一種GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曹彥杰

(煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院 車輛運(yùn)用工程系, 山東 煙臺(tái) 265500)

0 引言

隨著我國科技的迅速發(fā)展，汽車已經(jīng)成為人類生活的代步工具，與傳統(tǒng)采用步行的方式和騎馬等代步方式相比更快、更便捷，汽車的出現(xiàn)徹底改變了人類的生活水平，使人類向著科技化發(fā)展邁進(jìn)了一大步。但是，隨著汽車的數(shù)量大大增多，汽車被盜的現(xiàn)象也屢屢發(fā)生，各大媒體、新聞等多種官方平臺(tái)都在報(bào)道汽車丟失的消息，該現(xiàn)象使車主們擔(dān)驚受怕，而汽車防盜系統(tǒng)的出現(xiàn)，使人類的靈魂有了依托，但是傳統(tǒng)的汽車防盜系統(tǒng)具有多種劣勢，比如發(fā)送報(bào)警信號(hào)不及時(shí)、定位信息不準(zhǔn)確等，大大影響著車主的經(jīng)濟(jì)效益?；贕PS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)的出現(xiàn)，顛覆了傳統(tǒng)汽車防盜系統(tǒng)，它將以最快的速度開啟防盜模式，并發(fā)送報(bào)警信號(hào)，GPRS技術(shù)將以最快的速度將信息發(fā)送至車主，GPS將每30秒更新一次數(shù)據(jù)信息，有利于對汽車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1 基于GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)架構(gòu)及功能分析

1.1 系統(tǒng)整體構(gòu)成

基于GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)主要將自身結(jié)構(gòu)分為4部分，分別是CAN總線、GPRS模塊、圖片處理模塊和GPS接收模塊等，其中CAN總線在GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)中充當(dāng)著重要角色，基于GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)主要利用CAN總線對車身節(jié)點(diǎn)的防盜信息進(jìn)行采集，并通過CAN總線將采集成功的數(shù)據(jù)信息以控制指令的形式傳送至發(fā)動(dòng)機(jī)控制ECU中，汽車防盜ECU中最主要的核心處理器是LPC2119，而LPC2119處理器在自身系統(tǒng)中嵌入CAN控制器，因此，CAN總線的實(shí)現(xiàn)過程無需連接多余的收發(fā)器，只需要在CAN總線的基礎(chǔ)上外接CAN系統(tǒng)中的收發(fā)器TJA1054即可；GPRS模塊實(shí)現(xiàn)的核心是移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)——全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)，該模塊通過利用全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)對SMS/MMS進(jìn)行收發(fā)，并在模塊中設(shè)置TCP/IP協(xié)議棧，有利于用戶使用過程較為輕松；圖片處理模塊主要將汽車防盜系統(tǒng)采集成功的圖片進(jìn)行壓縮處理，該模塊的目的是防止生成圖片數(shù)量巨大而造成系統(tǒng)內(nèi)存過大，從而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)不周，該模塊進(jìn)行圖片壓縮過程中對于圖片傳感器將選用OV7640，壓縮處理將選用MV3018；GPS接收模塊在汽車防盜系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)采集車身定位信息，通過加強(qiáng)汽車防盜系統(tǒng)的定位信息格式，將定位時(shí)間控制在最短時(shí)間之內(nèi)，有利于在同等時(shí)間內(nèi)獲取更多的信息。汽車防盜系統(tǒng)硬件框圖，如圖1所示[1]。

1.2 汽車防盜系統(tǒng)功能分析

汽車防盜系統(tǒng)主要通過系統(tǒng)進(jìn)行信息采集實(shí)現(xiàn)防盜功能，當(dāng)汽車防盜系統(tǒng)感應(yīng)到外來攻擊時(shí)會(huì)迅速啟動(dòng)“防盜模式”，以此吸引車主注意，而汽車防盜系統(tǒng)主要通過自身系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)傳感器采集入侵信息，入侵信息采集成功后汽車防盜系統(tǒng)迅速將節(jié)點(diǎn)傳感器采集的信息通過CAN總線傳輸至防盜ECU中進(jìn)行分析，防盜ECU的功能可以對接收的信息進(jìn)行判斷，當(dāng)判斷出的信息為危險(xiǎn)信號(hào)，將迅速向車主發(fā)送入侵短信，并啟動(dòng)報(bào)警裝置，同時(shí)汽車防盜系統(tǒng)將利用自身

