基于STM32F103的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計*

王弈麟，張青青，楊 沐，王又可，劉祎東，董守鴻

(河南科技大學(xué)信息工程學(xué)院，河南 洛陽 471023)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，生活節(jié)奏日益加快，汽車數(shù)量不斷增長,汽車偷盜案件也越來越多,給人們帶來了巨大的經(jīng)濟損失[1]。雖然市面上的汽車防盜器種類繁多，但實現(xiàn)系統(tǒng)報警、精準(zhǔn)定位、解除布防的目標(biāo)仍然非常困難。因此，設(shè)計出一款智能化的防盜設(shè)備至關(guān)重要。

本汽車防盜系統(tǒng)采用STM32F103單片機作為控制器，結(jié)合紅外人體傳感器、GPS定位模塊、繼電器模塊、GSM模塊和蜂鳴器模塊，同時增添了藍牙配對模塊以實現(xiàn)配對成功后解除布防，功能強大、高效智能、可靠且性價比高。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

本項目設(shè)計的汽車防盜系統(tǒng)增添了藍牙模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)攜帶鑰匙的車主靠近汽車后，自動配對，從而解除布防的功能。汽車防盜系統(tǒng)還具有電源模塊、GSM/GPS模塊、攝像頭模塊、繼電器模塊和蜂鳴器模塊等。汽車防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 汽車防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

本項目是通過DYP-ME003紅外人體傳感器檢測，傳給STM32處理信息，同時蜂鳴器進行報警處理。一方面通過OV7725攝像頭模塊拍照并保存圖片，通過GSM模塊將GPS模塊的定位信息及照片發(fā)送給警局，將汽車存在被盜風(fēng)險信息發(fā)送給車主，另一方面通過藍牙模塊實現(xiàn)識別功能。繼電器模塊可以實現(xiàn)斷電，盜賊即使進入車內(nèi)后也不能點火啟動汽車，從而真正實現(xiàn)汽車防盜。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 單片機最小系統(tǒng)

STM32F103VET6是意法半導(dǎo)體有限公司生產(chǎn)的32位基于Cortex-M3內(nèi)核的增強型的微控制器，其通信和USART接口較多，時鐘頻率可達72MHz，有低功耗、低成本、高性能等優(yōu)點[2]。本文選用STM32F103VET6作為汽車防盜系統(tǒng)的控制芯片,并配上其他模塊的硬件電路實現(xiàn)汽車防盜報警的功能。

2.2 攝像頭采集模塊

本設(shè)計采用的是OV7725攝像模塊，這是一款分辨率為30萬像素的CMOS攝像頭，由鏡頭，圖像傳感器、板載電路及下方的信號引腳和FIFO組成。FIFO部件是一個數(shù)據(jù)緩沖器，帶發(fā)送和接收單元。它可以暫存拍得的嫌疑犯的人像圖片，再由單片機處理采集數(shù)據(jù)，并存入SD卡中。OV7725攝像頭采集電路的電路原理圖如圖2所示。

圖2 OV7725攝像頭電路圖

2.3 GSM通信模塊

本汽車防盜系統(tǒng)采用SIM900A為GSM通信模塊，ATK-SIM900A是ALIENTEK推出的一款高性能工業(yè)級GSM模塊，具備語音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ躘3]。GSM模塊傳輸引腳TX、RX，采用串口通信的方式，采用AT指令集的開發(fā)方式，并帶硬件流控制，使得該模塊可以非常方便的與單片機之間進行連接。圖3所示為ATK-SIM900A的電路原理圖，該模塊在使用之前需要安裝通信運營商的SIM卡，以通過流量實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能。

圖3 SIM900A通信電路圖

三個引腳SIM_TXD、SIM_RXD和GND連接的是TTL電平,分別與STM32單片機連接。連接時，需將SIM_TXD與單片機的RXD用線連接，將SIM_RXD與單片機的TXD連接，GND與單片機上的GND相連接。

