基于GMS汽车防盗监控系统的设计.doc

1 毕毕 业业 设设 计计（论论 文文） 论论文文题题目：目：基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 所所属属系部：系部：电子工程系 指指导导老老师师： 职职 称称： 学学生姓名：生姓名： 学学 号号: : 专专 业业： 2 毕业设计毕业设计（论论文）任文）任务书务书 题题目：目：基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 任任务与务与要求：要求： 任务：利用 gsm 技术来实现汽车防盗的控制系统。根据需要设计出要实现此功能的各 个模块并进行详细分析。完成本课题的中英文论文摘要和本课题的相关内容。完成论 文，并总结课题的不足并改进。思考本课题的发展及用途。 要求：利用利用 gsm 技术来实现汽车防盗的控制系统。当车主开车时，各个环节能够 正常运行，实现各自功能。 当车辆被盗时，系统能够识别并立即断油断电并能够第一时间 追回车。 时间时间： 2010 年 8 月 31 日 至 2010 年 10 月 23 日 共 8 周 所所属属系部：系部：电子工程系 学学生姓名：生姓名： 学学 号号： 专业专业： 指指导单导单位或位或教研教研室：室：电子信息教研室 指指导教师导教师： 职职 称称： 3 摘要摘要 随着信息技术的发展，汽车防盗技术已经从最初的机械式发展到最新的基 于 gsm/gps 的网络式汽车防盗系统；而在国内，由于价格上和技术上的原因， 普通的电子式汽车防盗器还是占据主流地位。 针对市场上流行的普通汽车防盗器产品大多数都存在着防盗功能单一，可 靠性低，缺乏跟踪监控功能等缺陷，而本文则是利用较低的硬件配置环境设计 了一种基于 gsm 通讯平台和 gps 卫星定位的汽车防盗系统，实现汽车导航与防 盗功能的结合，提高了开发效率，也便于软件和硬件后期的维护与修改。 该系统集成传统的防盗技术和 gsm/gps 技术，通过嵌入式系统设计原理， 利用基于 gsm 短信息的无线通信协议，构建了一个在车主，监控中心和汽车之 间通信的交互平台，车主和监控中心可利用短信息对汽车状态进行远程监控并 可以发送控制指令，从而实现了全方位的汽车防盗监控系统。 关键词关键词 汽车防盗系统;嵌入式系统; 通信协议; 远程监控 4 abstract with the economic development, the vehicle theft-against technology has upgraded from the original mechanical mode to the latest gsm/gps based network mode after several generations. but in china, considering the price and technology, the common electronic vehicle alarm equipments are still the dominant ones. in view of the deficiencies of most common vehicle alarm equipments prevalent in the market， such as single alarm ability, low security and lack of tracking and monitoring ability, but this paper designs a vehicle theft-against system the based on gsm communication platform and gps satallite positioning by integrating a lower hardware scheme circumstance, to combine positioning with against theft function of vehicle, to enhance the development efficiency, also is advantageous for software and the hardware later period maintence and the revision. integrating the traditional vehicle alarm technology and gsm/gps technology and according to the designing principles of embedded system, the system builds up a mutual platform among the vehicle monitor and control protocol based on gsm short message. vehicle owners and the monitor center can monitor the state of the vehicle and send controlling instructions by means of sms, so as to realize all- directional vehicle alarm and monitor. key words: vehicle alarm system；embedded system； communication protocol； remote monitor 5 目录目录 引言1 1. 