孫莉

（江蘇省新沂中等專業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221400）

0 引言

私家車在我國(guó)的數(shù)量越來(lái)越多，隨之而來(lái)的汽車盜竊問(wèn)題也日益嚴(yán)重，針對(duì)這些偷盜類案件，防盜報(bào)警器是一種很好的規(guī)避被盜風(fēng)險(xiǎn)的方法。隨著GPS、GSM技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車防盜產(chǎn)品也在逐漸的技術(shù)迭代，傳感器技術(shù)也在汽車防盜產(chǎn)品的研發(fā)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。因此，在當(dāng)今電子信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，有必要對(duì)汽車防盜系統(tǒng)進(jìn)行電子傳感與通信網(wǎng)絡(luò)、GPS定位等主導(dǎo)高新科技融為一體的綜合電子網(wǎng)絡(luò)模式技術(shù)革新。本文正是以STM32單片機(jī)作為汽車防盜系統(tǒng)的主控核心，嘗試對(duì)傳統(tǒng)汽車防盜系統(tǒng)進(jìn)行GSM模塊、GPS模塊以及傳感器模塊的技術(shù)應(yīng)用理論設(shè)計(jì)。

1 汽車電子防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

本文的設(shè)計(jì)研究需要用到的關(guān)鍵電子技術(shù)由以下三種：

第一，GSM通信技術(shù)。GSM技術(shù)指的是數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，這一系統(tǒng)一共有三個(gè)部分所組成，其中包含網(wǎng)絡(luò)、基站以及移動(dòng)臺(tái)，當(dāng)中網(wǎng)絡(luò)這一方面大部分是按照CSM協(xié)議給予鑒權(quán)，規(guī)范使用GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信的權(quán)限，另外為訪問(wèn)位置、原地位置以及設(shè)備標(biāo)志提供寄存器功能，同時(shí)還負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)的維護(hù)。GSM系統(tǒng)的功能包括了控制信息以及業(yè)務(wù)信息的傳輸，可以支持市話網(wǎng)、國(guó)內(nèi)長(zhǎng)話、國(guó)際長(zhǎng)話等數(shù)字網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信。本文主要應(yīng)用了GSM通信技術(shù)中的短信收發(fā)服務(wù)，通過(guò)AT指令完成對(duì)GSM模塊的自動(dòng)化控制，另外借助于PDU編碼模式，利用UTF-16字符集將短信信息編碼以后發(fā)送給移動(dòng)通信系統(tǒng)，再經(jīng)由手機(jī)解碼以后生成短信文本。本文擬定設(shè)計(jì)的汽車電子防盜報(bào)警器中的短信報(bào)警功能以及短信遠(yuǎn)程控制汽車供油自鎖功能都需要用到GSM通信技術(shù)。

第二，GPS定位技術(shù)。這種技術(shù)指的是全球定位系統(tǒng)，它由定位衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及用戶定位模塊構(gòu)成。定位衛(wèi)星對(duì)地面上的位置進(jìn)行時(shí)間、空間的三維坐標(biāo)計(jì)算，確定目標(biāo)位置的詳細(xì)坐標(biāo)。地面監(jiān)控則通過(guò)接收衛(wèi)星信號(hào)并將這些信號(hào)編碼、存儲(chǔ)，方便后續(xù)調(diào)用。用戶定位模塊則對(duì)衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行收集，并具備對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行放大、編譯轉(zhuǎn)換的功能，能夠直接運(yùn)算獲取衛(wèi)星信號(hào)的空間三維坐標(biāo)。GPS目前具有應(yīng)用范圍廣、定位精確度高、操作簡(jiǎn)單等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，是目前應(yīng)用最為廣泛的定位系統(tǒng)。本文筆者大部分是通過(guò)這一技術(shù)能夠?qū)ζ嚨膶?shí)際位置當(dāng)中的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，用于研判汽車是否被盜，或被盜以后的行動(dòng)軌跡。

