基于GPRS和GPS的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐俊遙， 楊民生

基于GPRS和GPS的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐俊遙， 楊民生

（湖南文理學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院， 湖南 常德， 415000）

以STC12C5A60S2芯片為核心控制器， 以SIM300為GPRS模塊， 以NEO 6為GPS模塊， 并采用傳感器模塊檢測報(bào)警信號， 組建了一個基于GPRS和GPS的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)。軟硬件調(diào)試結(jié)果表明， 該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對汽車現(xiàn)狀的實(shí)時報(bào)警和監(jiān)控功能。

核心控制器； 汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)； GPRS模塊； 報(bào)警信號； 監(jiān)控

目前， 技術(shù)含量最高、最成熟的汽車防盜報(bào)警產(chǎn)品都是利用GPS技術(shù)給車主提供實(shí)時的車輛位置信息來實(shí)現(xiàn)防盜功能。由于車主不能直接與衛(wèi)星聯(lián)接， 導(dǎo)致車主不能對被盜車輛的情況進(jìn)行實(shí)時控制，而運(yùn)用GPRS網(wǎng)絡(luò)能很好地實(shí)現(xiàn)這一功能。GPRS網(wǎng)絡(luò)全球覆蓋面廣， 傳輸速率快， 已廣泛應(yīng)用在手機(jī)用戶上， 因此車主可以通過手機(jī)控制車輛以防被盜［1-2］?；贕PRS和GPS的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的性能要求具有及時性、實(shí)用性， 及性能參數(shù)達(dá)到低功耗、工作溫度-35～+70 ℃、工作電壓在9 V及以下。本設(shè)計(jì)基于GPS和GPRS技術(shù)開發(fā)的一種汽車防盜系統(tǒng)， 能夠?qū)ζ囘M(jìn)行防盜報(bào)警和實(shí)時控制。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)包含 5個硬件模塊， 如圖 1所示。系統(tǒng)采用STC12C5A60S2芯片作為核心控制器， 用NEO 6芯片處理GPS天線接收到的GPS定位數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全球?qū)崟r定位功能， 以SIM300芯片收發(fā)短信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程短信控制功能， 利用震動、紅外線等傳感器檢測報(bào)警信號， 組建聲光報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時報(bào)警［3］。整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

圖1　汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)框圖

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件由單片機(jī)作為核心控制中樞負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的運(yùn)行。用NEO 6芯片與單片機(jī)串行通信連接，

2.1GPS模塊設(shè)計(jì)

本模塊采用NEO 6芯片， 工作電壓為3.3 V。該模塊通過串口1與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)串口通信， 當(dāng)單片機(jī)收到警情信號后通過串口給 GPS模塊發(fā)送位置請求指令，GPS模塊將GPS天線接收到的實(shí)時掃描信息解析后， 再將定位數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)做進(jìn)一步處理。GPS硬件連接電路［5］如圖2所示。

圖2　GPS模塊連接電路圖

2.2GPRS模塊電路設(shè)計(jì)

GPRS模塊由SIM300和SIM卡構(gòu)成， 通過單片機(jī)的串口2與GPRS模塊相連， 采用異步串行通信。若單片機(jī)收到報(bào)警信號， 則向SIM300發(fā)送 AT指令實(shí)現(xiàn)向車主手機(jī)發(fā)送短消息報(bào)警， 車主接收到短信之后向系統(tǒng)發(fā)送相應(yīng)的操作命令， SIM300提取短消息并譯碼后進(jìn)行相應(yīng)的操作。例如， 用戶可以根據(jù)實(shí)際情況發(fā)送鎖定短信指令， 啟動汽車上的電磁閥， 切斷油路。GPRS通信模塊的電路如圖3所示［6］。

圖3　GPRS模塊連接電路圖

2.3汽車鎖定模塊硬件電路設(shè)計(jì)

如圖4和圖5所示， 電磁閥接單片機(jī)P3.6端口、打火線圈接P3.7端口。當(dāng)單片機(jī)收到車主發(fā)來制動信號時， 單片機(jī)P3.6口電位拉高， 啟動電磁閥工作， 隨后打火線圈電路工作， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對汽車油路的控制。為了能夠在已發(fā)現(xiàn)車輛被盜時對車進(jìn)行有效的控制， 當(dāng)GPRS模塊發(fā)出報(bào)警信息后， 若車主發(fā)出鎖定命令， 系統(tǒng)將會自動利用繼電器關(guān)閉汽車的油路， 以阻止小車被盜。

圖4　油路控制電路

圖5　打火控制電路

2.4聲光報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)