选题的背景2 1.1 课题研究的内容和意义2 1.1.1 研究的主要内容.2 1.1.2 课题研究的意义.2 1.2 课题研究背景2 2. 系统的硬件设计4 2.1 系统的原理图4 2.2 gsm 模块.4 2.2.1 系统的通信平台.4 2.2.2 gsm 网络的简介5 2.2.3 gsm 的基本特点5 2.2.4 gsm 的系统功能5 2.2.5 gsm 模块 tc35 简介5 2.2.6 tc35 模块的初始化6 2.3 msp430 单片机简介.7 2.3.1 msp430 系列单片机的特点7 2.3.2 msp430f149 单片机简介8 2.3.3 单片机处理电路.9 2.4 系统的定位技术9 2.4.1 定位技术的选择.9 2.4.2 gps 定位系统介绍9 2.4.3 gps 定位基本原理10 2.4.4gps功能电路11 2.5 防盗系统的设计11 2.5.1 防盗系统的总体设计.12 2.5.2 防盗系统的功能设计.13 2.6 系统电源13 2.7 汽车供电控制部分14 3. 系统的软件设计16 3.1 系统程序模块16 3.1.1 主控模块.16 3.1.2 主要子程序模块的设计.16 3.2 防盗系统的工作过程17 4结束语18 参考文献19 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 1 引言引言 随着经济的飞速发展，汽车作为人类重要的交通工具正在迅猛增加。然而，汽车的 安全保护技术已引起广泛重视，为了防范汽车被盗，科研工作者们研制开发了许多汽车 防盗新技术，各种防盗装置相继产生并被广泛运用。网络防盗系统的基本工作原理是通 过网络来实现车门开关、马达的启动和汽车的载停、定位及远程车况报告等功能。它的 最大优势是突破了距离的限制。其中应用得到广泛的事 gsm/gps。gps 的工作有赖于卫星 监控中心对车辆的 24 小时不间断、高精度的监控服务。gps 网络防盗系统由安装在指挥 中心的中央控制系统、安装在车辆上的移动 gps/gsm 终端就会发出信号，指挥中心在通 过 gps 全球卫星定位系统得到这些信号后计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向， 熄灭发动机和配合各方力量追回车辆。 近年来，防盗系统已一步一步的从机械式电子式芯片式，发展到现在广泛应用 的网络式防盗系统，它是通过网络实现车门的开关和车辆的起动、截停、定位、及根据 车主要求提供远程车况报告等功能。目前主要使用的网络有 gsm 网络和 gps(卫星定位系 统)，其中 gps 应用最为广泛。gps 主要靠点火或起动发动机达到防盗的目的。采用 gps 技术的汽车反劫防盗系统由安装在指挥中心的中央控制系统、安装在车辆上的移动 gps 终端及 gsm 通信网络组成，接受全球定位卫星发出的定位信息，计算移动目标的经纬度、 速度和方向，并利用 gsm 网络的短信息平台作为通信媒介实现定位信息的传输，具有传 统 gps 通讯方案无法比拟的优势。一旦汽车被盗或出现异常，指挥中心可立即通过 gps 接收终端设备信号，确定汽车实时地理位置和多方面信息，配合各方面力量及网络优势 追回汽车，同时能熄灭发动机，使汽车不能行驶，网络式防盗突破了距离的限制，覆盖 范围广，可用于被盗汽车的追踪侦查，可全天应用，破案速度快，监测定位高。gps 防 盗技术可以说是一场技术革命，它一改传统防盗器的被动、孤立无助的被动式服务，能 为车主提供全方位的主动式服务，是目前其他类型汽车防盗系统所不能比拟的。 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 2 1.1. 选题的背景选题的背景 1.11.1 课题研究的内容和意义课题研究的内容和意义 1.1.11.1.1 研究的主要内容研究的主要内容 本课题主要对汽车防盗器进行研究，在分析 gsm/gps 原理及其应用的基础上，针对 传统汽车防盗器功能单一、结构简单、可靠性不高的缺点，在充分研究该系统各要素的 基础上，以 ti 公司的高速 16 位嵌入式微控制器 msp430f149 为核心，通过该处理器的串 口和各个数字 i/o 端口分别实现对 gsm/gps 模块的控制和对汽车防盗器的驱动，并利用 gsm 模块实现车主和监控中心的交互，实现对汽车的跟踪定位功能和防盗防抢功能，也 可 将传统的汽车防盗器改造成新兴的无线网络汽车防盗系统。