車載安全防范終端的設(shè)計與開發(fā)

王 桔，云連鵬

(1.長春大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，長春 130022;2.啟明信息技術(shù)股份有限公司，長春 130011)

0 引言

隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展，汽車作為我們重要的交通工具正在迅猛增加。然而，由于現(xiàn)代技術(shù)及科學(xué)的迅猛發(fā)展，汽車被盜事件在社會上的發(fā)生的頻率也越來越多。為了防止我們的愛車被盜，在汽車上安裝車輛防盜器已成為車輛的保護措施。手機終端的普及和我們身邊移動網(wǎng)絡(luò)GPRS為汽車的遠程監(jiān)控和防盜提供了可能性。本文的設(shè)計是基于在移動GPRS網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的車載安全防范終端。GPRS移動通信網(wǎng)絡(luò)及安裝在車輛內(nèi)部的車載終端，還有安裝在指揮中心的中央控制系統(tǒng)組成GPRS網(wǎng)絡(luò)防盜系統(tǒng)。我們在車載防盜器上還安裝了GPS，可以隨時查詢車輛的方位。一旦汽車被盜或出現(xiàn)異常，安裝在車輛內(nèi)部的GPRS/GPS終端就會發(fā)出信號，指揮中心則通過GPS全球衛(wèi)星定位得到信號后會根據(jù)所設(shè)計的程序進行各種動作追回車輛。

1 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計

本文研究的車載汽車防盜系統(tǒng)是一個綜合了嵌入式技術(shù)、GPS技術(shù)、GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的平臺。系統(tǒng)采用移動電話網(wǎng)做為通信媒體，利用GPS定位技術(shù)及電子技術(shù)、計算機技術(shù)等手段，對被監(jiān)控的車輛進行全方位的監(jiān)控和跟蹤，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心。車載終端檢測車輛的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)車輛出現(xiàn)異常，向監(jiān)控中心和用戶發(fā)出報警信息同時，也接收來自監(jiān)控中心和用戶的命令，并解析命令執(zhí)行相應(yīng)操作。該防盜系統(tǒng)主要由車載終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。系統(tǒng)的組成原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)方案框圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

模塊化的系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)以中央處理單元微控制器MSP430F149作為主CPU，主要通過RS232接口協(xié)議和外圍電路進行通信。

圖2 系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)框圖

其基本原理為:中央處理單元微控制器MSP430F149定時查詢GPS模塊的輸出數(shù)據(jù)和傳感器的輸入數(shù)據(jù)，每秒一次。并且判斷是否發(fā)生異常情況，如車輛的異樣等，將取樣有用信息，經(jīng)綜合處理分析后，通過GPRS模塊向用戶發(fā)送相應(yīng)的報警短消息，以便用來監(jiān)測控制汽車的狀態(tài)。車主接收到短消息后，根據(jù)報警的種類向主機發(fā)送控制汽車的短消息指令，從而啟動報警執(zhí)行模塊，以便對車輛實現(xiàn)遠程控制。車主可以方便地進行點/滅火系統(tǒng)、后備箱開啟/關(guān)閉、手剎、車門等操作。

2.1 GPS 的設(shè)計

本文所選用的是美國GARMIN公司的OEM GPS模塊GPS 15L。

GPS信號接收機的任務(wù)是:能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實時地計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。GPS接收機硬件由主機、天線和電源組成。

GPS15L輸出為標(biāo)準(zhǔn)的RS-232C電平，輸入則可為RS-232C電平或者是具有RS-232C極性的TTL電平。波特率從300bps到38400bps之間可選。

2.2 GPRS模塊的設(shè)計

本文采用的是華為GTM-900C模塊。華為GTM-900C模塊是一款兩頻段GSM/GPRS的無線模塊。它可以提供非常豐富的語音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前市面上很多都是應(yīng)用的華為的GTM-900C模塊的GPS模塊。它支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令，及增強AT命令。整個系統(tǒng)的核心控制部分是單片機電路，它主要完成與GTM900-C和GPS 15L模塊的之間的通信。由于它們都是CMOS/TTL電平，所以不必進行電平轉(zhuǎn)換。MSP430F149與GPS25LP-LV之間采用串口0進行通信，與GTM900-C采用串口1進行通信。MSP430F149單片機采用兩個時鐘進行了輸入，MSP430F149單片機一個是32KHZ的時鐘信號，另一個則是8MHz的時鐘信號，所以在此單片機的時鐘設(shè)計上有所區(qū)別與其它的單片機。在MSP430F149單片機的電源輸入會產(chǎn)生紋波，所以會對單片機有所影響。我們解決的辦法是在電源的管腳處增加了一個電容來進行濾波，我們設(shè)計此電容為0.1uF。另外因為我們的單片機還有模擬電源的輸入端，我們在模擬電源輸入端又設(shè)計了一個濾波電容這樣也會減小干擾。

3 報警控制電路設(shè)計

當(dāng)用戶收到報警信息后，如需采取措施，可以向GPRS模塊撥號。單片機收到信號后，發(fā)出AT指令將撥號掛斷，然后發(fā)出控制信號?？刂菩盘柾ㄟ^運放放大后，繼電器將點火線切斷或斷油或是啟動聲音報警和燈光報警，從而保證汽車的安全。如要恢復(fù)，再向GPRS撥號即可。由于繼電器的內(nèi)阻很小，設(shè)計采用OC門驅(qū)動電路。系統(tǒng)通過開關(guān)繼電器與汽車控制電路接口。MSP430F149單片機口線輸出5V高電平通過MC1413驅(qū)動繼電器而MC1413內(nèi)部有一片達林頓管陣列芯片。MSP430F149單片機定時查詢GPS模塊的輸出數(shù)據(jù)和傳感器的輸入數(shù)據(jù)，當(dāng)各種傳感器檢測到汽車的異常后，經(jīng)MSP430F149單片機綜合處理分析，通過GPRS模塊向用戶發(fā)送相應(yīng)的報警短消息，車主即通過短消息指令對車輛實行遠程控制，從而使MSP430F149單片機控制驅(qū)動繼電器，執(zhí)行模塊通過通訊模塊接收車主手機發(fā)送的指令，繼電器實現(xiàn)對汽車的相關(guān)的電路單元的控制。從而車主便可以方便地進行如切斷點火系統(tǒng)、使后備箱開啟或關(guān)閉、手剎、車門等的控制，來進行防盜。如圖4所示。

圖4 防盜報警電路

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括以下內(nèi)容:用戶在手機端收發(fā)短消息、能夠接收GPS定位信息、當(dāng)車輛有異常時可以用短消息對汽車上的主要部件的進行控制。系統(tǒng)的流程圖如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)總體流程圖

5 結(jié)語

本文車載安全防范終端的設(shè)計是基于GPRS/GPS的嵌入式汽車防盜系統(tǒng)。本文主要利用了移動通信GPRS網(wǎng)絡(luò)、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)。介紹了相關(guān)GPRS和GPS模塊的選擇和設(shè)計。GPRS網(wǎng)絡(luò)可以直接應(yīng)用中國移動網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)。通過本文設(shè)計可以為遠程監(jiān)控車載通訊平臺提供了可能及可行性。并為汽車防盜和監(jiān)控提供了全方位解決方案。我們在原有的車載防盜系統(tǒng)上加裝GPS模塊，利用導(dǎo)航該系統(tǒng)可以隨時追查車輛的位置，從而大大增加了該系統(tǒng)的實用性，有著廣闊的市場前景。

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