2 汽車電子防盜報(bào)警器的硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)控制器模塊

汽車電子報(bào)警器的控制器是基于單片機(jī)技術(shù)組成的控制系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)對(duì)GSM模塊、GPS模塊、傳感器等其他數(shù)據(jù)收集模塊和報(bào)警操作模塊實(shí)現(xiàn)智能控制，通過(guò)I/O通信通道聯(lián)通整個(gè)電子防盜報(bào)警系統(tǒng)。本文選用ARM公司的STM32F103C8系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)片對(duì)512K Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行了集成，使得在工作過(guò)程中節(jié)點(diǎn)和程序收集到的數(shù)據(jù)得以保存；72MHZ是其工作頻率；包含了三個(gè)通用16位定時(shí)器，一個(gè)PWM定時(shí)器，一個(gè)USB接口、一個(gè)CAN、兩個(gè)SPI、三個(gè)USART和兩個(gè)I2C；利用5個(gè)通用串行接口，可以和PC上位機(jī)之間開展指令和數(shù)據(jù)上的通訊，利用兩個(gè)12位的ADC，可以使得聲傳感器收集的信號(hào)由模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字，然后傳送到單片機(jī)10上進(jìn)行運(yùn)算處理。單片機(jī)能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行以及系統(tǒng)的核心控制。它是GPS模塊的信息傳送和接收以及GSM模塊的短信收發(fā)。GSM模塊和GPS模塊與STM32F103C8之間分別用串口進(jìn)行通信。有兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)出現(xiàn)，32.768KHZ的是其中的一個(gè)，32MHz的是另一個(gè)。對(duì)電源輸入諧波的濾除利用了電容C3、C4，進(jìn)一步穩(wěn)定了電源。

2.2 電源模塊

防盜報(bào)警系統(tǒng)要想確保穩(wěn)定性，傳感器模塊就需要時(shí)刻處于運(yùn)作狀態(tài)，因此需要一個(gè)穩(wěn)定的電源。汽車蓄電池的電源通常為12V，為了保證報(bào)警系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在汽車電源主要供電以外，需要設(shè)計(jì)一個(gè)備用電源。該備用電源的繼電器工作電壓應(yīng)該與蓄電池電壓一致。GSM模塊工作狀態(tài)則需要較大的瞬時(shí)電流供應(yīng)，因此為了保證對(duì)防盜報(bào)警系統(tǒng)各個(gè)模塊供電的穩(wěn)定性，就需要對(duì)別用電源設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)供電電路。本次建議采用LM2576芯片的降壓型集成穩(wěn)壓電路，該電路集合了電路放大器、比較器、電流限制器、穩(wěn)壓電路等功能，且散熱器件較少，不存在持續(xù)工作元器件起熱性能下降的問(wèn)題。

2.3 傳感器模塊

本系統(tǒng)的傳感器模塊由加速度傳感器與震動(dòng)傳感器共同組成。加速度傳感器是針對(duì)汽車的瞬時(shí)加速度進(jìn)行檢查，無(wú)論汽車移動(dòng)的方向，當(dāng)車體出現(xiàn)瞬時(shí)加速度時(shí)，就會(huì)將采集到的加速度數(shù)據(jù)通過(guò)I2C信道傳輸給單片機(jī)主控系統(tǒng)。本文建議選用MMA7660FC系列的加速度傳感器，該傳感器具備三軸加速度敏感偵測(cè)功能，且能夠兼容單片機(jī)的I2C通信方式，本身體積也相對(duì)較小，并且自身具備待機(jī)、活動(dòng)、關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)汽車正常行駛時(shí)進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)節(jié)省模塊能耗。

震動(dòng)傳感器主要是監(jiān)測(cè)汽車的震動(dòng)頻次，當(dāng)汽車被震動(dòng)時(shí)候，本系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向目標(biāo)手機(jī)發(fā)送短信。本文建議選用常閉型震動(dòng)傳感器，該傳感器的工作電壓為3.3V到5V之間，與電源模塊兼容，另外該傳感器輸出的偵測(cè)信號(hào)形式為二進(jìn)制，更方便接入單片機(jī)的I2C信道。

2.4 GPS模塊

GPS模塊主要是收集汽車的位置信息，當(dāng)報(bào)警系統(tǒng)處于運(yùn)作狀態(tài)時(shí)，GPS定位模塊就需要實(shí)時(shí)偵測(cè)并輸出汽車的位置信息。因此，本文建議選用高性能的GPS模塊，ATK-NEO-6M模塊自帶四個(gè)引腳，分別對(duì)應(yīng)的單片機(jī)的TXD、RXD、GND地、電源線，與此同時(shí)可以實(shí)時(shí)輸出位置信息。另外該型號(hào)的GPS模塊也與單片機(jī)工作電壓一致，接入系統(tǒng)的操作也相對(duì)簡(jiǎn)單。