内容具体如下： （1）通过与嵌入式系统的结合可将传统的汽车防盗器改造为具有远程监控功能的无 线网络防盗系统。 （2）根据 gsm 网络相应的通讯协议，构建一个与监控中心、车主和汽车之间的交互 平台。 （3）结合全球卫星定位系统（gps） ，实现对汽车当前的位置、速度等信息行实时监 控。 1.1.21.1.2 课题研究的意义课题研究的意义 本课题研究的意义在于： 在传统防盗器领域，引入了嵌入式系统理念，提出一种新的全方位汽车安全解决方 案，通过设计具有远程监控功能的通讯平台，为汽车防盗系统的无线网络化发展提供了 良好的应用基础。 将 gps 定位技术运用到相应的汽车防盗系统中，通过监控中心的管理使得汽车安全 系数有了很大提高，为汽车防盗安全体系的实现提供了一种新型公共解决方案。 利用较低的硬件环境完成较高的系统功能，为网络式汽车防盗系统市场探索出一条 新路，为今后网络式防盗系统在国内的普及奠定了基础。 1.21.2 课题研究背景课题研究背景 国内外汽车防盗装置的种类繁多，发展迅速。目前，国际上流行的基本上是电子式 汽车防盗产品，它具有很好的性价比，在市场上占有绝对优势，机械锁是最早的汽车防 盗锁，现已很少单独使用，主要与电子式、芯片式联合使用、从 20 世纪 70 年代至今， 以轿车为突破口，汽车锁已由初期的机械锁控制发展成现在的电子锁，且防盗功能有很 大提高。总体来看，国内的汽车防盗技术水平仅为国际 20 世纪 90 年代后期的水平，国 内掌控制动器防盗装置的开发实验技术并形成批量生产的厂商只有几家，且防盗装置一 般都存在报警范围小、只能实现本地报警、不能实现远程控制，只能实现单纯报警、对 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 3 被盗车辆不能实现跟踪控制等缺点。除此之外，国内制定的汽车防盗法规不够健全，执 行不够严格；生产企业对汽车防盗的认识不够重视，资金投入不足，这些都造成国内汽 车防盗水平相对落后，不能适应我国汽车发展对汽车防盗技术的需求。因此，我国汽车 防盗产品的升级换代势在必行，汽车防盗必将进入一个调整发展的新时期。 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 4 2.2. 系统的硬件设计系统的硬件设计 2.12.1 系统的原理图系统的原理图 基于 gsm/gps 的汽车防盗系统主要由：车载终端（微控制器，gps 模块，gsm 模块、 传感电路） 、传输网络（gsm 网络） 、监控中心、用户手机组成。若要实现汽车的防盗监 控功能，则需要如下功能电路：gps 模块电路、gsm 模块电路、16 位高速单片机、汽车 供电控制电路、防盗报警电路、远程控制车停的执行电路等电路。图 2-1 表示了系统的 硬件结构框图。 图 2-1 系统的硬件结构图 硬件的主要技术指标包括： （1）由于程序较为复杂，需要支持在线仿真。 （2）gps 定位时需要定位精度 10 米以内。 （3）要求单片机处理速度较高。 （4）由于整个系统从汽车电瓶取电，要求系统功耗较低。 （5）采用信号灯反映系统状态，需要电源指示灯，gsm 搜网指示灯和 gps 定位指示 灯。 2.22.2 gsmgsm 模块模块 2.2.12.2.1 系统的通信平台系统的通信平台 目前，车辆防盗系统的通信平台有 gsm 网、gprs 网等多种方案。 msp430f149 gsm 模块 gps 模块 外扩存储器 液晶显示 时钟电路 防盗报警电路 汽车供电控制电路 车载传感器电路 其他传感器电路 执行电路 串口 1 串口 2 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 5 （1）gsm 短信息：gsm 短信息业务的通信方式是目前用的较多的一种，因为其覆盖 范围大，并且可以全国漫游。 （2）gprs 网：gprs 具有传输速率大，频率利用率高，误码率几乎为零，支持多种 网络协议，并且支持漫游等特点。 综上传输速率、频率利用率、网络时延、覆盖范围等多方面的考虑，选用 gsm 网络 作为系统通信平台。 2.2.22.2.2 gsmgsm 网络的简介网络的简介 gsm 是“全球移动通信系统” （global system for mobile communications） 的英文缩写，从 20 世纪 20 年代开始移动通信技术得到了发展，20 世纪 40 年代进入了 建设公用移动通信系统的阶段。随着移动通信的无线传输、信道管理等技术的发展成熟， 无线电话、卫星移动通信等移动通信系统相继发展起来。自 20 世纪 80 年代中期以来， 作为欧洲一个移动通信标准的 gsm 系统于 1991 年正式在欧洲面世，由于其公开的规范标 准和诸多优点，很快就在全世界范围内的到了广泛的应用，实现了世界范围内移动用户 的联网漫游。 2.2.32.2.3 gsmgsm 的基本特点的基本特点 （1） gsm 组网结构灵活方便，能更有效地使用无线频率，抗干扰性强，通信质量 高，能提供相当好的话音质量。 （2）采用了鉴权、语音加密等技术使用户信息安全性得到保证。 （3）在采用 gsm 系统的所有国家范围内，可提供穿越国界的自动漫游功能。 （4）用户终端更小、更轻便、功能更强。 2.2.42.2.4 gsmgsm 的系统功能的系统功能 （1）gsm 是一种提供话音、数据、补充业务等多种服务的系统。 （2）话音业务是 gsm 系统提供的基本业务，允许用户在世界范围内任何地点能同固 定电话用户、移动电话用户以及专用网用户进行双向通话联系。从电话中派生出的另一 项业务是语音信箱，声音信息被存储，以备收方提取，在呼叫不能接通时，用户可将声 音信息存入 gsm 的语音信箱；或者用户直接接入语音信箱。 （3）数据业务提供了固定用户所能享用的大部分业务，包括文字、图象、传真、计 算机文件、访问 internet 等服务。 （4）补充业务如来电显示、呼叫追踪、短消息业务等。 2.2.52.2.5 gsmgsm 模块模块 tc35tc35 简介简介 tc35 是 siemen 公司推出的新一代无线通信 gsm 模块，可以快速安全可靠地实现系 统方案中的数据、语音传输、短信服务（short message service）和传真。模块的工 作电压为 3.35.5v,，.该模块具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 6 块有省电模式等。通过独特的 40 引脚的 zif 连接器，实现电源连接、指令、数据、语音 信号及控制信号的双向传输。通过 zif 连接器及 50 天线连接器，可分别连接 sim 卡支架 和天线。 tc35 模块主要由 gsm 基带处理器、gsm 射频模块（asic）闪存、zif 连接器、天 线接口六大部分组成。如图 2-2 所示。作为 tc35 的核心，基带处理器主要处理 gsm 终端 内的语音、数据信号，射频天线部分主要实现信号的调制和解调，实现外部射频信号与 内部基带处理器之间的信号转换，匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源，插 座是提供给用户的应用接口。gsm 模块电源使用线性电压调节器把外部输入的电源电压 进行稳压处理后供 gsm 基带处理器和 gsm 射频部分使用。sram 用来存储一些用户配置信 息、电话本和其他信息。 图 2-2 tc35 结构图 2.2.62.2.6 tc35tc35 模块的初始化模块的初始化 监控过程开始时，单片机通过 rs232 串口激活 tc35 来发送和接受数据短消息，完 成与主控端的数据交换。tc35 模块的初始化过程是首先用定时器延时 5s，等待 tc35 模 块自检完毕，然后检查是否已插入 sim 卡，有 sim 卡则继续检查移动运营商。之后再对 gsm 模块进行初始化。其流程图如图 2-3 所示： 电源 天线接口 gsm 射频部分 连接器 flashsram gsm 基带处理器 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 7 图 2-3 tc35 模块流程图 2.32.3 msp430msp430 单片机简介单片机简介 msp430 系列是一个 16 位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机，众多 的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算。同时在其内部的数据总线经过转换还 存在 8 位的总线，可扩展模 / 数转换或数 / 模转换这类的功能模块。适合应用于使用 电池供电的仪器、仪表类产品中。在 1996 年问世，由于它具有极低的功耗、丰富的片 内外设和方便灵活的开发手段，已成为众多单片机系列中一颗耀眼的新星。msp430 系列 由于具有 flash 存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。 这是 ti 公司推出具有 flash 型存储器. 2.3.12.3.1 msp430msp430 系列单片机的特点系列单片机的特点 msp430 系列单片机还具有以下的显著特点： （1）低电压、低功耗 msp430 系列单片机能够在稳定的工作在 1.8v-3.6v 之间，在系统时钟频率较低的情 况下，其消耗电流能降低到 400us。 （2）强大的处理能力 msp430 系列单片机具有 16 位 risc 结构，简洁的内核指令系统，当工作在 8mhz 系 统时钟下时，指令周期为 125us。 （3）稳定的工作性能 初始化 tc35 延时 5 秒 查询网络运营商 设置发送方式及中心号码 发送短信息 有无 sim 卡 y n 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 8 msp430 单片机中，内置看门狗，同时系统能够在多个时钟源之间切换，保证系统正 常工作。 （4）丰富的片内资源 msp430 系列内置了丰富的片内资源模块，主要包括看门狗（wdt） 、定时器 a（timer-a） 、定时器 b（t imer-b） 、比较器、串口 0、串口 1（ustra0,ustra1） 、 硬 件乘法器、模数转换（adc） 、基本 i/o、基本定时器等。 2.3.22.3.2 msp430f149msp430f149 单片机简介单片机简介 设计中所选用的控制核心为 msp430f149 单片机是 ti 公司推出的 msp430 系列单片机 的一种， msp430f149 单片机主要特征如下： （1）低工作电压：1.8v-3.6v。 （2）基本的时钟模块：高速晶体振荡器（8mhz） 、低速晶体振荡器（32768hz） 、内 部的 dco 振荡器。如图 2-4 所示： （3）内置的 12 位 adc。 （4）具有 3 个捕获/比较寄存器的 16 位定时器 timer a。 （5）具有 7 个捕获/比较寄存器的 16 位定时器 timer b。 （6）多达 60kb 的 flashrom 和 2kb 的 ram。 （7）内部带有 256b 的 flash 存储器模块。 （8）6 个可配置第二功能的 i/o 端口（p1p6） 。 msp430f149 单片机结构图如 2-5 所示： 图 a 低速晶体振荡器 图 b 高速晶体振荡器 图 2-4 晶振电路设计原理图 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 9 图 2-5 单片机电路 2.3.32.3.3 单片机处理电路单片机处理电路 单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要是完成与 tc35 等模块的通信。 msp330f149 与 tc35 之间采用串口 1 进行通信。 在单片机的时钟设计上与其他单片机有一定的区别，msp330f149 单片机采用两个 时钟输入，既一个 32khz 的时钟信号，一个 8khz 的时钟信号。考虑到电源的输入纹波对 单片机的影响，在电源的管脚增加一个 0.1vf 的电容来实现滤波，以减小输入端受到的 干扰。另外单片机还有模拟电源的输入端，因此也要考虑干扰问题，在本系统中的干扰 比较小，因此模拟地和数字地共地，模拟电源输入端增加一个滤波电容以减小干扰。 2.42.4 系统的定位技术系统的定位技术 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 10 2.4.12.4.1 定位技术的选择定位技术的选择 目前可以应用在车辆监控系统的定位技术很多，例如全球定位系统 gps 技术、gsm 手机定位技术等。其中 gps 定位技术在车辆监控系统中应用最为广泛。gps 技术的定位 精度完全满足了车辆监控的要求。gps 接收机种类繁多，价格相对便宜，便于选择合适 系统要求的接收机。从实现性、精度、成本等方面考虑，系统选择了 gps 定位技术。 2.4.22.4.2 gpsgps 定位系统介绍定位系统介绍 gps 是英文 global positinging system 的简称。它的含义是，利用导航卫星进行 测距和测时，以构成全球定位系统。gps 系统包括三部分：空间部分-gps 卫星星座；地 面控制系统；用户设备部分-gps 信号接收机。三者有各自独立的功能和作用，但又是有 机配合而不可缺一体系统。 （1）gps 卫星: 空间部分由 24 颗 gps 卫星组成。分布在 20200km 高空中固定的 6 个 轨道上，每个轨道 4 颗。 （2）地面控制部分：有一个主控站、5 个全球监控站和 3 个地面控制站组成。他们 为卫星提供准去的卫星轨道和时钟参数。 （3）gps 接收机 :.主要功能是捕获卫星的一些信息计算出用户堆在位置的经纬度、 高度、速度时间等性息。接收机由接受单元和天线单元组成，而用户设备则由接收机硬 件和机内软件构成。作为 gps 用户主要部件的 gps 接收机，用来接收处理 gps 卫星送来 的卫星位置信息。接收机又主机天线、运算单元、输出通道等部分组成。主机的核心是 由低噪放大器、信道电路、中央处理器、存储器等组成。在软件的操作下，接收机将卫 星信息接收、采集、放大、识别、存储、处理，并输出有用的定位信息、速度信息和时 间信息。 2.4.32.4.3 gpsgps 定位基本原理定位基本原理 gps 定位方法常用的是伪距定位方法，伪距定位测量是基于到达时间（toa）测距原 理。从已知位置上的卫星发射机发射的信号到达地面用户接收机所需的时间间隔乘以信 号传播速度，可以得到发射机到接收机的距离。由于卫星和接收机间的时钟偏差、传播 延迟和其他误差，不可能测出实际距离，而是伪距。卫星和接收机时钟的读时偏差是常 数。为了确定接收机的位置，接收机需要知道跟踪卫星的伪距和卫星的位置。视在信号 传播时间乘以光速等于伪距。 gps 伪距定位的基本定位原理是：卫星不间断的发送自身的星历参数和时间信息。 gps 接收机通过接收观测范围内的几个卫星，可以得到几个关于伪距的方程，将这几个 方程结合所接收的卫星星历数据，经过处理以及计算，可以求出接收机的三维位置，三 维方向以及运动速度和时间信息。