圖1 汽車防盜系統(tǒng)硬件框圖

功能對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定位和處理，最終將車內(nèi)外的情況以圖片的形式發(fā)送到客戶端。汽車防盜系統(tǒng)還帶有遠(yuǎn)程控制功能，車主可以隨時(shí)通過SMS對系統(tǒng)進(jìn)行指令，比如強(qiáng)制發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，以此保證車主自身利益[2]。

1.3 車門控制分析

汽車防盜系統(tǒng)通過在自身設(shè)定滾動(dòng)編碼技術(shù)，可以對車門進(jìn)行控制，并通過433MHz無線收發(fā)器將滾動(dòng)編碼技術(shù)所接收的數(shù)據(jù)信息傳送至主控單元，以此保證汽車防盜系統(tǒng)的安全性能。在汽車防盜系統(tǒng)中最核心的部分是主控單元，主控單元主要通過433MHz無線收發(fā)器接收車主所發(fā)布的指令，該指令將以密文數(shù)據(jù)的形式傳送至微控制器中，通過微控制器進(jìn)行解密，以此判斷車主的指令，當(dāng)信息解密成功后，中央控制器將通過CAN網(wǎng)絡(luò)向所有車門控制節(jié)點(diǎn)發(fā)布車主指令，從而達(dá)到防盜的效果。汽車防盜系統(tǒng)對車門節(jié)點(diǎn)的控制實(shí)際上是通過CAN網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)，并通過微控制器的執(zhí)行單元向車門節(jié)點(diǎn)傳輸指令，及汽車防盜系統(tǒng)可控制車門的開鎖或者關(guān)鎖。

1.4 汽車防盜遠(yuǎn)程監(jiān)控分析

汽車防盜系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控主要通過主控單元的傳感器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而主控單元的傳感器又分為兩種類型，分別是振動(dòng)傳感器和人體熱釋紅外傳感器，將振動(dòng)傳感器以及人體熱釋紅外傳感器放置于車內(nèi)不同的位置，將會(huì)產(chǎn)生不同的作用，比如振動(dòng)傳感器主要負(fù)責(zé)檢測汽車防盜系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)類別，而人體熱釋紅外傳感器主要負(fù)責(zé)檢測入侵者的人體熱紅外信號(hào)的來源。汽車防盜系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控除了通過主控單元的振動(dòng)傳感器和人體熱釋紅外傳感器實(shí)現(xiàn)以外，還需要通過中央模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)，當(dāng)主控單元的振動(dòng)傳感器和人體熱釋紅外傳感器感測到振動(dòng)信號(hào)以及人體熱紅外信號(hào)來源于外來者，而非本車主，將采取報(bào)警信號(hào)處理，主要通過CAN網(wǎng)絡(luò)將中央模塊所接收的數(shù)據(jù)信息傳輸至G—G單元，G—G單元在接受到指令后，以最快的速度將信號(hào)通過GSM以短信的形式發(fā)送到車主終端。不但如此，車主還可以通過汽車防盜系統(tǒng)開啟GPS定位功能，將GPS定位功能與GPRS建立連接，即可隨時(shí)隨地觀察車的位置信息[3]。

2 基于GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

汽車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要將單片機(jī)作為該系統(tǒng)的核心，將控制整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，除此之外，汽車防盜系統(tǒng)還選擇NEO 6芯片，使其與單片機(jī)建立串行通信，其目的是為了保證單片機(jī)可以接收由天線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。GPRS技術(shù)的應(yīng)用有利于促進(jìn)單片機(jī)接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和無干擾性，而GPRS無線通信模塊主要通過SIM300芯片與SIM卡組成，并聯(lián)合GPS定位功能將數(shù)據(jù)信息隨時(shí)發(fā)送至客戶端進(jìn)行處理，除此之外，汽車防盜系統(tǒng)還將利用檢測模塊以及報(bào)警模塊強(qiáng)化汽車防盜系統(tǒng)的實(shí)用性。