2.4 GPS模塊

本設(shè)計中的GPS模塊采用ATK-NEO-6M高性能定位模塊。U-BLOX公司性能優(yōu)異的NEO-6M模組是該模塊的核心。該GPS?？炀哂休^強的搜星能力，主要歸功于其自帶的高性能的無源的陶瓷天線與高增益LAN芯片；為了可以支持溫啟動或著熱啟動，即使在主電源突然斷電后，其模塊也可利用自身的后備電池來進一步維持設(shè)備對GPS接收數(shù)據(jù)半小時左右的保存；測量輸出頻率和追蹤靈敏度的數(shù)值已經(jīng)達到了5Hz與-161dBM，可以知道模塊擁有的衛(wèi)星通道個數(shù)為50個，不容小覷；該模塊還擁有一個優(yōu)勢，即可以通過串口進行各種參數(shù)設(shè)置，保存在自身所帶的EEPROM中去。模塊自帶IPX接口，可以對各種有源天線進行連接，具有很強的適應(yīng)能力；模塊兼容3.3V和5V電平，方便連接各種單片機系統(tǒng)。本設(shè)計將連接ATK-NEO-6M GPS模塊與外部系統(tǒng)的重任交由串口，還利用USMART這一強大的工具，設(shè)置GPS模塊很重要的的刷新速率，并且對時鐘脈沖進行配置。GPS模塊電路圖如圖4所示。

圖4 GPS模塊電路圖

管腳號為3的引腳名稱為GPS_PPS，它是時鐘脈沖輸出腳，該引腳同時連接了模塊自帶的狀態(tài)指示燈，在默認(rèn)條件下該指示燈有2個狀態(tài)，如果是常亮狀態(tài)，表示模塊沒有實現(xiàn)要求的定位功能，但是已是工作狀態(tài)，模塊定位成功時的狀態(tài)是閃爍狀態(tài)；管腳號為20的引腳名稱為GPS_TXD。它是模塊串口發(fā)送引腳，需要接TTL電平，接單片機的RXD；管腳號為21的引腳名稱為GPS_RXD，它是模塊串口接收引腳，也需要接TTL電平，模塊因為TXD和RXD引腳內(nèi)部相接的510Ω電阻可以對電平的兼容操作進行相應(yīng)的處理，但是如果在使用的過程中不小心使得導(dǎo)線的電阻過大，此時的通信就會出現(xiàn)不正常的現(xiàn)象；管腳號為18的引腳名稱為IIC_SDA,它與存儲器24C32的對應(yīng)引腳相連，它的功能是串行地址和數(shù)據(jù)輸入/輸出，SDA是雙向串行數(shù)據(jù)傳輸引腳，漏極開路，需外接上拉電阻到VCC；管腳號為19的引腳名稱為IIC_SCL,它也與存儲器24C32的對應(yīng)引腳相連，它代表串行時鐘輸入，SCL同步數(shù)據(jù)傳輸，上升沿數(shù)據(jù)寫入，下降沿數(shù)據(jù)讀出。

GPS模塊與3.3V或者5V單片機系統(tǒng)都可以進行兼容。模塊中的TXD和RXD腳與電腦的RS232串口連接時必須由電平轉(zhuǎn)換芯片進行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，不然可能會造成一些相應(yīng)的損壞。

2.5 紅外人體傳感器模塊

本設(shè)計采用的人體報警傳感器是型號為DYP-ME003的紅外人體傳感器，這款紅外人體傳感器是一種具有可靠性、靈敏性的傳感器，具有抗干擾能力，并且其體積較小，不易被嫌犯察覺。其可以以非接觸的形式檢測出一定范圍內(nèi)紅外線輻射的變化[4]。

