汽車防盜報警定位系統(tǒng)設(shè)計

郅富標(biāo)

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000)

汽車防盜報警定位系統(tǒng)設(shè)計

郅富標(biāo)

(河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院，河南 焦作 454000)

為了實現(xiàn)對多功能汽車防盜系統(tǒng)的需求，提出了一種基于GSM協(xié)議和GPS全球定位系統(tǒng)的汽車防盜、報警與定位系統(tǒng)設(shè)計方案，完成并實現(xiàn)了對系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。該系統(tǒng)的硬件部分包括電源模塊、MCU最小系統(tǒng)模塊、SIM908模塊和輸入輸出模塊，軟件部分采用C++進行模塊化編程，各部分相對獨立，為日后的軟件更新和后續(xù)升級提供了便利。實際電路測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)具有報警準(zhǔn)確，定位精準(zhǔn)等特點，滿足設(shè)計要求。

汽車防盜系統(tǒng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控；嵌入式；GSM；GPS

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，家用汽車已進入萬千普通人的家庭，成為重要的交通工具，而隨著汽車數(shù)量增加，汽車安全防盜問題日益被重視。汽車被盜搶或者被人為破壞已成為一個不可忽視的社會問題，給社會帶來諸多不安定因素，擔(dān)心自身車輛安全已經(jīng)成為困擾車主的主要問題。據(jù)美國權(quán)威機構(gòu)統(tǒng)計，全世界平均約20秒，就會有一輛汽車被盜搶，歐洲各國年均汽車失竊數(shù)量高達(dá)三百多萬輛。進入新世紀(jì)以來，我國家用汽車安全形勢亦不容樂觀，年均汽車盜竊案件也在幾十萬起。僅2013年，每天就會有大約600輛汽車被盜搶。不可忽視的一個問題是，伴隨科技的進步和普及，現(xiàn)代盜車手段呈現(xiàn)高科技化的趨勢，高科技犯罪給汽車防盜技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)，也迫使相關(guān)技術(shù)研究人員尋找更加全面的防盜策略。伴隨眾多汽車廠商的重視，在許多高端汽車出廠設(shè)置時即配備了較為完善的汽車防盜系統(tǒng)，但是對于更為廣大的低端微型汽車產(chǎn)品，相應(yīng)的配套設(shè)備還比較缺乏。

按結(jié)構(gòu)和功能可以將汽車防盜器分為四大類：機械類、電子類、芯片類以及網(wǎng)絡(luò)類。其中機械鎖一般不單獨使用，是最早也是最基本的防盜裝置。目前被廣泛運用的是各式電子類防盜器。伴隨科技的發(fā)展，集成度更高的芯片類和網(wǎng)絡(luò)類防盜器正在蓬勃發(fā)展，在解決價格劣勢問題后，必將成為未來汽車防盜技術(shù)的主流技術(shù)。目前新型的芯片類防盜系統(tǒng)均具有獨特的識別與判斷功能，網(wǎng)絡(luò)類防盜系統(tǒng)主要依賴現(xiàn)有的無線通訊技術(shù)來實現(xiàn)車輛的跟蹤與定位，還局部遠(yuǎn)程車輛狀態(tài)顯示與報警等功能，網(wǎng)絡(luò)所帶來的最大優(yōu)勢在于其突破了空間限制。本設(shè)計從現(xiàn)有最新型芯片類和網(wǎng)絡(luò)類防盜產(chǎn)品入手，提出一種多模塊汽車防盜系統(tǒng)，即整體系統(tǒng)集成了GSM通訊和GPS定位芯片，可以借助GSM網(wǎng)絡(luò)和GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過智能手機實時遠(yuǎn)程監(jiān)控車輛的全方位狀況。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計