2.1 GPS模塊設(shè)計(jì)

GPS模塊的實(shí)現(xiàn)主要通過NEO 6芯片，將其工作電壓設(shè)置為3.3V，并將NEO 6芯片與單片機(jī)連接，建立完善的串行通信接口，使其具備傳輸功能，有利于單片機(jī)收到入侵?jǐn)?shù)據(jù)信息以最快的速度將信號(hào)通過串行接口發(fā)送至GPS模塊，使GPS模塊接收指令，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步工作。GPS模塊的主要功能是負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行掃描，判斷是否為危險(xiǎn)因子，通過數(shù)據(jù)解析信息做進(jìn)一步處理，有利于聽過GPS定位信息盡快處理數(shù)據(jù)。GPS模塊連接電路圖,如圖2所示。

圖2 GPS模塊連接電路圖

2.2 GPRS模塊電路設(shè)計(jì)

GPRS模塊電路實(shí)現(xiàn)的核心是通過SIM300芯片和SIM卡相結(jié)合，并使其與單片機(jī)建立連接，采用串行通信中最主要的異步串行通信進(jìn)行設(shè)計(jì)，該方法有利于保護(hù)車主利益，防止車身被他人損害。在GPRS模塊電路設(shè)計(jì)中單片機(jī)主要負(fù)責(zé)接收報(bào)警信號(hào)，并通過SIM300芯片向車主手機(jī)中發(fā)送AT指令形式的消息，向車主表明汽車遭遇入侵，當(dāng)車主收到報(bào)警信息后，可以通過汽車防盜系統(tǒng)對其進(jìn)行操控，指令一經(jīng)發(fā)布，汽車防盜系統(tǒng)將迅速執(zhí)行[4]。

2.3 汽車鎖定模塊硬件電路設(shè)計(jì)

汽車鎖定模塊為汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)了電磁閥接單片機(jī)、打火線圈等部分，其作用是通過單片機(jī)接收車主指令后，通過單片機(jī)操作電磁閥工作，打火線圈隨后也將進(jìn)入工作狀態(tài)，汽車防盜系統(tǒng)的各部分同時(shí)進(jìn)行工作從而實(shí)現(xiàn)對汽車的電路控制，并且為保證在汽車遭受入侵時(shí)可以有效地對車進(jìn)行控制，在車主接收到報(bào)警信息后，汽車防盜系統(tǒng)將做好準(zhǔn)備，車主一旦下達(dá)指令，汽車防盜系統(tǒng)將以最快的速度關(guān)閉汽車油門，防止汽車被外人入侵[5]。

2.4 聲光報(bào)警模塊電路設(shè)計(jì)

聲光報(bào)警模塊的電路將選用壓電式蜂鳴器和發(fā)光二極管，有利于強(qiáng)化汽車防盜系統(tǒng)的各部分功能。通常情況下，在沒有危險(xiǎn)信號(hào)輸出時(shí)聲光報(bào)警模塊將不會(huì)啟動(dòng)工作狀態(tài)，但是，當(dāng)單片機(jī)發(fā)送指令時(shí)，聲光報(bào)警模塊將協(xié)助主控單元的傳感器以及中央模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，其工作流程主要是通過單片機(jī)輸出低電平，此時(shí)三極管及壓電式蜂鳴器進(jìn)入警備狀態(tài)，輸出警報(bào)聲音，并通過二極管閃爍不同頻率的光源。如果車主在接收到報(bào)警信息后，拒絕系統(tǒng)工作，只需按下S鍵即可停止汽車防盜系統(tǒng)工作，該過程將由單片機(jī)發(fā)送終端指令[6]。

2.5 電源模塊電路設(shè)計(jì)

