張星 冶艷艷 萬文濤

摘 要：針對目前電動車上面的機(jī)械式、電子式等傳統(tǒng)的防盜裝置，設(shè)計了一種基于GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)的防盜性能高且方便簡潔的電動車防盜系統(tǒng)，該設(shè)計通過電動車主防盜系統(tǒng)和用戶手持端控制系統(tǒng)等模塊，實現(xiàn)了電動車手動自動上鎖、異常自動撥打電話報警、定位等功能，實現(xiàn)全方位保護(hù)電動車用戶的車輛安全。

關(guān)鍵詞：GPS；GSM；電動車防盜系統(tǒng)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0032-03

Abstract： In view of the mechanical and electronic anti-theft devices on electric vehicles， a kind of anti-theft system based on GPS and GSM networks is designed， which has high anti-theft performance and is convenient and simple. Through the electric vehicle owner anti-theft system and user hand-held control system module， the design realizes the electric vehicle manual automatic lock， abnormal automatic telephone alarm， positioning and other functions， so as to guarantee the safety of electric vehicle users in an all-round way.

Keywords： GPS； GSM； anti-theft system of electric vehicle

伴隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的不斷提升，人民機(jī)動車輛持有率在我國直線上升，以國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)為例，2016年中國電動自行車?yán)塾嫯a(chǎn)量同比去年增長4.4%，電動自行車主要營收業(yè)務(wù)額同比去年增長9.2%，增速明顯。與數(shù)量的增多相對應(yīng)的是電動車被盜問題的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)電動車防盜系統(tǒng)廣泛使用機(jī)械式防盜與電子式防盜，但兩者都存在著一定的缺點(diǎn)。機(jī)械防盜中U型鎖，其材料一般采用抗液壓剪材料，但其鎖芯質(zhì)量往往比較脆弱，偷盜人暴力破壞鎖芯很快便能拆掉鎖具。另外電動車自帶龍頭鎖也并不可靠，龍頭鎖里有一個卡，通過鎖將其卡死后龍頭便無法轉(zhuǎn)動，但一般的開鎖匠都掌握這種技術(shù)，60秒內(nèi)便可將其打開。在電子防盜中，如利用傳感器對電動車使用環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和聲光報警，需要將震動傳感器安裝在電動車的車身上，當(dāng)電動車在上鎖狀態(tài)時，若有外來影響將導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生信號輸出，從而發(fā)出報警聲或閃爍報警燈光，此種方式會產(chǎn)生較大噪音且容易受環(huán)境影響從而產(chǎn)生誤報警。

綜上所述，研究設(shè)計出一種新型實用、適合廣大電動車用戶有效防盜的電動車防盜系統(tǒng)顯得十分有必要，不僅能夠促進(jìn)電動車自行車行業(yè)的消費(fèi)增長，在一定程度上也具有安定治安環(huán)境和自然環(huán)境的積極意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本設(shè)計主要分為兩大部分，一部分是電動車主防盜系統(tǒng)，包括GSM通信、GPS定位、無線數(shù)傳識別、控制中心與電源五個模塊，另一部分是用戶手持控制端，包括無線數(shù)傳識別、控制中心與電源三個模塊。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示，系統(tǒng)實現(xiàn)的功能如下：

（1）用戶關(guān)閉電動車電源后，可手持控制端手動對電動車防盜系統(tǒng)上鎖，通過兩個無線數(shù)傳模塊之間進(jìn)行配對數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)。

（2）若用戶關(guān)閉電動車電源后忘記手動上鎖，離開電動車超過一定距離電動車防盜系統(tǒng)會自動啟動，可通過兩個無線數(shù)傳模塊之間收發(fā)功率的大小來實現(xiàn)對自動上鎖距離的調(diào)試，超出兩模塊數(shù)據(jù)傳輸距離即自動啟動防盜系統(tǒng)。

（3）當(dāng)電動車防盜系統(tǒng)處在啟動狀態(tài)下，電動車出現(xiàn)異常啟動時，防盜系統(tǒng)將向用戶撥打電話告知用戶電動車被異常啟動。

（4）當(dāng)電動車因某些原因不慎遺失時，用戶可通過編輯短信發(fā)送給指定號碼，隨即將收到包含電動車GPS坐標(biāo)的實時位置信息，方便用戶追回被盜電車。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 GPS與GSM模塊設(shè)計

GPS模塊主要功能是對目標(biāo)進(jìn)行定位，GSM模塊主要功能可利用撥打電話以及短信服務(wù)功能實現(xiàn)遠(yuǎn)程移動通信，考慮到電動自行車防盜系統(tǒng)所占空間應(yīng)盡可能小，同時自行焊制模塊較為困難，因此本硬件部分選擇使用深圳市安信可公司研發(fā)的A7型號模塊，其兼顧GPS功能、GPRS功能、GSM功能，集成程度與工業(yè)可靠性高，且使用方法較為簡便。而對于GPS模塊與GSM模塊的硬件設(shè)計主要是設(shè)計其外圍電路實現(xiàn)該模塊啟動復(fù)位以及與控制芯片數(shù)據(jù)通信的功能。A7模塊供電輸入電壓為DC5V-9V，主芯片工作所需電壓為4V，電壓轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

