基于GPRS和GPS的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，購(gòu)車的家庭越來(lái)越多，但隨之而來(lái)的是盜車案件的增加。雖然目前大多數(shù)車輛都裝有防盜系統(tǒng)，但一般為聲光警告，一旦人與車距離過(guò)遠(yuǎn)，車主將不能及時(shí)得知車輛被盜消息，因而失去很多報(bào)警的機(jī)會(huì)。如果車主有一部收發(fā)短消息的GSM手機(jī)，防盜系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，并且GPS可確定具體車輛的方位信息，便于查找丟失的汽車。

1 核心控制器部分

1.1 STR710F微控制器介紹

　　STR71X是片上集成Flash和RAM的微控制器。它基于高性能的ARM7TDMI內(nèi)核，擁有豐富的外設(shè)和增強(qiáng)的I／O功能。該系列的所有器件都包含片上高速單電壓Flash存儲(chǔ)器和高速RAM存儲(chǔ)器。由于內(nèi)嵌ARM內(nèi)核，所以STR71X與ARM的所有工具和軟件兼容。

1.2 STR710F微控制器總體結(jié)構(gòu)

　　STR710F微控制器總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，內(nèi)部總線和2條APB總線將片上系統(tǒng)和外設(shè)資源緊密地連接起來(lái)。其中，內(nèi)部總線是主系統(tǒng)總線，連接CPU、存儲(chǔ)器和系統(tǒng)時(shí)鐘等；APB1總線接高速外設(shè)，APB2總線連接系統(tǒng)通用外設(shè)和中斷控制。I／O端口包括P0、P1、P2三個(gè)16位端口，其他的外設(shè)接口引腳都與I／O端口的引腳功能復(fù)用。此款處理器支持CAN總線功能，這在汽車電子中有著很重要的應(yīng)用。

2 GPRS Modem介紹

　　開發(fā)系統(tǒng)選用了Wavecom公司的pj_q2403新一代GSM／GPRS雙模模塊，采用緊湊型設(shè)計(jì)，完全兼容上一代的TC35產(chǎn)品，為用戶提供了簡(jiǎn)單、內(nèi)嵌式的無(wú)線GPRS連接。該模塊的GPRS永久在線功能提供了最高的數(shù)據(jù)傳輸速率，且體積小、功耗低，能提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短信、傳真功能，可廣泛用于遙感測(cè)量記錄傳輸、遠(yuǎn)程信息處理、電話。該模塊作為理想解決方案的高速數(shù)據(jù)傳輸，廣泛應(yīng)用于POS終端機(jī)和掃描器、安全系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙測(cè)和信息處理系統(tǒng)、跟蹤管理系統(tǒng)、交通控制和導(dǎo)航系統(tǒng)、便攜式控制裝置、GPRS；支持EGSM900／GSM1800雙頻，支持GPRSClass8／GPRSClassB、AT指令直接控制；CSD狀態(tài)下最高速率為14.4 kbps，GPRS狀態(tài)下最高速率為86.5 kbps。

2.1 GPRS業(yè)務(wù)

　　GPRS是由英國(guó)BT Cellnet公司早在1993年提出的，是GSM Phase2+規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一。它是一種基于GSM的移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，面向用戶提供移動(dòng)分組的IP或者X.25連接。GPRS在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上增加一些硬件設(shè)備和軟件升級(jí)，形成了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)邏輯實(shí)體，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接。通俗地講，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的科技，它以分組交換為基礎(chǔ)，用戶通過(guò)GPRS可以在移動(dòng)狀態(tài)下使用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括E-mail進(jìn)行Internet瀏覽等。GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP和X.25服務(wù)；由于采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占有多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道可以由多個(gè)用戶共享，資源被有效地利用。GPRS技術(shù)160 kbps的極速傳送幾乎能讓無(wú)線上網(wǎng)達(dá)到公司ISDN的效果，實(shí)現(xiàn)隨身攜帶互聯(lián)網(wǎng)。

2.2 GPRS連接GPRS原理

　　GPRS提供的指令接口符合GSM07.05(短消息服務(wù)和小區(qū)廣播服務(wù)數(shù)據(jù)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備之間的接口)和GSM07.07(GSM移動(dòng)設(shè)備的AT指令系統(tǒng))規(guī)范。ARM7處理器通過(guò)串口發(fā)出的AT指令建立通信鏈路。AT指令集的指令格式都以AT開頭，下面是幾個(gè)常用連接GPRS業(yè)務(wù)的AT指令。

以上命令成功后，即建立了與GPRS的通信業(yè)務(wù)，并與數(shù)據(jù)中心建立了通信鏈路，可隨時(shí)收發(fā)用戶數(shù)據(jù)設(shè)備的數(shù)據(jù)。

3 汽車防盜系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及功能

　　汽車防盜系統(tǒng)主要由基于ARM7的開發(fā)板、GPRS模塊、GPS模塊和檢測(cè)電路組成。

3.1 信號(hào)采集

　　信號(hào)采集系統(tǒng)是利用傳感器檢測(cè)電路感受外界對(duì)汽車的作用，并對(duì)有效信號(hào)進(jìn)行采集與檢測(cè)。通常車輛損壞和被盜有以下幾種形式：①車身、車門、車窗遇到碰撞或是敲擊；②車門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、后貨箱門遭到非正常的開啟；③電器線路受損；④盜車者侵入車內(nèi)，或用偷配的鑰匙開啟車輛；⑤未解除防盜功能時(shí)拖動(dòng)車輛或使車輛升離地面。

