基于GSM的汽车防盗报警系统设计

绪论1.1GSM的简介随着汽车等交通工具的普及，无线通信技术和全球卫星定位(GPS)技术逐步开始应用到车辆监控等领域。不论是对警车、运钞车等特种车辆的监控还是对普通轿车的防盗监控，无线通信和GPS技术都发挥着重要的作用。目前，移动无线通信方式主要有：a．集群移动通信方式；b．DSRC(专用短程)通信方式；c．GSM(全球移动通讯系统)方式。其中，GSM方式数据范围大，数据保密性好，使用方便，成本低。结合GPS系统，GSM系统可以将车辆的位置、速度、行驶方向以及其他状态信息通过无线通信链路传送到车主手持终端或监控中心，实现对车辆的监控。

在GSM系统所提供的业务中，话音业务和数据业务需要通过拨号建立连接，一旦建立连接后即开始计费。而GSM短消息业务不需要建立拨号连接，只需要把要发的信息加上目的地址发送到短消息中心，再由短消息中心转发到目标用户终端。短消息业务是按发送的短信条数收费，只要短消息每次限制在140个字节即可，这个数据长度足够传送GPS定位信息。可以看出，利用GSM短消息业务进行数据传送能够充分利用覆盖范围广阔的移动通信网络，以廉价的方式实现远程可移动目标的定位，比较适合用于汽车的防盗监控。本文采用PIC18F2450单片机、GSM模块TC35i和SIRF第三GPS接收模块设计车载防盗监控终端。

GSM全名为：GlobalSystemforMobileCommunications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术。目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括GSM900：900MHz、GSM1800：1800MHz及GSM1900：1900MHz等几个频段。GSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。GSM实际上是欧洲的无线电话标准，据GSMMOU联合委员会报道，GSM在全球有12亿的用户，并且用户遍布120多个国家。因为许多GSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议，因此当用户到其他国家之后，仍然可以继续使用他们的移动电话。1.2GSM的特点GSM系统有几项重要特点：防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。

〈1〉

频谱效率。由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

〈2〉

容量。由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。

〈3〉话音质量。鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

〈4〉开放的接口。GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

〈5〉安全性。通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。鉴权用来验证用户的入网权利。加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

〈6〉与ISDN、PSTN等的互连。与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。

〈7〉在SIM卡基础上实现漫游。漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。1.3GSM的发展20世纪80年代中期，当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时，世界上的发达国家就在研制第二代移动通信系统。其中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧GSM

，美国的ADC(D-AMPS)和日本的JDC(现在改名为PDC)等数字移动通信系统。在这些数字系统中，GSM的发展最引人注目。1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。GSM系列主要有GSM900、GSM1800和GSM1900三部分，三者之间的主要区别是工作频段的差异。

蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：各系统间没有公共接口；很难开展数据承载业务；频谱利用率低无法适应大容量的需求；安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。尤其是在欧洲系统间没有公共接口，相互之间不能漫游，对客户造成很大的不便。GSM数字移动通信系统源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT(北欧移动电话)和英国的TACS(全接入通信系统)，西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年，北欧国家向CEPT(欧洲邮电行政大会)提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会(ETSI)技术委员会下的“移动特别小组(Group

Special

Mobile)”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。

我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。

GSM国内现状目前我国主要的两大GSM系统为GSM

900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由在这两个频段间切换。欧洲国家普遍采用的系统除GSM900和GSM1800另外加入了GSM1900，手机为三频手机。在我国随着手机市场的进一步发展，现也已出现了三频手机，即可在GSM900\GSM1800\GSM1900三种频段内自由切换的手机，真正做到了一部手机可以畅游全世界。

第二章汽车防盗系统的设计2.1引言目前流行的汽车防盗器可以简单归纳为三大类，即：机械式防盗器、电子防盗器和网络防盗器，上述三类防盗器越往后科技含量越高，但价格也基本与科技含量成正比。2.2方案论证2.2.1方案一机械式防盗装置是市面上最简单、最廉价的一种防盗装置，其原理十分简单，即锁住转向盘、控制踏板或挡柄。优点：价格便宜，安装简便，价格在几十元到几百元之间。缺点：防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。2.2.2方案二电子防盗装置就是给车锁加上电子识别码，开锁或配钥匙都需要输入十几位密码。电子防盗的最大优点在于密码解锁和声讯报警。电子防盗装置的主要功能有以下四种：声讯报警、安全提示、遥控寻车、中央门锁遥控。其缺点也是显而易见的，防盗不彻底，车主离车的距离很远时可能听不到报警声，密码防护不严，较易破解。2.2.3方案三网络防盗装置即利用现代电子信息技术、航天技术和网络技术，实现汽车与车主的实时信息反馈，以全球卫星定位系统（GPS）为代表。其利用接收卫星发射信号与地面监控设备和GPS