gps 伪距定位原理如图 26 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 11 gpsgpsgps接收机接收机接收机接收机 p p p x x x y y y z z z s s s1 1 1 s s s2 2 2 s s s3 3 3 s s s4 4 4 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 图 2-6 gps 定位原理 由此可见，gps 定位中，要解决的问题就是两个： 一是观测瞬间 gps 卫星的位置。二是观测瞬间测站点至 gps 卫星之间的距离。站星之 间的距离是通过测定 gps 卫星信号在卫星和测站点之间的传播时间来确定的。 串行数据输出与单片机 urxd0 连接 串行数据输入与单片机 utxd0 连 接 5v 图 2-7 gps 功能电路 2.4.4gps 功能电路功能电路 gps 只需通过一个 12 针的引脚和系统相连，如图 2-7 所示。其中，txd1 和 rxd1 是 通讯端口，为 5v 的逻辑电平，可以直接与 msp430f149 的串口 0 相连：引脚 10 是供电电 源，为了保证其工作稳定性，在引脚 10 和引脚 8 间可加一个 10mf 的保持电压。 2.52.5 防盗系统的设计防盗系统的设计 本文研究的汽车防盗系统是一个综合运用嵌入式技术，gps 技术，gsm 无线通信技术 txd2 rxd1 pps txd1 rxd1 pwr dn vaux gnd reserved vin nc nmea 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 12 的平台。系统采用移动电话网做为通信媒体，利用 gps 定位技术及电子技术，计算机技 术等手段，对被监控的车辆进行全方位的监控和跟踪，并把相应的数据信息通过 gsm 网 络传送到监控中心。车载终端检测车辆的状态，如果发现车辆出现异常，向监控中心和 用户发出报警信息；同时，也接收来自监控中心和用户的命令，并解析命令执行相应操 作。该防盗系统主要由车载终端，无线通信网络和监控中心组成。系统的组成原理如图 2-8 所示 图 2-8 防盗系统的系统框图 2.5.12.5.1 防盗系统的总体设计防盗系统的总体设计 汽车上装设的点火锁和手控锁并不能有效的防止汽车被偷盗，所以现代很多汽车安 装了电子防盗报警器。当发生偷盗情况时，报警喇叭会持续响一段时间，同时关闭汽车 发动系统。但是如果用户离汽车较远时，当有人试图进入汽车或其他东西碰撞汽车时， 用户并不能听见喇叭的报警声，从而造成一点不明的损失，所以仅仅有喇叭并不能达到 防盗的目的。本防盗系统可以将报警器的报警信号转为短消息“您的汽车被人动，快去 看看”并发送给用户提醒注意，完全实现远程监控汽车的目的。 利用检测报警喇叭线的状态判断是否有偷盗情况，如图 2-9 所示： 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 13 图 2-9 防盗报警电路 当发生偷盗情况时，汽车的防盗报警器会通过继电器将喇叭线置位高电平一段时间， 此时喇叭报警，光耦也会导通，p1.1 为低电平；无偷盗情况时，喇叭继电器断开，喇叭 线相当于断路，此时光耦不会导通，p1.1 为高电平。通过判断 p1.1 的状态，我们可以 判断报警器是否报警。一旦检测到 p1.1 持续 10 秒都为低电平，可以确定车辆发生盗窃 情况。msp430f149 控制 tc35 自动编辑短消息“您的汽车被人动，快去看看”发送给用 户手机。同时，汽车的左前后门、右前后门及前盖箱和后盖箱被非正常打开时都会把信 息以开关量的形式送给单片机,然后系统再通过 gsm 网络把相应的信息发送给用户。 1车载防盗终端 车载防盗终端是本系统的核心，负责接收 gps 卫星定位信息并提取所需的信息，采 集有关车辆状态信息的数据，并把这些数据通过 gsm 网络，按照通信协议，传送到监控 中心；同时把必要的信息传送到用户手机。同时，车载防盗终端接收来自监控中心或用 户手机的命令，并分析执行。 2无线通信网络 无线通信网络有连接车载防盗终端与监控中心的用户纽带，是组成车载防盗系统的 关键，系统不仅要使通信系统覆盖范围广，而且报保证数据信息传输正确和实时。 3监控中心和用户手机 监控中心有计算机和监控软件组成。监控中心接收车载防盗终端上传的车辆位置、 状态等信息，进行相应数据处理后，与监控计算机的电子地图进行比对，并在电子地图 上实时显示车辆位置，并可以根据需要显示车辆轨迹。对于车辆防盗终端检测的报警信 息，将给以报警提示。这样监控中心就可以实时掌握车辆的动态信息，监控中心具有大 型数据库的支持，所以可以同时对车辆的数据进行记录和存储，以后事后查询。除了接 收到车载终端的上传数据外，监控中心还具有下发命令的功能。以后手机可接收到车载 防盗终端发过来的信息，提示车辆的状态，也可以通过以后手机对车辆进行远程控制。 