2.2 無線數(shù)傳模塊設(shè)計

無線數(shù)傳模塊作為電動車防盜系統(tǒng)設(shè)計中數(shù)據(jù)收發(fā)的重要部分，需要有兩個，一個作為電動車的防盜識別“鎖”，另一個作為使用者自動上鎖、解鎖的“鑰匙”，因此必須具備體積小、易安裝攜帶、功能豐富的特點(diǎn)，故本設(shè)計采用上海市齊籟公司生產(chǎn)的WSN-31無線數(shù)傳模塊，該模塊集成度高，相比一般的433M無線數(shù)傳模塊，WSN-31模塊具有尺寸小、靈敏度高、傳輸距離遠(yuǎn)、通訊速率高的特點(diǎn)，內(nèi)部可自動完成通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)收發(fā)控制。WSN-31無線數(shù)傳模塊在使用時，客戶無需編寫復(fù)雜的設(shè)置和傳輸程序，即插即用，大大縮短了用戶的開發(fā)周期，其可自動轉(zhuǎn)換通訊協(xié)議與切換射頻收發(fā)，簡單易用，工作頻段包括433/470/868/915MHz，默認(rèn)工作在433Mhz頻段，采用GFSK調(diào)制方式， 可實現(xiàn)半雙工通訊，空中收取與發(fā)送的轉(zhuǎn)換、連接、控制均可自動完成，應(yīng)用范圍廣泛。

2.3 電源模塊

傳統(tǒng)電子式防盜系統(tǒng)采用單獨(dú)電源供電，系統(tǒng)工作時間短且效率低下，需要經(jīng)常更換電源更是加深了用戶的不便性。本設(shè)計將車輛防盜部分與電動自行車用戶電瓶相結(jié)合，采用電動自行車電源進(jìn)行供電，便捷高效。變壓模塊采用DC-DC同步整流可調(diào)降壓模塊，集成度較高且接線端子免焊接，使用方便，其采用N7036變壓芯片，該芯片輸入電壓可達(dá)6.5V-60V，電壓承受范圍較廣，能夠滿足一般電動自行車的電瓶電壓范圍，同時設(shè)計使用的電路可調(diào)節(jié)輸出，只需調(diào)節(jié)指定電阻值便可改變其輸出電壓，電路系統(tǒng)靈活性得到大大提升，輸出電壓范圍為1.25V-30V，最大負(fù)載能力為10A。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 GSM模塊功能測試

設(shè)計主要使用Keil uVision4版本進(jìn)行程序的編寫和燒錄。將A7模塊引腳通過USB轉(zhuǎn)TTL工具連接至電腦端后啟動A7模塊，可選擇手動啟動或自啟動模塊控制芯片。串口功能測試使用SSCOM3.3串口調(diào)試助手，選擇串口號COM3，波特率115200，數(shù)據(jù)位8，停止位1，+CREG為1表示SIM卡已識別，可通過發(fā)送AT指令對模塊功能和指令進(jìn)行驗證。

3.2 電話呼叫功能測試

ATD用于撥打任意電話號碼，格式為：ATD+號碼+；，末尾的“；”一定要加上，否則不能成功撥號，如發(fā)送： ATD10086；即可實現(xiàn)撥打10086。ATA 用于應(yīng)答電話，當(dāng)模塊收到來電時，給模塊發(fā)送：ATA，即可實現(xiàn)接聽來電。

ATH用于掛斷電話，若用戶需要結(jié)束正在進(jìn)行的通話時，給模塊發(fā)送：ATH，即可實現(xiàn)掛斷通話。將撥打電話程序燒錄進(jìn)單片機(jī)后，將A7模塊對照控制模塊功能分配連接好線路并供電，初次啟動控制芯片，SIM卡即對程序中已設(shè)置的電話號碼進(jìn)行撥打。

3.3 無線數(shù)傳模塊測試

無線數(shù)傳模塊作為本防盜系統(tǒng)啟動識別部分，相當(dāng)于一把鎖的“鑰匙”，起著關(guān)鍵作用，通過防盜系統(tǒng)主電路與用戶控制之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與驗證，若兩者驗證通過即可對電動車防盜系統(tǒng)解鎖，同時還可利用無線數(shù)傳的功率傳輸距離調(diào)試來實現(xiàn)對?？康碾妱榆嚒白詣印鄙湘i，充當(dāng)“電子圍欄”的作用，既方便了用戶使用還提高了系統(tǒng)的防盜性。設(shè)計采用的WSN-31無線數(shù)傳模塊，具有兩種參數(shù)配置方法，一種連接電腦配置參數(shù)，一種串口發(fā)配置命令。