信号接收机组成全球定位系统，卫星星座连续不断发送动态目标——汽车的三维位置、速度和时间信息，从接收到的反馈信息来获知汽车当前所处的位置。目前的GPS

系统具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、路况信息、人工导航、车辆查询等多种功能。

但是，这种防盗系统也有很大不足之处：

一是没有建立卫星定位地面监控中心的地区GPS无法工作；

二是由于卫星数量有限，信息扫描覆盖存在一定“盲区”，从而使监控实际上经常处于间断“丢失”状态；三是价格一般都在数千元以上，仅安装一套不带显示屏的GPS

就需要花费六七千元，而每年还需向服务商交纳近千元的服务费。高昂的费用让许多车主望而却步。2.2.4方案四

此基于GSM的汽车防盗报警系统是集传统车载式防盗报警单元和GSM全球通移动通信网路控制为一身的高科技产品。该产品依托覆盖率极高的GSM公众网络，利用GSM无线通讯业务和短消息业务，采用人车互动的防盗模式，对车辆进行远程监控；具有遥控监听现场语音功能、遥控呼叫语音报警功能、发送和遥控关闭报警短消息功能、被劫报警按键、振动报警等功能，使车主摆脱了看不到、听不见的被动防盗尴尬局面；无需设运营中心，解决了GPS入网成本高以及普通的车辆防盗报警器监控范围小等问题，能让您的汽车随时随地尽在掌握之中。2.3方案选择与阐述利用GSM无线通信业务及短消息服务业务，对车辆进行远程监控和定位，主控装置采用单片机的控制，功能由软件编程实现，GSM手机控制方式是采用GSM手机串行数据接口，利用GSM网络消息服务业务，实现数据信号发送接收，采用GSM手机串行数据接口方式，控制方便简单，这些技术目前都已经非常成熟，并且广泛的各种监控领域使用成功。

系统设计包括检测模块，中央处理模块，执行模块，通信模块，其中：

(1)

监测模块由多组传感器及信号处理电路构成,用于车况信息的采集,并将采集的数据信号加以处理后传输至中央处理模块。

(2)

中央处理模块接收来各个传感器的信息进行数据融合,将处理的结果分级。中央处理模块根据不同等级的警报触发不同的报警信号和执行操作,并通过通信模块将事态判定结果发送到车主手机。

(3)

执行模块通过通讯模块接收车主手机发送的指令,车主可以方便地进行“汽车发动机熄火”、“监听”等操作。

(4)

通讯模块能够实现数据通讯功能。系统正常工作时,首先将检测模块采集数据送到中央处理模块,并且判断是否发生异常情况,如果发生异常情况并进行数据信息综合分析处理后通过GSM

通信模块向用户发送相应的报警短消息,用来监测、控制汽车的工作状态。车主接收到报警短消息后,根据具体异常情况发送控制汽车的短消息指令,用户还可以通过手机发送短消息进行访问,当用户接收到报警信息时,可以根据报警的种类向主机发送短消息,对各被控量实现远程控制,中央处理模块提取短消息并译码后进行相应的操作启动报警模块或执行模块。

第三章软硬件设计3.1

车载终端硬件设计

车载终端主要由四部分组成，即GSM模块、GPS接收机模块、单片机控制电路和电源电路。GPS模块负责接收定位数据；GSM模块在单片机的控制下收发短信；单片机控制电路对GPS定位数据进行分析，并根据用户的设置做出相应的处理。电源电路由7805为单片机、GPS模块提供+5V直流电压，LM2941CS再将+5V直流电压稳压为+4．2V提供给GSM模块使用。该系统的结构框图如图3-l所示。图3-1系统结构框图3.1.1单片机控制电路

系统选用Microchip公司的PICl8F2450作为MCU。该芯片为采用纳瓦技术的28脚高性能单片机，具有高可靠性、低成本、低功耗、体积小等优点。其内部有16k字节的Flash程序存储器和768字节的RAM，支持在线编程和调试。该单片机内部仅有一个通用异步串口。为了能够同时与GPS以及GSM模块通信，单片机需要两个串口。但如果选择具有双串口的单片机，将会增加成本，所以本系统利用PICl8F2450普通I／O口和该系列单片机的