該汽車防盜系統(tǒng)融合了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，GSM無線網(wǎng)絡(luò)通訊，GPS全球衛(wèi)星定位等關(guān)鍵技術(shù)?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。報警系統(tǒng)整體接入移動手機網(wǎng)絡(luò)，以短信形式發(fā)送報警信息給車主的終端設(shè)備，同時可利用GPS技術(shù)實現(xiàn)對車輛的準(zhǔn)確跟蹤與定位，把實時數(shù)據(jù)傳送至終端智能手機中。防盜系統(tǒng)可以實現(xiàn)停車熄火自動喚醒和車主遠(yuǎn)距離啟動或停止，一旦系統(tǒng)啟動，則當(dāng)車輛存在異常情況時，會通過手機短信及時向設(shè)定好的終端發(fā)送報警信息，為避免車主單終端可能出現(xiàn)的接收信息不及時問題，該系統(tǒng)可設(shè)置多終端接收模式，可直接將報警信息設(shè)置為發(fā)送給小區(qū)保安，片區(qū)警察等。整體系統(tǒng)由信號采集模塊，MCU控制模塊，定位模塊，GSM通訊模塊以及終端收發(fā)模塊等多模塊組成，模塊化設(shè)計極大提升了系統(tǒng)的可重構(gòu)功能，可以根據(jù)用戶需求，快速拼接出滿足客服需求的產(chǎn)品。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計

終端介紹系統(tǒng)中幾個關(guān)鍵模塊的硬件電路設(shè)計，包括電源模塊，MCU模塊，SIM908模塊。

2.1 電源模塊電路設(shè)計

整體系統(tǒng)由車載電瓶供電，常用車載電瓶的輸出電壓一般是12V。該系統(tǒng)不同芯片所需供電電壓不同，共需要三種電壓：MCU芯片STM32F203C8額定電壓為3.3V；GSM芯片SIM908采用4V供電；其它處理電路所需電壓為5V。

電源模塊采用了二級降壓方式，將12V電源分別轉(zhuǎn)換成5V、4V以及3.3V。一級降壓電路利用LM2576S-5.0芯片實現(xiàn)12V至5V的電壓轉(zhuǎn)換，電路使用LM2576S-ADJ和AMS1117芯片將5V轉(zhuǎn)換成4V和3.3V。

2.2 STM32F103C8最小系統(tǒng)電路

MCU采用STM32F103C8T6芯片。該芯片內(nèi)核為基于ARM的CORTEX-M3構(gòu)架，具有高性能，低成本，低功耗等特點。中央微處理器設(shè)計是整個硬件設(shè)計的核心，承擔(dān)著保障系統(tǒng)整體運行的任務(wù)。主要負(fù)責(zé)連接和控制各個功能模塊，同時承擔(dān)大數(shù)據(jù)運算和信息傳輸決策的功能。

2.3 SIM908模塊電路

SIM908芯片是SIMCOM公司于2011年推出的集成GPS功能的四頻GSM/GPRS模塊。以SIM908模組為核心設(shè)計硬件電路，包含電源濾波和備用電池的設(shè)計。采用多選排針設(shè)計備用電池供電，通過跳線完成功能選擇的切換。通過軟件指令啟動SIM908，即主控芯片開始工作后，將指令信號通過PB0端口發(fā)送出去，SIM908通過三極管啟動或關(guān)斷實現(xiàn)開關(guān)操作。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計

汽車防盜系統(tǒng)軟件功能包括：接收報警信息、收發(fā)短消息、GPS定位、對汽車遠(yuǎn)程控制等功能。系統(tǒng)初始化和開中斷完成后，整體系統(tǒng)處于低功耗的閑置待機狀態(tài)。當(dāng)汽車遭遇盜搶后，系統(tǒng)會接收到中斷信號，此中斷信號將結(jié)束系統(tǒng)的閑置狀態(tài)，進入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序，以應(yīng)對引起中斷的事件，并在相應(yīng)的標(biāo)志位置保留中斷信息，在事件處理完畢后，系統(tǒng)將跳出中斷子程序，回到主程序去執(zhí)行各自相應(yīng)的處理程序，全部事件處理完畢將重新進入閑置待機狀態(tài)。圖2是主程序流程圖。