3.4 響應(yīng)距離的調(diào)試

系統(tǒng)設(shè)計了一種無須對電動車防盜系統(tǒng)手動上鎖的方案，在電動車關(guān)閉電源時，主防盜系統(tǒng)電路中的無線數(shù)傳模塊開始與用戶手持控制端無線數(shù)傳模塊進(jìn)行每隔5S一次的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)用戶離開電動車距離超過無線數(shù)傳模塊收發(fā)功率傳輸范圍時，兩個模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸將中斷，此時電動車防盜系統(tǒng)將進(jìn)行自動上鎖。影響無線數(shù)傳模塊傳輸距離的因素，一是與其無線功率大小有關(guān)，二是與模塊所處環(huán)境有關(guān)。經(jīng)測試，WSN-31模塊傳輸距離可達(dá)1000-2000米，默認(rèn)無線功率8，在室外環(huán)境下，通過改變其無限功率（從8至1）進(jìn)行雙模塊傳輸距離測試，經(jīng)測試，根據(jù)日常需要，本設(shè)計無限功率選用功率1，室外空曠地測試結(jié)果約為130米左右。

3.5 GPS功能測試

GPS通過串口反饋相關(guān)信息給用戶，傳輸格式遵照NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)格式，該格式為GPS導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一的RTCM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。其中對于用戶而言主要用到$GPGGA（GPS定位信息）和$GPRMC（推薦定位信息）參數(shù)，其中$GPGGA語句的基本格式$GPGGA，（1），（2），（3），（4），（5），（6），（7），（8），（9），M，（10），M，（11），（12）*hh（CR）（LF），說明如下：

（1）表示當(dāng)前實時測試時間，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為hhmmss.ss（時分秒）；（2）、（4）表示緯度與經(jīng)度，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為ddmm.mmmmm（度分）；（3）、（5）表示緯度與經(jīng)度半球標(biāo)志；（6）表示當(dāng)前GPS的使用狀態(tài)，正常定位時顯示非差分定位或差分定位，即1或2。

$GPRMC語句的基本格式：$GPRMC，（1），（2），（3），（4），（5），（6），（7），（8），（9），（10），（11），（12）*hh（CR）（LF），說明如下：

（1）、（9）表示當(dāng)前實時測試時間和日期，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為hhmmss.ss（時分秒）與ddmmyy（日月年）；（2）顯示GPS當(dāng)前是否有效定位，A表示正常有效定位；（3）、（5）表示緯度與經(jīng)度，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為ddmm.mmmmm（度分）；（4）、（6）表示緯度與經(jīng)度半球標(biāo)志。

經(jīng)測試所得$GPGGA（GPS定位信息）參數(shù)為：

$GPGGA，090905.000，3402.82504，N，11351.95474，E，1，05，1，1.5，66.4，M，M，，0000*70。

$GPRMC（推薦定位信息）參數(shù)為：

$GPRMC，090905.000，A，3402.82504，N，11351.95474，E，0.00，0.00，010518，，，A*64。當(dāng)?shù)玫紾PS反饋相關(guān)信息后，通過在GPS測試工具中輸入相關(guān)參數(shù)即可得到目標(biāo)所在實時位置，此位置為許昌學(xué)院靜廬5號樓下。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制無線數(shù)傳模塊為內(nèi)部識別部分，配合震動傳感器為外部識別部分，兩者結(jié)合形成電動車防盜系統(tǒng)報警識別響應(yīng)部分，另外結(jié)合GPS定位、GSM短信報警等功能輔助防盜和進(jìn)行日常監(jiān)控，實現(xiàn)全方位保護(hù)電動車用戶的車輛安全。實驗證明，系統(tǒng)能主動或被動接受查看電動車的狀態(tài)、位置，并能在異常情況下接收信息或電話。是一種新型實用、適合廣大電動車用戶有效防盜的并且能實時對電動車安全狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的電動車防盜系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁凡，于松先，胡念雨.綠色出行與智能出行工具的協(xié)同發(fā)展探討[J].美與時代（城市版），2016（06）：121-122.

[2]王曉鋒.無刷直流電機(jī)換相轉(zhuǎn)矩脈動抑制策略的探討研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2014.

[3]姜麗，楊為.GPS技術(shù)在高速公路改擴(kuò)建的應(yīng)用[J].中國勘察設(shè)計，2010（08）：62-67.

[4]徐聰，曹沫林，李柏明.礦山測量技術(shù)的發(fā)展與探討[J].礦山測量，2011（01）：58-60.

[5]王康，李紀(jì)欣，章軍.GSMSMS在Android平臺上的移植[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用，2012，25（02）：69-73.

[6]王亞婷.基于GPRS的電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[D].南京理工大學(xué)，2013.

[7]喬治，王琳麗.遠(yuǎn)程通信過程中無線數(shù)傳技術(shù)的應(yīng)用[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，2006（02）：87-90.

[8]何炎新，白仲文，黎卓康.短距離無線數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016（14）：26.