C语言编译器提供的库函数设计了一个软件串口。单片机内部的硬件串口通过17脚和18脚与GSM模块通信，软件串口通过25脚接收GPS信号。单片机的2

脚作为GSM模块的启动脚。接口电路如图3-2所示。图3-2单片机接口电路3.1.2

GSM模块

GSM模块负责在车载终端和监控用户之间传递信息。本系统采用德国西门子工业GSM模块TC35i。TC35i模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在GSM900和GSMl800双频段，可传输语音和数据信号。TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据，它支持Text和PDU格式的SMS(短消息)。TC35i模块有40个引脚，分为电源、数据输入、输出、SIM卡、音频接口和控制等5类。其工作电压为4．2V，模块的供电电压如果低于3．3V会自动关机。由于模块在发射信号时，电流峰值可高达2A。所以该模块对电源的要求较高，本系统采用开关型可调高性能微波电路专用稳压芯片LM2941CS，它能够提供大电流稳定的电压输出。使用TC35i模块时，其启动脚IGT必须加一个时间长于100ms的低电平才可以使TC35i挂入工作状态。TC35i模块的数据输入、输出接口符合ITU-TRS232接口标准，支持标准的AT命令集。GSM模块与MCU的接口电路如图3-3所示。图3-3GSM模块接口电路3.1.3

GPS模块

本系统采用的GPS模块为SIRF第三代高灵敏度引线式GPS接收模块SIRF

star

III。该芯片定位精度小于10米，冷开机／暖开机／热开机的时间分别达到42s／38s／8s，最多可以同时追踪20个卫星信道。其内部有可充电电池，可以保存星历数据，便于快速定位。串口数据格式为TTL电平数据输出，通讯速率为4800通讯波特率，每秒输出一次GPS全数据。该模块GPS天线采用

MMCX接口，数据线接口为6线接插件，排线输出，使用时非常简单，只需用到三根输出线，第一脚接3．5～5．5V的直流正电源，第五脚是电源地，第二脚是GPS的输出线，它是TTL电平的串口信号，高电平大于2．4V，低电平小于0．4V，输出驱动能力为2mA，可以直接和单片机接口；第六脚是秒信号输出，每秒都会输出一个10ms宽度的0．2V左右的脉冲信号用于授时。由于该模块只向单片机发送数据而不接收来自数据，所以本系统中单片机采用软件串口与其通信，MMCX接口的第二脚接单片机的25脚即可。3.2

车载终端软件设计本设计采用GSM网络来进行通信，车主主要利用TC35i通行模块来控制汽车，当报警器正常启动之后，将处在不断检测汽车状况和接受车主短信或来电的状态中。如果汽车处在不设防状态，那么车上的传感器检测并传输到单片机的信号将不给予处理，这时通信模块也不会接受车主的来电，只有当车主发送短信解除时，才能使TC35i处在工作状态，当车体有震动，车门被非法打开或有人进入到车内，这时自动发出声光报警信号，并向用户发出报警信息，这时自动关闭车上有感应的传感器，避免向用户重复发送短信，经过一分钟之后，声光报警信号自动解除，两分之后如果车主没有答复，即没有向TC35i模块发送任何形式的短信和没有打电话监听车上的情况，该模块就会自动拨打车主的手机，再过三分钟之后，就自动启动刚才关闭的传感器，如果车主有发送短信到TC35i模块上，与其相连的单片机就会读取用户短信内容，经过分析判断后，执行用户的指令。

本系统设置SIM卡接收短信方式是当报警器初始化时就删除卡内的第一条短信，当车主发来短信时，系统自动会将短信放在第一条短信的位置，等单片机读取，并执行相应的命令之后，系统就会自动删除短信。这样可以防止短信内容被其他人读取到，并利用技术对该系统进行破解，本系统通信对象只针对车主，未经允许的用户手机不能对其控制，当车主手机丢失或在外出差手机又没带，本系统设置了一个人性化的功能，更改手机用户，车主只要输入正确的密码并发送到车上的短信模块，就能改变与其的通信对象。