汽車防盜系統(tǒng)的電源模塊電路設(shè)計(jì)將由外部電源進(jìn)行供電，并且采用9 V電壓持續(xù)供電，為保證電源模塊及時(shí)為汽車防盜系統(tǒng)的各部分模塊提供最合適的電壓，將在該電路中建立電壓轉(zhuǎn)換模塊。在汽車防盜系統(tǒng)的電源模塊電路設(shè)計(jì)中將采用LM2576S芯片為單片機(jī)及外圍電路提供穩(wěn)定電壓，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明5 V的電壓是維持各模塊工作的最穩(wěn)定電壓，除此之外，汽車防盜系統(tǒng)的電源模塊電路設(shè)計(jì)將為GPS模塊和GPRS模塊提供5 V轉(zhuǎn)3 V電路以及4.2 V電壓。

3 基于GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

汽車防盜系統(tǒng)的軟件部分將對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，比如為定時(shí)器設(shè)置初始數(shù)值、串行通信的方式等。汽車防盜系統(tǒng)的傳感器模塊將采取實(shí)時(shí)掃描的方法，對車身進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，一旦掃描到非法入侵信息，將采取緊急報(bào)警模式，通過GPRS模塊的通信功能向車主發(fā)送信息，車主可以通過汽車防盜系統(tǒng)控制車身。

3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)

主程序設(shè)計(jì)屬于汽車防盜系統(tǒng)軟件系統(tǒng)的核心部分，亦是汽車防盜系統(tǒng)的入口，在對汽車防盜系統(tǒng)進(jìn)行初始化操作之后，應(yīng)將傳感器檢測的數(shù)據(jù)信息發(fā)送至單片機(jī)，使單片機(jī)針對該信號(hào)進(jìn)行判斷，倘若單片機(jī)對該信號(hào)的最終判斷結(jié)果為報(bào)警信號(hào)，將向GPS模塊發(fā)送指令，使其協(xié)助工作，并發(fā)送定位信息及針對該信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，處理完畢后將反饋信息發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)成功接收到數(shù)據(jù)信息后對GPRS下達(dá)指令，使其向車主發(fā)送報(bào)警信息，車主可以通過客戶端對汽車防盜系統(tǒng)發(fā)送控制指令從而控制汽車電磁閥，以此達(dá)到截?cái)嗥囉吐返哪康?。主程序流程圖，如圖3所示[7]。

圖3 主程序流程圖

3.2 汽車鎖定系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)

汽車鎖定系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì)將通過串行接口進(jìn)行中斷程序，并將單片機(jī)所接收的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)組中，待汽車防盜系統(tǒng)接收到指令后，將以函數(shù)的形式跳轉(zhuǎn)至主程序中。AT+CMGF在汽車防盜系統(tǒng)中的功能為設(shè)置短消息信息格式，AT+CMGF可以用于設(shè)置文本模式以及發(fā)送短信，當(dāng)AT+CMGF用作文本模式時(shí)，將AT+CMGF=0 形式呈現(xiàn)，而AT+CMGFS應(yīng)用于發(fā)送短信時(shí)，將以AT+CMGFS=38形式呈現(xiàn)，成功向車主客戶端內(nèi)發(fā)送信息后，將以Ctrl+Z(0x1A)形式結(jié)束信息發(fā)送狀態(tài)[8]。

3.3 GPS定位系統(tǒng)子程序

GPS定位系統(tǒng)子程序在汽車防盜系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)掃描汽車所處位置以及所處位置的安全性、速度等不確定因素，應(yīng)用汽車防盜系統(tǒng)在汽車內(nèi)時(shí)，汽車一旦遭遇外界因素干擾正常運(yùn)作狀態(tài)，汽車防盜系統(tǒng)中的單片機(jī)將讀取GPS模塊中的數(shù)據(jù)信息，并迅速協(xié)調(diào)其他模塊進(jìn)行運(yùn)作，防盜模式啟動(dòng)后，將通過GPRS模式向車主發(fā)送信號(hào)，在此過程中GPS模塊所進(jìn)行的工作為數(shù)據(jù)解析，并將信息轉(zhuǎn)化為單精度類型，有利于GPRS模塊識(shí)別，為保證GPS模塊所提供的數(shù)據(jù)信息精確化，將通過進(jìn)行實(shí)時(shí)讀取狀態(tài)，最終將最準(zhǔn)確的位置信息發(fā)送至車主[9]。

