duì)SIM900A進(jìn)行操作的同時(shí)，通過(guò)串口編寫(xiě)AT指令發(fā)送給SIM900A。

4.系統(tǒng)調(diào)試分析

論文中對(duì)于GPS的調(diào)試為u-center，可以對(duì)NEO-6M GPS 模塊進(jìn)行全面的測(cè)試。將NEO-6M GPS 模塊通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口連接到電腦，并給GPS模塊供電。打開(kāi)u-center軟件在Receiver菜單里面選擇Port 為COM11（連接GPS模塊的串口端號(hào)），Baudrate為38400.再點(diǎn)擊圖中的連接/斷開(kāi)按鈕，即可連接上 NEO-6M GPS 模塊，同時(shí)軟件開(kāi)始顯示各種信息，如圖7所示。

通過(guò)按鍵F8，可調(diào)出Text Console窗口，查看來(lái)自GPS模塊的原始數(shù)據(jù)，如圖8所示。

圖2 GPS外圍模塊電路

圖3 GSM電路模塊

圖4 ISD1820外圍電路及接口

圖5 系統(tǒng)主程序流程圖

圖6 GPS數(shù)據(jù)接收流程圖

圖7 GPS信息顯示

圖8 TextConsole數(shù)據(jù)

由NMEA-0183協(xié)議中的常用命令表，如表1所示，以及NMEA-0183協(xié)議采用ASCII碼來(lái)傳遞GPS定位信息，依據(jù)信息幀的格式即可解讀GPS定位信息。

表1 NMEA常用命令表

定位信息把地理信息提供給單片機(jī)，經(jīng)處理判斷后，以短消息的形式將具體情況發(fā)送到用戶手機(jī)，用戶收到消息后，判斷是否是家人所為，達(dá)到提示報(bào)警目的。同時(shí)用戶也可以以短消息的形式發(fā)送指令到單片機(jī)，單片機(jī)按照指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，如通過(guò)控制電磁閥或繼電器，切斷電源或關(guān)閉油路等，并且車載GPS全球定位系統(tǒng)可以給出汽車的具體位置，這個(gè)位置在用戶發(fā)出查詢位置信息指令后，通過(guò)車載部分處理，通過(guò)短消息發(fā)送到用戶手機(jī)。車主和監(jiān)控中心可利用短消息對(duì)汽車狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并可以發(fā)送控制指令，從而實(shí)現(xiàn)了全方位的汽車防盜監(jiān)控系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)

論文綜合利用GSM、GPS與單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，主要設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件電路：包括GPS模塊、GSM模塊、供電模塊等，還設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件部分，包括GPS的定位信息、GSM短信收發(fā)等。最后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)能達(dá)到防盜報(bào)警功能。