基于PSoC的汽車防盜報警系統(tǒng)設計

徐 麗，師 衛(wèi)，趙 梁

(太原理工大學信息工程學院，山西太原030024)

0 引言

近幾十年，汽車的應用得到了快速地發(fā)展，但汽車電子防盜器的發(fā)展相對滯后，其缺點也逐漸地暴露出來，傳統(tǒng)的報警系統(tǒng)在許多方面存在著缺陷，如系統(tǒng)抗干擾能力差，在外界的干擾下容易誘發(fā)報警導致誤報，因此，誤報成了防盜器無法逾越的障礙［1～3］。本文提出了一種基于可編程片上系統(tǒng)(PSoC)的汽車防盜報警技術，利用無線遙控器作為遙控開關來啟動和關閉防盜報警系統(tǒng)，對汽車實現(xiàn)全面的監(jiān)控;同時，本文利用了PSoC技術，該技術與傳統(tǒng)的單片機相比，可以在單個芯片上提供一個微處理器和可編程的模擬和數(shù)字外圍函數(shù)，它自己可以實現(xiàn)大量外圍電路［4］，這樣就保證了資源的合理化利用并降低了成本;利用GSM網絡以發(fā)短信的方式使用戶及時接收報警信息［5］，讓車主可以采取有效的措施避免汽車被盜。

1 系統(tǒng)整體方案設計

1.1 PSoC

PSoC［6］是在單個芯片上提供一個微處理器和可編程的模擬和數(shù)字外圍函數(shù)，PSoC的周邊數(shù)字資源和周邊模擬資源以數(shù)字模塊和模擬模塊的方式提供。PSoC取代了傳統(tǒng)MCU、系統(tǒng)IC等。PSoC可應用于汽車、電子領域以及工業(yè)領域等。

1.2 CYFI無線通信技術

CYFI是Cypress公司［7］推出的針對嵌入式控制領域的一種低成本、低功耗、高可靠性的無線射頻解決方案。CYFI通過使用直接序列擴頻(DSSS)調制技術能以預設的頻段間隔來搜索干凈的信道進行通信。同時，CYFI SNP協(xié)議棧可直接在PSoC Designer中使用，使用戶無需自行編寫任何通信協(xié)議或編碼。

1.3 GSM通信網絡

GSM即全球移動通信系統(tǒng)［8］，是第二代數(shù)字移動通信系統(tǒng)之一。GSM系統(tǒng)由以下分系統(tǒng)組成:交換分系統(tǒng)(MSS);基站分系統(tǒng)(BSS);移動臺(MS)和操作與維護分系統(tǒng)(OMS)。GSM系統(tǒng)以最低成本為大量用戶提供高質量的數(shù)據服務。目前，它已被廣泛應用于整個世界。用戶標識模塊(SIM)是GSM的一個最顯著的特點，它是一個存儲信息的內存器件，短消息業(yè)務是通過它來實現(xiàn)的。

1.4 系統(tǒng)硬件架構與工作原理

本系統(tǒng)主要包括PSoC主控模塊、GSM通信模塊、無線遙控模塊、SC—1傳感器模塊和電源模塊等。其結構框圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理:當振動傳感器發(fā)出報警信號，說明有人闖入汽車，報警信號傳給PSoC控制系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)接收到命令后，給車主打電話，告知車主有危險。車主通過手機編輯短信再發(fā)送給PSoC控制系統(tǒng)，執(zhí)行相應的操作。無線遙控模塊作為遙控開關用來啟動和關閉防盜報警系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)結構圖Fig 1 System structure diagram

2 系統(tǒng)硬件設計

2.1 傳感器模塊電路設計

該模塊采用SC—1振動傳感器。SC—1振動傳感器是一種將振動和位移相結合的控制器件，可應用于汽車防盜報警系統(tǒng)。電路原理圖由圖可知，4腳外接延時控制電容，取值越大，延時就越大;反之，亦然，通常取值為0.1～100μF之間。2腳是外接靈敏度設定電阻，阻值設定在51～100 kΩ之間，阻值與靈敏度呈正比。當振動SC—1時，3腳輸出由低電平轉為高電平，延時過后自動由高電平轉為低電平。SC—1振動傳感器電路原理圖如圖2所示。