如圖6所示， 聲報(bào)警電路選用壓電式蜂鳴器， 光報(bào)警電路選用發(fā)光二極管。正常情況下聲光報(bào)警模塊不工作， 但發(fā)生警情時模塊會根據(jù)單片機(jī)發(fā)送的指令， 執(zhí)行相應(yīng)的操作。

當(dāng)單片機(jī) P1.5口輸出低電平時， 三極管導(dǎo)通，蜂鳴器報(bào)警。當(dāng)單片機(jī)P1.4口輸出低電平時， 發(fā)光二極管以不同頻率閃爍。如果車主要停止聲光報(bào)警系統(tǒng)工作， 那么只需按下按鍵 S關(guān)閉聲光報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)按鍵按下時， 單片機(jī)會收到外部中斷指令，系統(tǒng)進(jìn)入中斷現(xiàn)場保護(hù)模式， 立即對中斷處理， 給單片機(jī)控制的端口賦以高電平之后退出中斷， 因而達(dá)到停止聲光報(bào)警模塊工作的目的［7］。

圖6　聲光報(bào)警電路

2.5電源模塊電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)用9 V外部電源給系統(tǒng)供電。為了給各模塊提供合適的電壓， 需要搭建各電源電壓轉(zhuǎn)換模塊。單片機(jī)及其外圍電路采用LM2576S芯片得到穩(wěn)定的 5 V電壓。GPRS模塊采用MIC29302芯片構(gòu)成的電源電路來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的4.2 V電壓。GPS模塊采用5 V轉(zhuǎn)3 V電路［8］。電源電路如圖7所示。

圖7　電源電路圖

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)設(shè)備上電時， 分別進(jìn)行自身參數(shù)設(shè)定， 包括對定時器工作方式及初值的設(shè)置、串口通信方式的設(shè)置等。傳感器模塊進(jìn)行實(shí)時掃描， 一旦發(fā)生非法入侵， 傳感器模塊發(fā)出信號給單片機(jī)， 單片機(jī)通過檢測信號判斷是否有報(bào)警信號。若是， 則單片機(jī)向GPRS模塊發(fā)送不同的AT指令， GPRS模塊利用GPRS網(wǎng)絡(luò)給用戶發(fā)信息， 車主收到信息后通過回復(fù)短信進(jìn)行相關(guān)控制。此時單片機(jī)發(fā)送相應(yīng)的指令給聲光報(bào)警系統(tǒng)， 聲光報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的響應(yīng)［9-10］。

3.1系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件部分以主程序?yàn)槿肟冢?在初始化之后首先由傳感器檢測信號， 單片機(jī)對檢測到的信號進(jìn)行判斷。若檢測到的是報(bào)警信號， 則單片機(jī)請求GPS模塊提供定位信息， GPS模塊對天線采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解析后傳給單片機(jī)進(jìn)一步處理， 然后單片機(jī)給 GPRS模塊發(fā)送短信命令。GPRS模塊發(fā)送相應(yīng)的定位報(bào)警信息給車主， 車主可以發(fā)短信控制車載系統(tǒng)啟動電磁閥［10］， 從而控制油路。系統(tǒng)軟件主程序流程如圖8所示。

圖8　主程序流程圖

3.2收發(fā)短信子程序設(shè)計(jì)

（1） 短消息發(fā)送子程序。程序進(jìn)入短信發(fā)送子程序之后， 先構(gòu)造英文編碼， 發(fā)送AT+CMGF=0 ，設(shè)置短信息發(fā)送模式為文本模式， 調(diào)用延時程序；然后發(fā)送AT+CMGS=num （num=15+2*字?jǐn)?shù)）， 設(shè)置發(fā)送短信的大小， 調(diào)用延時程序； 發(fā)送英文編碼， 再調(diào)用延時程序； 發(fā)送0x1A短信息結(jié)束標(biāo)志。此時便完成了短信的發(fā)送［11］。

（2） 短消息接收子程序。讀取短信內(nèi)容， 首先發(fā)送指令A(yù)T+CNMI=2， 1 設(shè)置為讀取短信。當(dāng)系統(tǒng)收到短信時， 讀取信息的發(fā)送號碼。如果是車主的電話號碼， 則讀取短信的地址， 然后發(fā)送AT+CMGR= addr ， 讀取車主發(fā)來信息的內(nèi)容。根據(jù)短信內(nèi)容的不同， 判斷車主要執(zhí)行的是哪種操作， 然后執(zhí)行相應(yīng)的操作［11］。

3.3汽車鎖定系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的串口中斷程序是將單片機(jī)串口接收到的數(shù)據(jù)存入一個數(shù)組中， 接收到回車后， 函數(shù)跳到主程序。AT+CMGF可用于設(shè)置短消息信息格式， 若設(shè)為文本模式， AT+CMGF=0 ； 若AT+CMGS用于發(fā)送短信， 其格式為AT+CMGS=39 ， 最后輸入發(fā)送短信的內(nèi)容即可， 以Ctrl+Z（0x1A）結(jié)束［11］。