3.4 定時(shí)中斷子程序

定時(shí)中斷子程序的設(shè)置有利于車主及時(shí)對汽車防盜系統(tǒng)的聲光報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行中斷，聲光報(bào)警系統(tǒng)主要聽從單片機(jī)的指令，當(dāng)單片機(jī)接收到車主的中斷信號(hào)后，單片機(jī)將信號(hào)發(fā)送至聲光報(bào)警系統(tǒng)中，與此同時(shí)，單片機(jī)將進(jìn)行終端現(xiàn)場保護(hù)狀態(tài)，而聲光報(bào)警系統(tǒng)回歸原來位置后，中斷退出，汽車防盜系統(tǒng)將回歸正常運(yùn)作狀態(tài)[10]。

4 汽車防盜系統(tǒng)測試的實(shí)現(xiàn)與結(jié)果分析

4.1 CAN通信測試及分析

CAN通信網(wǎng)絡(luò)在汽車防盜系統(tǒng)測試中至關(guān)重要，屬于汽車防盜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)通信的重要途徑，并且CAN通信網(wǎng)絡(luò)在汽車防盜系統(tǒng)的應(yīng)用有利于對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，在對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試之前，應(yīng)強(qiáng)化汽車防盜系統(tǒng)的中央模塊與車門各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)建立聯(lián)系，并加強(qiáng)各模塊完成低速CAN通信網(wǎng)絡(luò)。在調(diào)試汽車防盜系統(tǒng)的過程中，應(yīng)在CAN總線中加入CAN分析儀，其目的是為了保證系統(tǒng)對通訊數(shù)據(jù)的分析。實(shí)際上汽車防盜系統(tǒng)中的中央模塊在CAN通信測試中可作為多種節(jié)點(diǎn)，比如中央模塊在作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)在汽車防盜系統(tǒng)將成為接收節(jié)點(diǎn)，此時(shí)CAN分析儀接收來自中央模塊的的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行分解步驟，根據(jù)指令信息的情況，車門控制節(jié)點(diǎn)將作出相關(guān)操作；而中央模塊在作為接收節(jié)點(diǎn)，車門的控制節(jié)點(diǎn)將作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，并實(shí)時(shí)反饋信息發(fā)送至中央模塊。此時(shí)CAN分析儀判斷信息是否有誤后，將通過指示燈進(jìn)行指示。經(jīng)CAN通信測試及分析后，相關(guān)數(shù)據(jù)信息均正常。

4.2 GSM/GPRS報(bào)警測試及分析

GSM/GPRS報(bào)警測試及分析在汽車防盜系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)測試報(bào)警信號(hào)，通過中央模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦檢測到汽車防盜系統(tǒng)處于被入侵狀態(tài)，將立即開啟防盜模式，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過GPRS模塊中的GSM功能向車主發(fā)送報(bào)警短信，以此保護(hù)車主的自身利益，防盜模式一旦啟動(dòng)，將對汽車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)信息將以圖片形式發(fā)送至車主。經(jīng)測試證明，GPS功能易受到外界環(huán)境的影響，因此，應(yīng)將GPS定位間隔設(shè)置為30秒，每30秒更新一次，有利于汽車防盜系統(tǒng)的相關(guān)功能更加準(zhǔn)確。

5 總結(jié)

本文主要介紹了基于GPS定位系統(tǒng)和GPRS通信功能的汽車防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，展現(xiàn)了汽車防盜系統(tǒng)的各模塊功能對于汽車車門的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制，并且通過硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)對系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化，經(jīng)過多種設(shè)計(jì)，促使基于GPS和GPRS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)較傳統(tǒng)的汽車防盜系統(tǒng)相比更具優(yōu)勢，通過對汽車防盜系統(tǒng)進(jìn)行測試分析，驗(yàn)證該系統(tǒng)具有一定的可行性，隨著科技的迅速發(fā)展，在未來汽車防盜系統(tǒng)將具有一定的研究價(jià)值，汽車防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但彌補(bǔ)了傳統(tǒng)汽車防盜系統(tǒng)的局限性，而且使其具有遠(yuǎn)程控制等多種優(yōu)勢。