該傳感器的工作電壓DC范圍為4.5～20V，靜態(tài)電流要求小于50uA，感應(yīng)角度為小于110°錐角，感應(yīng)距離7m以內(nèi)(距離可調(diào))。傳感器具有全自動感應(yīng)的功能，例如當(dāng)嫌疑人進入其探測范圍，就將輸出變?yōu)楦唠娖剑划?dāng)嫌疑人離開探測范圍后，輸出則自動變?yōu)榈碗娖?。此傳感器還具有感應(yīng)封鎖時間的功能，具體來說是在感應(yīng)模塊進行感應(yīng)輸出后會出現(xiàn)一個封鎖的時間段，在這個時間段內(nèi)，此傳感器接收不到感應(yīng)信號。這一功能提高了防盜系統(tǒng)的可靠性，防止誤報。

2.6 藍牙無線通信模塊

本設(shè)計采用的是ATK-HC05藍牙串口模塊，這是一款主從一體的，可以和各種不同的、但是帶有藍牙功能的智能終端配對的高性能模塊，該模塊擁有4800～1382400寬的波特率范圍，3.3V或者是5V的單片機系統(tǒng)該模塊都是絕對兼容的。從圖示可以看出來VCC、GND、TXD和RXD是藍牙模塊與相應(yīng)單片機連接時必不可少的4根線，ATK-HC05模塊上的TXD和RXD需要與單片機的RXD和TXD進行連接，VCC和GND的作用就是為整個模塊進行供電。

圖5 藍牙無線通信模塊電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)使用C語言來編寫程序，將編譯成功的程序燒錄進單片機，可以進行系統(tǒng)調(diào)試。本設(shè)計在KEIL5編譯環(huán)境中編寫STM32F103的源程序，經(jīng)過編譯后產(chǎn)生.hex程序代碼，用ST-Link下載將.hex文件下載到目標(biāo)單片機的Flash中。

系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計,由主程序、初始化子程序、中斷服務(wù)與藍牙匹配程序、GPS定位程序、GSM發(fā)送短信程序和停止報警程序等模塊組成。系統(tǒng)的總體程序流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)總體流程圖

在主控制器STM32F103初始化后﹐系統(tǒng)自動檢測是否處在上鎖狀態(tài)。如果系統(tǒng)不是上鎖狀態(tài),則報警器不工作。如果處在上鎖狀態(tài)﹐啟動報警器,報警器自動延遲20s開始工作,以便讓使用人有足夠的時間鎖好門離開汽車。延時后報警器進入值守工作狀態(tài),系統(tǒng)保持監(jiān)視單片機接口和紅外人體感應(yīng)模塊﹐用來采集并處理異常情況。如果有人想要非法入侵車內(nèi)，通過檢測單片機接口﹐就可以判斷汽車是否發(fā)生了人員非法入侵。如果有則進行報警措施﹐通過蜂鳴器進行報警，攝像頭模塊進行采集人臉信息并保存在SD卡中，再通過調(diào)用GSM模塊將GPS定位信息和被盜風(fēng)險發(fā)送給警方和車主，單片機再通過藍牙匹配決定是否解除警報。

4 結(jié)語

本文介紹了采用STM32F103單片機和傳感器的汽車防盜系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，具有體積小、操作簡單、使用方便、多功能報警等特點。并且該系統(tǒng)從繼電器模塊斷電的防盜措施到被盜后進行定位29報警的追盜措施極大的降低了被盜的風(fēng)險，從多方面阻斷盜竊行為。另配有藍牙無線通信模塊，識別車輛主人從而自動撤防。比以往的機械式防盜裝置、芯片式防盜裝置、網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)等更加智能、高效。

今后還可根據(jù)市場發(fā)展和用戶需求，開發(fā)其它功能，如:火災(zāi)報警、醫(yī)療求助、緊急情況呼救、氣體的安全等。將其應(yīng)用滲透到更多的領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，使用汽車出行的人越來越多，汽車防盜及安全系統(tǒng)必將成為我們生活中重要的一部分。