3.4GPS定位系統(tǒng)子程序

本系統(tǒng)的 GPS模塊會實(shí)時掃描汽車所在位置信息和速度等因子， 一旦汽車遭受非法入侵， 單片機(jī)就會發(fā)出指令讀取相應(yīng)的GPS模塊的數(shù)據(jù)， 然后通過GPRS將數(shù)據(jù)傳給用戶。當(dāng)GPS模塊收到指令時，會立即將GPS模塊收到的GPRMC、GPGGA等數(shù)據(jù)解析， 然后將其轉(zhuǎn)化為單精度類型， 供GPRS模塊識別。為了進(jìn)一步精確讀取GPS數(shù)據(jù)， 系統(tǒng)需要設(shè)置程序讀取相應(yīng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段。最后為了準(zhǔn)備描述汽車目前的狀況， 還需提供準(zhǔn)確的時間給車主［12］。

3.5定時中斷子程序

當(dāng)系統(tǒng)需要復(fù)位聲光報(bào)警系統(tǒng)時， 車主按下定時中斷按鈕， 單片機(jī)接收按鍵信號， 此時單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入中斷現(xiàn)場保護(hù)狀態(tài)， 系統(tǒng)進(jìn)入中斷處理階段， 然后系統(tǒng)復(fù)位聲光報(bào)警系統(tǒng)相關(guān)端口電位， 中斷退出，整個程序繼續(xù)按順序執(zhí)行［4］。

4　系統(tǒng)測試

系統(tǒng)測試結(jié)果如圖9所示。通過敲擊桌面給予震動傳感器一個模擬盜車的信號， 系統(tǒng)接收到檢測信號后進(jìn)行判斷處理， 控制聲光報(bào)警模塊中的發(fā)光二極管發(fā)出不同頻率閃爍的光進(jìn)行警示， 同時蜂鳴器發(fā)出鳴笛聲。當(dāng)震動傳感器接收到有效信號時， 聲光報(bào)警系統(tǒng)同時工作， GPRS模塊向車主手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信， 內(nèi)容為GPRMC格式。通過對GPRMC解析， 車主可以得知汽車所在具體位置、時間、車速、海拔等信息。若車主確定汽車被盜， 則可以編輯短信啟動電磁閥切斷汽車油路， 鎖定汽車。

圖9　系統(tǒng)測試結(jié)果

5　結(jié)論

本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)STC12C5A60S2為核心控制器， 將GPRS和GPS結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)了對汽車現(xiàn)場報(bào)警和遠(yuǎn)程控制功能。實(shí)驗(yàn)證明， 該系統(tǒng)克服了現(xiàn)有汽車報(bào)警類產(chǎn)品不能對汽車進(jìn)行實(shí)時控制的缺陷， 是一項(xiàng)重要的技術(shù)改進(jìn)。

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（責(zé)任編校： 劉剛毅）

Design of automobile anti theft system based on GPRS and GPS

Tang Junyao， Yang Minsheng
（College of Electrical and Information Engineering， Hunan University of Arts and Science， Changde 415000， China）

It chooses the STC12C5A60S2 series chip as the core control system， SIM300GPRS as GPRS module，Neo 6 chip as GPS module， and adopts sensor module to detect alarm clock， a car alarm system based on GPRS and GPS is established. Debugging results of hardware and software show that the system can monitor and give real-time alarm about cars' status.

core controller； automobile burglar alarm system； GPRS module； alarm signal； monitoring

TP 368

1672-6146（2016）03-0030-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2016.03.007

楊民生， yms1234@163.com； 唐俊遙， yao3238181@163.com。

2016-04-18

湖南省自然科學(xué)基金常德地區(qū)項(xiàng)目（13JJ9023）； 湖南省教育廳項(xiàng)目（14C0787）。將天線收到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給單片機(jī)。以SIM300芯片與SIM卡組成GPRS無線通信模塊與單片機(jī)串口連接， 將GPS模塊解析的數(shù)據(jù)用GPRS網(wǎng)絡(luò)傳到短信服務(wù)中心進(jìn)行處理， 再通過短信服務(wù)中心將數(shù)據(jù)發(fā)到用戶手機(jī)上。采用震動、紅外線傳感器等構(gòu)成檢測模塊， 將檢測信號以數(shù)字量傳到單片機(jī)進(jìn)行判斷。采用蜂鳴器和發(fā)光二極管來模擬汽車聲光報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時報(bào)警功能。綜合以上 5個部分設(shè)計(jì)硬件電路［4］。