圖2 振動傳感器電路圖Fig 2 Vibration sensor circuit diagram

2.2 GSM通信模塊電路設計

TC35i西門子工業(yè)GSM模塊［9］可以進行中文短信息的發(fā)送與接收，并且GSM模塊的接口連接器與SIM卡的讀卡器相連，天線連接器與SIM卡的天線相連接。TC35i的數(shù)據接口在AT命令下對數(shù)據進行雙向傳輸，它支持Text和PDU格式的短消息業(yè)務(short message service，SMS)。本論文中可以利用TC35i模塊向車主發(fā)送報警信息，讓車主根據實際情況做相應處理。

2.3 無線遙控模塊電路設計

該模塊選用PSoC 27443芯片，實現(xiàn)無線通信。圖3為無線遙控器電路圖。無線模塊選擇CYRF7936，由圖可知，D1為指示燈，JP1為編程排針，J1為與模塊連接的插座。

圖3 無線遙控器電路圖Fig 3 Wireless remote control circuit diagram

2.4 PSoC主控制模塊電路設計

主控制器選擇了PSoC 29466芯片，包括4行16個數(shù)字陣列和4列12 個模擬陣列。P0［2］，P0［4］，P0［6］分別連接 K1，K2，K3，即防盜報警模塊。P2［4］接 SC—1，即振動傳感器模塊。P1［3］，P1［5］，P1［7］接 GSM 通信模塊。外接CYRF7936無線模塊，實現(xiàn)無線遙控器的通信。JP1為固定好的排針，此排針可以用于在線編程，并用它來實現(xiàn)程序的燒寫，J1為與CYRF7936模塊連接的插座。

圖4為主控制器外圍電路圖。

圖4 主控制模塊電路圖Fig 4 Master control module circuit diagram

2.5 電源模塊電路設計

電源由汽車內的蓄電池提供12 V的直流電壓，而GSM無線模塊需要5V電源，因此，LM2576系列適用于車內12 V直流電壓的轉換。

3 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件部分主要包括:GSM通信模塊、無線遙控模塊，以及傳感器模塊。由程序流程圖可知，首先進行初始化，初始化成功之后，再檢測是否有車主發(fā)送短消息，如果有，則根據車主的指示執(zhí)行相應的操作;如果沒有，則檢測遙控信號，若有遙控信號，則根據指示做進一步的處理;如果沒有，則檢測是否有傳感器信號，若有，則根據信號進行相應的操作;如果沒有，則返回初始狀態(tài)，進行下一次的檢測，如此循環(huán)往復。主程序流程圖如圖5所示。

圖5 主程序流程圖Fig 5 Main program flow chart

4 系統(tǒng)測試與實驗結果分析

SC—1振動傳感器內含振動和位移傳感元件、靈敏度限制元件、檢測控制電路、延時電路和輸出級等。由SC—1振動傳感器電路圖可知，4腳外接延時控制電容，通常取值為0.1～100μF之間，由于它取值越大延時就越大，所以，選取了5.4μF。2 腳接設定電阻，阻值分別取 50，55，60，65，70，75，80，85，90，95，100 kΩ，阻值隨著靈敏度的升高而升高，隨著靈敏度的降低而降低。當振動SC—1時，3腳輸出由低電平轉為高電平進行報警，延時過后自動由高電平再轉為低電平。此次系統(tǒng)測試的時間為10 min，根據人們在不同的阻值下活動來測試傳感器的靈敏度并記錄報警次數(shù)，從而選擇合適的阻值。由圖6可知，電阻值與報警次數(shù)呈正比關系，50～55 kΩ之間報警次數(shù)較少，不能反映真實情況，75～10 kΩ之間報警次數(shù)太頻繁，容易導致誤報，所以，綜上所述，60～70 kΩ之間是最佳選擇。

圖6 電阻值與報警次數(shù)統(tǒng)計圖Fig 6 Resistance and alarm number statistics figure

5 結束語

在汽車防盜需求的基礎上，設計了一種汽車防盜報警系統(tǒng)，采用PSoC技術動態(tài)地完成片上資源的重新分配，實現(xiàn)新的外圍元器件的功能，這一點為系統(tǒng)資源節(jié)約了大量成本，并且?guī)砹俗畲蟮慕洕б妗＠肎SM網絡以發(fā)短信的方式告知車主汽車的安全狀況，減少汽車被盜的機率，很大程度上滿足了車主對于汽車安全的需求。實踐證明:該方案具有廣闊的應用前景。

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［6］倪成群，張希偉.基于PSoC的車用單片機試驗裝置設計［J］.設計參考，2008，10(1):51-53.

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