2.5.22.5.2 防盗系统的功能设计防盗系统的功能设计 重要功能如下： （1）精确定位：防盗系统全天 24 小时连续不断地接受 gps 卫星信号，为系统提供车 辆的位置和速度，定位精度为10 米。 （2）状态检测: 采集车辆的状态信息，并把采集的数据发送到监控中心。 （3）功能控制: 接受到监控中心或用户的控制命令后，对车辆进行控制动作。 （4）通信功能：在 gsm 网络覆盖的范围内，车载监控终端可以与控制中心和用户手 机进行数据交换。 （5）防盗报警：在用户设置防盗功能后，监视车门及点火系统的打开和关闭，一旦 出现情况，向监控中心和用户手机发送报警信息。 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 14 2.62.6 系统电源系统电源 高品质的电源是硬件性能稳定的基础。稳定的输出电压、较大的输出电流、较小的 温度漂移和发热量是衡量电源品质的标准，如何设计系统可靠稳定的电源系统，是整个 硬件设计的重点。先分析系统对电源的要求。由于本系统需要采用汽车电瓶供电，要求 输入电压为 12v 左右，输出电压有 3 种：tc35 需要供电电压 3.35.5v，这里我们选择 3.5v：msp430f149 需要供电电压 3.3v：其他器件需要的 5v 供电电压：各模块主要消耗 电流情况： tc35 空闲时输入电流很小，但当有 数据传输时峰值电流可达 2a，其他电路 功耗较小，大概为几十毫安。 从以上要求可以看出，系统电流消耗很大，而对输出电压的精确度要求不高，可以 选用开关式 dc-dc.本课题采用 lm2576 先将 12v 转为 5v.而 3.5v 和 3.3v 供电电压由 5v 作为输入，这样大大降低了功耗。系统电源部分电路由图 2-10 所示。汽车电瓶通过 j2 输入系统，先经过 lm2576-5v 降压为 5v.lm2576 最大输出电流为 3a，完全可以满足系统 的需要。lm2576 允许的输入电压范围为 740v，即使汽车电瓶电压下降时也不影响本系 统的正常工作。它的输出电压也较稳定，在输出端再加上 1000mf 的大电容，可以保证输 出电流有较大变化时（如 tc35 有数据传输时）不会使输出电压发生大幅度波动。这里需 要注意的是，为了更好的保护系统，正、负端都串入保险，并增加二极管 d1 防止电源加 反烧坏电路。 图 2-10 系统的电源电路 考虑到硬件系统对电源要求具有稳压功能和纹波小等特点，另外也考虑到硬件系统 的底功率等特点，因此该硬件系统的 3.3v 电源部分采用 ti 公司的 tps76033 芯片实现。 3.3v 输出电源的纹波小。在输出部分用了一个 2.2vf 和 0.1vf 的电容，另外在芯片的输 入端也放置一个 0.1f 的 35 滤波电容，减小输入端的干扰。 对于 tc 模块采用 3.5v 供电，由于该电源部分的输出电流必须满足电流峰值能达到 2a，在此采用 national 公司 lp3966-adj 芯片，该芯片的管脚 1 为 shutdown 管脚，再设 计的时候必须通过一个 10k 的电阻拉高到 5v。该芯片的输出为可调类型，该芯片通过电 阻 r2 和 r1 实现输出电压的调节。输出电压调节换算公式为： 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 15 r2=r1(vout/1216-1) 2.1 通过上式可以知道：只要给定电阻 r1 和确定输出电压 vout 的情况下，就可以计算 得到电阻 r2 的值。为了使 3.5v 输出电源的纹波小，在输出部分用了一个 68pf、33 v f、0.1vf 的电容实现滤波。另外在芯片的输入端也放置一个 68vf 的滤波电容，减小输 入端受到的干扰。 2.72.7 汽车供电控制部分汽车供电控制部分 此电路的功能为，当车辆被盗窃后，用户可以发送短信“断油断电”到系统，系统 随之切断汽油喷射系统等设备的供电电源，这样汽车就无法行驶，再配上 gps 等定位手 段，十分有利于追缴被盗车辆。当车辆被追回时，可以发送短信“供油供电”使汽车电 瓶供电系统恢复正常。 图 2-11 汽车供电系统结构图 先来了解一下汽车供电系统的结构。汽车所有的供电都来自于一块大蓄电池，汽车 正常行驶时发电机会不断向蓄电池供电，所以蓄电池的电量总是十分充足。汽车的供电 系统大致可以分为三路。如图 2-11 所示。其中，汽车照明等供电设备在任何时候（包括 钥匙锁开关闭合时）均有电压供应，防盗系统可以从此处取电。 如果要控制的发动机停止转动，控制汽油喷射系统的供电电源即可。通过继电器可完成 此功能。在汽油喷射系统的电源线上加装一个大型号常闭型继电器，通过控制继电器的 开关状态即可完成对电源的控制，但 msp430f149 的引脚驱动能力较弱，并不能直接驱动 此大继电器，需要中间继电器过渡。如图 2-12 所示，当收到“断油断电”短消息时， msp430f149 驱动引脚变高，由于引脚电平为 03v，无法驱动 5v 的继电器，需要通过两 个非门控制继电器，此时中间继电器（tq2-5v）吸合，带动外部控制喷油系统电源的继 电器断开，从而使汽车无法正常燃油运转，会慢慢停下来。