2.5 防盜報(bào)警模塊

防盜報(bào)警電路采用的GSM模塊如圖1所示， 當(dāng)中的手機(jī)卡槽以及芯片全部在后面，需要連接5-26v的直流電壓，然而不可低于2A，進(jìn)而能夠保證平穩(wěn)工作，與此同時(shí)，波特率具備自適應(yīng)功能，通常不用進(jìn)行設(shè)置，其會(huì)按照當(dāng)中的頻率對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行調(diào)節(jié)。模塊一旦充電之后首先要按復(fù)位鍵3s，一直到藍(lán)燈出現(xiàn)以后松開，這個(gè)時(shí)候就能夠正常工作了。

圖1 GSM電路模塊

除了GSM短信報(bào)警裝置以外，報(bào)警器還要具備鳴笛報(bào)警裝置， 這一系統(tǒng)通過(guò)單片機(jī)與全球定位系統(tǒng)當(dāng)中的模塊相連接，一旦車輛發(fā)生異常情況的時(shí)候，這一系統(tǒng)會(huì)立即將車輛的實(shí)時(shí)狀態(tài)利用短信的形式發(fā)送出去，用戶則會(huì)第一時(shí)間對(duì)車輛進(jìn)行查看，當(dāng)汽車不幸丟失時(shí)，車主可以通過(guò)GPS對(duì)汽車進(jìn)行定位，被盜汽車也能被找到。在車輛當(dāng)中安裝這一報(bào)警器可以對(duì)盜竊人員產(chǎn)生一個(gè)震懾的效果，一旦車輛無(wú)任何異常情況的時(shí)候，光耦則不會(huì)輸出信號(hào)，當(dāng)中的喇叭則無(wú)任何電流經(jīng)過(guò)，則無(wú)法進(jìn)行報(bào)警，一旦車輛發(fā)生異常情況的時(shí)候，則會(huì)馬上輸出信號(hào)，則會(huì)出現(xiàn)報(bào)警，處在被盜狀態(tài)以后會(huì)持續(xù)10s進(jìn)行信號(hào)的傳輸，此時(shí)TC35將被單片機(jī)STM32F103C8控制， 則會(huì)給用戶及時(shí)發(fā)送消息，從而用戶自己決定需不需要對(duì)車輛進(jìn)行鎖定。

2.6 防盜執(zhí)行模塊

這一模塊的作用主要是一旦車輛發(fā)生異常的時(shí)候，用戶可以通過(guò)手機(jī)對(duì)車輛進(jìn)行控制，讓其沒(méi)有辦法行駛，進(jìn)而不會(huì)被盜，同時(shí)結(jié)合全球定位系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備，是整個(gè)車輛的防盜性能明顯增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)當(dāng)中的構(gòu)造，其供電大部分是通過(guò)汽車蓄電池進(jìn)行的，無(wú)論是照明或者其他用電設(shè)備都是如此，這一防盜報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)中的電源也是從當(dāng)中進(jìn)行取電。如果想要將發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效控制，必須要通過(guò)電子噴射系統(tǒng)當(dāng)中的供電電源予以有效控制就能夠?qū)崿F(xiàn)，同時(shí)在這一電源當(dāng)中加入常閉型的控制器，就可以對(duì)這一電源進(jìn)行有效控制，然而當(dāng)中的驅(qū)動(dòng)能力相對(duì)較為薄弱，因此，無(wú)法對(duì)這一繼電器進(jìn)行有效驅(qū)動(dòng)，所以，必須要通過(guò)另外一個(gè)進(jìn)行有效過(guò)度。

另外可以利用單片機(jī)的PA14控制共有繼電器的開閉狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的遠(yuǎn)程供油系統(tǒng)自鎖控制。當(dāng)在ULN2003A的“INl”的引腳輸入高電平時(shí)候，輸出腳”O(jiān)UTl”會(huì)輸出低電壓，加在繼電器線圈兩端的電壓分別為+12V和0，此時(shí)繼電器輸出會(huì)導(dǎo)通，使得點(diǎn)火電路工作。當(dāng)在ULN2003A的“INl”的引腳輸入低電平時(shí)候，輸出腳”0UTl”的電壓為12V，繼電器線圈兩端無(wú)壓差，即線圈無(wú)電流通過(guò)，就能夠讓功率繼電器線圈被關(guān)斷。