　　本系統(tǒng)主要針對(duì)非正常形式的開門(例如利用假鑰匙打開車門，或者強(qiáng)行的敲開車門等狀況)對(duì)車體產(chǎn)生的震動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，之后對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生電信號(hào)。這時(shí)由GPS確定的方位信號(hào)可通過(guò)GPRS模塊向車主或者中心控制臺(tái)傳送具體的車輛位置信息，有利于失主找到丟失的車輛。同時(shí)，通過(guò)遙控器控制可實(shí)現(xiàn)開關(guān)車門，設(shè)防、撤防、控制開啟后備箱、控制尋車、控制震動(dòng)報(bào)警功能，并且車主離車時(shí)可沒(méi)置溫馨的提示音。當(dāng)非法開動(dòng)或者遭受破壞時(shí)，車控CPU向車主和服務(wù)中心發(fā)送短信及打電話，汽車報(bào)警器發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，且4個(gè)轉(zhuǎn)向燈不斷地閃，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)汽車的自動(dòng)熄火。

3.2 監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心設(shè)計(jì)為一個(gè)網(wǎng)站，其汁算機(jī)可通過(guò)GPRSModem與因特網(wǎng)相連，作為服務(wù)器或數(shù)據(jù)終端。關(guān)于IP地址問(wèn)題的解決，可以申請(qǐng)專用IP地址，也可在網(wǎng)上取得IP地址后通過(guò)短消息發(fā)給對(duì)方。防盜裝置發(fā)現(xiàn)緊急情況后，通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接到Internet網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)中心的計(jì)算機(jī)上。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，雙方必須知道對(duì)方的IP地址才能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并且雙方的IP地址都應(yīng)該在因特網(wǎng)可以直接訪問(wèn)。這就要求控制中心計(jì)算機(jī)的IP地址在因特網(wǎng)上是獨(dú)立的，而不是局域網(wǎng)的IP地址。

　　一般情況下，控制中心計(jì)算機(jī)與因特網(wǎng)連接有很多種，通過(guò)撥號(hào)上網(wǎng)時(shí)獲得的IP是動(dòng)態(tài)的，每次都不一樣，這就要求在通信前將數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)的IP告知防盜裝置系統(tǒng)。可以利用短消息業(yè)務(wù)，將數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)的IP以約定形式發(fā)送給SIM卡，系統(tǒng)從SIM卡讀取IP值。如果數(shù)據(jù)中心計(jì)算機(jī)的IP是固定的，在防盜裝置系統(tǒng)初始化時(shí)寫入就可以了。

3.3 振動(dòng)檢測(cè)

　　振動(dòng)檢測(cè)傳感器接口電路如圖3所示。STR710FZ2T控制器的定時(shí)器具有捕捉功能。使用TimerA的捕獲腳(該引腳連接到R2上)，首先設(shè)置為下降沿捕捉；進(jìn)入下降沿捕捉中斷后，記錄下降沿的捕捉時(shí)間作為計(jì)算低電平時(shí)間起始；然后設(shè)置為上升沿捕捉，再次進(jìn)入捕捉中斷即可計(jì)算出低電平持續(xù)時(shí)間。由于該時(shí)間可能會(huì)超過(guò)時(shí)鐘溢出的時(shí)間，因此需要在溢出中斷中記錄溢出次數(shù)，在計(jì)算低電平時(shí)間寬度時(shí)計(jì)算入內(nèi)即可。

當(dāng)求得低電平時(shí)間寬度后，就可根據(jù)時(shí)間寬度判斷是否需要報(bào)警。如果時(shí)間寬度過(guò)窄，則不予理會(huì)；如果低電平時(shí)間寬度進(jìn)入報(bào)警范圍，則進(jìn)行加權(quán)，并不馬上報(bào)警，而是將加權(quán)后的值進(jìn)行累加，若加權(quán)和達(dá)到報(bào)警限度就報(bào)警，并關(guān)閉捕捉中斷。經(jīng)過(guò)這樣處理，以往防盜系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)的誤報(bào)情況會(huì)大大減少。

3.4 霍爾傳感器檢測(cè)

　　單個(gè)霍爾開關(guān)器件的應(yīng)用原理圖如圖4所示．由于A3210ELH的功耗極低，最大工作電流小于3 mA，可以由微處理器的I／O口直接驅(qū)動(dòng)。在輸入端靠近芯片A3210ELH的位置處，應(yīng)設(shè)置旁路電容C1為0.1μF，可以減小外部噪聲和內(nèi)部斬波對(duì)傳感器信號(hào)的影響。輸出旁路電容C2為輸出的跳變信號(hào)提供能量，R1用于其間的保護(hù)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分采用微控制器嵌入式C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，如圖5所示。軟件流程圖重點(diǎn)在于振動(dòng)(防盜)檢測(cè)部分和GPRS通信的編寫。

5 結(jié) 論

　　綜上所述，基于GPRS、GPS的汽車智能防盜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用日益完善的全球移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和ARM控制技術(shù)的一種全新汽車防盜裝置。掌握了這項(xiàng)技術(shù)后，很容易將其推廣應(yīng)用到樓宇設(shè)備安全監(jiān)控、車輛監(jiān)控調(diào)度、野外數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控、水利水情監(jiān)控、環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、自來(lái)水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)與管道煤氣監(jiān)測(cè)等對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求不高的地方。它的最大優(yōu)點(diǎn)是利用了公用的移動(dòng)通信網(wǎng)，能快速建網(wǎng)，通信可靠，投資少。隨著我國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)的發(fā)展，其應(yīng)用前景良好。