同样，当收到“供油供电” 短消息时，msp430f149 驱动引脚变低，此时中间继电器（tq2-5v）断开，外部大继电器 又回复到常闭状态，从而使汽车的汽油喷射系统恢复正常。 汽车照明等供电设备 汽车防盗系统 点火器及其他设备 汽车喷射系统 交 流 发 电 机 汽 车 蓄 电 池 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 16 图 2-12 中间继电器连接图 3.3. 系统的软件设计系统的软件设计 在系统的硬件电路设计后，接下来要做的是软件的设计，系统功能的实现到靠软件 来完成，软件设计的好坏，关系到系统的性能及可靠性。 3.13.1 系统程序模块系统程序模块 防盗系统控制软件完成接收 gps 定位信息、收发短消息、对汽车上的主要部件的控 制等功能。在完成初始化及开中断之后系统进入闲置状态，处于低功耗的待机状态。一 有中断，就结束闲置方式在中断服务子程序中对引起中断的事件作相应的处理，并使相 应的标志位置位，在中断结束后，程序将根据标志位的状态去执行各自相应的处理程序， 防盗系统程序模块主要包括主控模块、系统模块、防盗器接口模块、gsm 处理模块和 gps 处理模块等。 3.1.13.1.1 主控模块主控模块 此模块是本系统的核心，包括对相关设备初始化函数的调用和设置，以及在它的程 序主函数中调用其他模块中的相关函数以完成程序功能。其基本思想是采用轮询方式， 在一个大主循环里调用各个功能模块中各自的小循环，并在各关键部位设置看门狗，以 防系统死机。 主控模块与其它模块的关系如图 31 所示： 开始 初始化各模块设备 调用系统模块 调用防盗模块 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 17 图 3-1 主控模块与其他模块的关系 3.1.23.1.2 主要子程序模块的设计主要子程序模块的设计 （1）系统模块 此模块功能主要是对 msp430f149 自身的相关设备进行管理，包括对 msp430f149 两 个串口的波特率、数据位等初始化设置，对串口数据收发的管理，对 i/o 口和中断的控 制。 （2）防盗模块 在此模块中主要编写汽车防盗器的接口通讯协议，包括对汽车防盗器的控制以及 从防盗器读取汽车报警信息。 （3）gps 模块 gps 模块的主要功能是通过串口接收 gps 接收器传过来的 gps 数据，包括日期、时 间、纬度、经度和速度等。 3.23.2 防盗系统的工作过程防盗系统的工作过程 下面以车主通过给防盗系统发送短信命令来控制汽车的实例具体描述系统的工作过 程。 假设车主发现汽车被人盗走，需要远程对汽车进行断油断电时，车主可用自己的手 机编辑短信“断油断电”发送到防盗系统的 sim 卡上。防盗系统接收到短信息后，随即 利用通讯模块对接收到短信进行分析。首先，判断短信发送号码是否为车主或者监控中 心的号码，如果不是，则需验证用户口令是否正确。然后，对通过验证的短信做进一步 分析，判断短信指令格式是否符合标准以及短信的命令的内容是什么。判断是“断油断 电”命令后，直接通过防盗器模块执行断油断电命令，并根据防盗器反馈信息判断断油 断电是否成功，然后再通过通讯模块来向用户发送反馈短信，确认远程操作指令的结果， 同时反馈汽车的位置信息。车主和监控中心利用汽车的位置信息即可找到丢失的汽车， 然后车主可以再次编辑手机短信“解锁”发送到防盗系统的 sim 卡上，对汽车进行解锁， 使汽车进入正常工作状态。 在实际应用中，gps 车辆监控系统也存在着一些问题，如定位精度和实时性问题， 调用 gps 模块 调用 gsm 模块 看门狗是否正常 否 是 基于 gsm 汽车防盗监控系统的设计 18 由于 gps 定位信息通过 gsm 无线通信系统进行远程传输，必然存在着传输延时，这对车 辆定位的实时性有一定的影响，从而影响定位精度。 。 除传输时延的影响外，gps 车辆定位的精度还受到 gps 本身误差及地图误差的影响。 对 gps 本身的误差，可以采用差分方式大部分消除；对地图误差，可以尽量选取多个合 适的控制点进行地图校准以减少误差。 4 4结束语结束语 在本次设计过程中通过查阅大量的文献，使我了解和掌握了汽车防盗技术的现状以 及发展动态，并对基于 gsm/gps 的网络式防盗技术进行讨论。本次设计主要介绍了 gsm 技术、gps 技术和网络防盗技术的原理、特点。从系统硬件框架设计、软件框架设计等 几个方面介绍了基于 gsm/gps 的嵌入式汽车防盗系统的具体设计、实现过程。首先介绍 在系统实现过程中涉及到的 gsm 和 gps 技术和硬件框架以及框架中各硬件模块的选型方 案；最后介绍了软件框架设计中的几大模块软件流程以及各模块之间的关系。 当然在本次设计中也遇到了很多困难，在指导老师和同学的共同帮助下使我的难题 得以解决，从而顺利完成本次设计。在此感谢老师的耐心指导和同学的热心帮助，然而， 本