对整个GSM报警器的控制形式分为两种，手机和遥控器，其中手机控制比遥控器控制等级高，当系统处于正常工作状态时，两种控制方式都能控制系统撤防，当系统不处于设防状态时，那就需要看是报警器上一次是通过哪种方式撤防，如果是遥控器对报警器进行撤防的，那么系统可以通过遥控器和手机对报警器进行设防，如果是手机进行的撤防，那么遥控器就不能进行设防，而只有通过手机进行设防。同时手机也可以控制遥控器，当用户遥控器丢失时，车主就可以通过短信的方式，可以让遥控器对于整个系统失效。智能报警系统总体设计流程图如图3-4所示。图3-4主程序流程图3.2.1GSM规定的TC35i模块AT指令AT命令短消息收发有关的规范主要包括GSM03．38、GSM03．40和GSM07．07。前二者着重描述SMS的技术实现(含编码方式)，后者则规定了SMS的DTE—DCE接口标准(AT命令集)。AT命令即Attention，AT命令集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的DTE-DCE接口标准，是从终端设备TE(TerminalEquipment)或数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)向终端适配器TA(TerminalAdapter)或数据电路终接设备DCE(DataCircuitTerminatingEquipment)发送的。通过TA，TE发送AT命令来控制移动台MS(MobileStation)的功能，与GSM网络业务进行交互。AT命令包括一般命令，呼叫控制令，网络业务命令，安全性命令，电话本命令，短消息(SMS)命令，补充业务命令，数据命令，传真命令和串口命令。本设计主要用的是短消息命令，对GSM中的短消息业务进行操作,短消息收发规范GSM07．07规定了短消息命令。表3-1AT指令功能3.2.2

SMS短消息的编码方式

SMS短消息的编码方式主要有BlockMode、TextMode和PDU

Mode三种模式。本设计采用基于AT命令的PDU

Mode模式。

PDU模式是发送或接收手机SMS信息的一种方法，PDU串表面上是一串ASCII码，由‘O’～‘9’、‘A’～‘F’这些数字和字母组成。它们是8位字节的十六进制数，或者BCD码十进制数。PDU串不仅包含可显示的消息本身，还包含很多其它信息，如SMS服务中心号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等。短信息正文经过十六进制编码后被传送出去。PDU

Mode被所有手机支持，可以使用任何字符集，它也是手机短消息默认的编码方式。基本上全国所有的电信局都提供支持PDU

Mode的短消息业务。如果需要发送中文或者中英文混合信息，就必须使用PDU模式。PDU相当于一个数据包，它由构成消息(SMS)的信息组成。作为一种数据单一元，它必须包含源／目的地址、保护(有效)时间、数据格式、协议类型和正文，正文长度可达140字节，它们都以十六进制表示。3.2.3报警器各种功能的AT控制指令

1.

通讯握手

发送：AT（回车）

返回：ATOK

收到OK，说明握手成功。

为了能在手机上显示中文，设置以PDU数据格式传输发送：AT+CMGF=0

返回：AT+CMGF=0

OK

设置不回显的方式

发送：ATE0

返回：OK

设置有短信带提示功能

发送：AT+CNMI=2,1

返回：OK

当有短信时会收到：+CMTI:”SM”,1

5.有短信时，就要读取短信

发送：AT+CMGR=1

返回：+CMGR

OK

6.当读取完短信之后就要对其删除

发送：AT+CMGD=1

返回：OK

删除SIM卡上的第一条短信。

7.当接收到来电时，

返回：RING

这时如果要显示对方用户的号码

发送：AT+CLCC

返回：+CLCC:

1,1,4,0,0,,129,"

/M"

OK

这样就可以判断来电号码是否为车主的号码，以此来决定是否接听。如果要接通只要发送：ATA

如果要挂掉只要发送：ATH

向用户拨打电话

发送：AT

其中分号必须要加在号码后面，否侧拨打电话会失败。

发送短信

发送：AT+CMGS=46

返回：>

发送：0891683108501905F011000B813107966499F60008A72060A876846C7D8F666B6388AB4EBA7A8353D6FF0C8BF791C753D663AA65BDFF01

返回：+CMGS:

176

OK

向用户发送“您的汽车正被人窃取，请采取措施！”为内容的短信，AT+CMGS=46的含义是发送的总长度为46字节，返回的“+CMGS:176”表示SIM卡发送：0891683108501905F011000B813107966499F60008A72060A876846C7D8F666B6388AB4EBA7A8353D6FF0C8BF791C753D663AA65BDFF01

代码的含义为：

1.08：短信中心地址长度（可以固定不变）

2.91：短信中心号码类型（可以固定不变）

3.68：中国地区代码（在中国范围内固定不变）

4.3108401505F0：短信服务中心号码