圖2 主程序流程圖

系統(tǒng)主控程序主要包括對相關(guān)設(shè)備及函數(shù)的初始化調(diào)用和設(shè)置，以及在主程序運行過程中調(diào)用其他模塊中的相關(guān)函數(shù)，完成相應(yīng)的功能。整體思想采用輪詢方式，在主循環(huán)程序中通過中斷相應(yīng)，調(diào)用子模塊實現(xiàn)各子模塊的程序小循環(huán)，在系統(tǒng)關(guān)鍵部位設(shè)置看門狗，防止系統(tǒng)進入死循環(huán)或死機。GPS模塊通過串口接收緯度、經(jīng)度和時間等GPS數(shù)據(jù)，當(dāng)收到定位消息時，發(fā)出警報，中央處理器啟動GPS。中央處理器會判斷接收到是否為有效信息，即信息首位是否為‘$’，進而分析是否為GPRMC信息。確認(rèn)GPRMC信息后，根據(jù)固定格式讀取經(jīng)度、緯度、時間等信息，最終MCU將信息打包通過GSM網(wǎng)絡(luò)以短信形式發(fā)送到車主定義的終端設(shè)備。

4.實驗應(yīng)用

圖3 系統(tǒng)實物圖

完成硬件和軟件設(shè)計后，為驗證系統(tǒng)設(shè)計是否成功，對系統(tǒng)定位功能進行了測試。圖3是整體系統(tǒng)的實物圖。 為驗證GPS定位系統(tǒng)的可靠性，將裝有該防盜系統(tǒng)的車輛停放某固定場所。用設(shè)置好的終端手機發(fā)送指令"GPSDat"，將會實時接收到車輛的定位信息。如圖4所示：其中43953.281488為緯度，11623.473698為經(jīng)度，度分格式為(dddmm.mmmm)；151155.000為時間，格式為(hhmmss.sss)，此時間為格林威治時間，與北京時間有8小時時差；A分別代表有效定位和自主定位模式。將獲取的信息輸入谷歌地圖，可以發(fā)現(xiàn)與實際車輛停放位置吻合，如圖5所示。

圖4 終端接收GPS信息

圖5 谷歌地圖定位結(jié)果

5.結(jié)論

基于GSM/GPS的網(wǎng)絡(luò)式汽車防盜系統(tǒng)可以將位置信息、報警信息和車輛其他信息發(fā)送到車主設(shè)定的終端設(shè)備。大大降低了汽車被盜風(fēng)險，以及在被盜后追回車輛的精度。該系統(tǒng)可作為單獨產(chǎn)品加裝于任何型號的車輛上，性價比極高。在實際環(huán)境中對系統(tǒng)的定位精度做了測試，測試結(jié)果顯示該系統(tǒng)運行良好，所提供的定位數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠。系統(tǒng)整體創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在，該系統(tǒng)可與車輛原有普通電子防盜器配合使用，既提高了報警的可靠性，又降低了成本。

Design of Auto Burglar Alarm Positioning System Based on Multi-Module

ZHI Fu-biao

(Henan College of Industry and Information Technology, Jiaozuo Henan, 454000)

In order to meet the demands of multi-functional car alarm system, an auto burglar alarm positioning system design project based on GSM protocol and global positioning system GPS was proposed, complete and implement design of hardware and software system. The hardware part of the system include power module, MCU minimum system module, SIM908 module and input and output modules, and the software part adopts the C ++ modular programming, for future software updates and subsequent upgrades facilitated each part was designed by relatively independent method. The actual circuit test result shows that the system meet the design requirements and has alarm accurate, positioning precise and other characteristics.

auto anti-theft system; remote monitoring; embedded system; GSM; GPS

2016-05-31

郅富標(biāo)(1976- )，男，碩士，河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院講師，從事煤礦井下供電、電氣自動化的教學(xué)及研究。

TP277

A

1671-3974(2016)04-0072-03