3 汽車電子防盜報(bào)警器的軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中主控制模塊是當(dāng)中的核心部分，對(duì)每一個(gè)模塊給予初始化，并且進(jìn)行管控。首先需要對(duì)每一個(gè)模塊設(shè)備給予初始化操作，首先進(jìn)行布防，一旦沒(méi)有效果，則不會(huì)進(jìn)行報(bào)警，一旦成功，則報(bào)警器會(huì)正常工作，對(duì)傳感器進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)進(jìn)行采樣，如果在這一過(guò)程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)不正常，則要繼續(xù)進(jìn)行，一旦沒(méi)有發(fā)生異常，則需要對(duì)GSM模塊進(jìn)行調(diào)用，當(dāng)中所有的模塊都必須要用戶指令給予有效控制。主程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

3.2 傳感器模塊軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，傳感器模塊是最為重要的一個(gè)組成部分，如果設(shè)置初始化，當(dāng)將防盜系統(tǒng)啟動(dòng)以后，處理器就會(huì)對(duì)其整個(gè)狀態(tài)進(jìn)行有效查詢，這一系統(tǒng)當(dāng)中連接著震動(dòng)傳感器，一旦出現(xiàn)震動(dòng)的時(shí)候，其就會(huì)自動(dòng)輸出一個(gè)高電平，與此同時(shí)在收到這一信號(hào)以后就會(huì)采取相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

圖3 傳感器模塊程序流程圖

3.3 GSM模塊軟件設(shè)計(jì)

在對(duì)整個(gè)軟件設(shè)計(jì)期間，其主要認(rèn)為就是對(duì)GSM當(dāng)中的一個(gè)處理設(shè)置，通過(guò)主程序進(jìn)行有效調(diào)度，其主要任務(wù)當(dāng)中的程序流程圖如4所示，單片機(jī)需要與GSM當(dāng)中的串口進(jìn)行連接，對(duì)當(dāng)中的工作利用硬件給予控制，第一，需要對(duì)這一模塊有初始化進(jìn)行有效判斷，一旦發(fā)現(xiàn)無(wú)初始化，硬件則沒(méi)有辦法接收到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，一旦發(fā)生初始化，就能夠?qū)ο嚓P(guān)短信息進(jìn)行接收以及處理，之后將當(dāng)中的工作進(jìn)行關(guān)閉，整個(gè)任務(wù)結(jié)束，一旦無(wú)初始化，需要之后開啟才可以接收到短信息，這一系統(tǒng)就能夠利用硬件進(jìn)行工作，同時(shí)還能夠利用軟件進(jìn)行初始化。

圖4 GSM模塊程序流程圖

3.4 GPS模塊軟件設(shè)計(jì)

在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，全球定位系統(tǒng)處理任務(wù)就是當(dāng)中的一個(gè)任務(wù)環(huán)節(jié)，其目的是從串口對(duì)全球定位系統(tǒng)的信號(hào)信息進(jìn)行讀取，對(duì)全球定位系統(tǒng)當(dāng)中的信號(hào)能否給予有效測(cè)定，一旦存在，就能夠?qū)⑷蚨ㄎ幌到y(tǒng)當(dāng)中的一系列信息給予獲取，一旦沒(méi)有，則需要不斷進(jìn)行檢測(cè)，GPS任務(wù)流程圖如圖5所示。

圖5 GPS模塊程序流程圖

4 結(jié)論

本文針對(duì)汽車防盜報(bào)警器信號(hào)易被干擾、防盜效果差等問(wèn)題，運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)、GSM技術(shù)以及GPS技術(shù)，設(shè)計(jì)了集成了GPS模塊、加速度傳感器、震動(dòng)傳感器于一體的汽車狀態(tài)信息收集監(jiān)測(cè)體系，由GSM模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)汽車的遠(yuǎn)程短信報(bào)警和短信控制，進(jìn)一步提高了整個(gè)防盜報(bào)警系統(tǒng)的防盜效果。本文筆者就是對(duì)汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)當(dāng)中的相關(guān)設(shè)計(jì)給予全面討論，同時(shí)也對(duì)主要的幾個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)了具體的軟件程序流程。希望本文的研究對(duì)新型多傳感器的汽車防盜報(bào)警器電子產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)有所幫助。