汽車電子防盜報警器的設(shè)計研究

孫莉

（江蘇省新沂中等專業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221400）

0 引言

私家車在我國的數(shù)量越來越多，隨之而來的汽車盜竊問題也日益嚴(yán)重，針對這些偷盜類案件，防盜報警器是一種很好的規(guī)避被盜風(fēng)險的方法。隨著GPS、GSM技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車防盜產(chǎn)品也在逐漸的技術(shù)迭代，傳感器技術(shù)也在汽車防盜產(chǎn)品的研發(fā)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。因此，在當(dāng)今電子信息技術(shù)高度發(fā)達的今天，有必要對汽車防盜系統(tǒng)進行電子傳感與通信網(wǎng)絡(luò)、GPS定位等主導(dǎo)高新科技融為一體的綜合電子網(wǎng)絡(luò)模式技術(shù)革新。本文正是以STM32單片機作為汽車防盜系統(tǒng)的主控核心，嘗試對傳統(tǒng)汽車防盜系統(tǒng)進行GSM模塊、GPS模塊以及傳感器模塊的技術(shù)應(yīng)用理論設(shè)計。

1 汽車電子防盜報警器設(shè)計研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

本文的設(shè)計研究需要用到的關(guān)鍵電子技術(shù)由以下三種：

第一，GSM通信技術(shù)。GSM技術(shù)指的是數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，這一系統(tǒng)一共有三個部分所組成，其中包含網(wǎng)絡(luò)、基站以及移動臺，當(dāng)中網(wǎng)絡(luò)這一方面大部分是按照CSM協(xié)議給予鑒權(quán)，規(guī)范使用GSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)字通信的權(quán)限，另外為訪問位置、原地位置以及設(shè)備標(biāo)志提供寄存器功能，同時還負責(zé)操作系統(tǒng)的維護。GSM系統(tǒng)的功能包括了控制信息以及業(yè)務(wù)信息的傳輸，可以支持市話網(wǎng)、國內(nèi)長話、國際長話等數(shù)字網(wǎng)絡(luò)用戶之間的通信。本文主要應(yīng)用了GSM通信技術(shù)中的短信收發(fā)服務(wù)，通過AT指令完成對GSM模塊的自動化控制，另外借助于PDU編碼模式，利用UTF-16字符集將短信信息編碼以后發(fā)送給移動通信系統(tǒng)，再經(jīng)由手機解碼以后生成短信文本。本文擬定設(shè)計的汽車電子防盜報警器中的短信報警功能以及短信遠程控制汽車供油自鎖功能都需要用到GSM通信技術(shù)。

第二，GPS定位技術(shù)。這種技術(shù)指的是全球定位系統(tǒng)，它由定位衛(wèi)星、地面監(jiān)控系統(tǒng)以及用戶定位模塊構(gòu)成。定位衛(wèi)星對地面上的位置進行時間、空間的三維坐標(biāo)計算，確定目標(biāo)位置的詳細坐標(biāo)。地面監(jiān)控則通過接收衛(wèi)星信號并將這些信號編碼、存儲，方便后續(xù)調(diào)用。用戶定位模塊則對衛(wèi)星發(fā)出的信號進行收集，并具備對衛(wèi)星信號進行放大、編譯轉(zhuǎn)換的功能，能夠直接運算獲取衛(wèi)星信號的空間三維坐標(biāo)。GPS目前具有應(yīng)用范圍廣、定位精確度高、操作簡單等應(yīng)用優(yōu)勢，是目前應(yīng)用最為廣泛的定位系統(tǒng)。本文筆者大部分是通過這一技術(shù)能夠?qū)ζ嚨膶嶋H位置當(dāng)中的信息進行實時獲取，用于研判汽車是否被盜，或被盜以后的行動軌跡。

2 汽車電子防盜報警器的硬件電路設(shè)計

2.1 單片機控制器模塊

汽車電子報警器的控制器是基于單片機技術(shù)組成的控制系統(tǒng)，主要負責(zé)對GSM模塊、GPS模塊、傳感器等其他數(shù)據(jù)收集模塊和報警操作模塊實現(xiàn)智能控制，通過I/O通信通道聯(lián)通整個電子防盜報警系統(tǒng)。本文選用ARM公司的STM32F103C8系列單片機，該系列單片機片對512K Flash存儲器進行了集成，使得在工作過程中節(jié)點和程序收集到的數(shù)據(jù)得以保存；72MHZ是其工作頻率；包含了三個通用16位定時器，一個PWM定時器，一個USB接口、一個CAN、兩個SPI、三個USART和兩個I2C；利用5個通用串行接口，可以和PC上位機之間開展指令和數(shù)據(jù)上的通訊，利用兩個12位的ADC，可以使得聲傳感器收集的信號由模擬轉(zhuǎn)化為數(shù)字，然后傳送到單片機10上進行運算處理。單片機能實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運行以及系統(tǒng)的核心控制。它是GPS模塊的信息傳送和接收以及GSM模塊的短信收發(fā)。GSM模塊和GPS模塊與STM32F103C8之間分別用串口進行通信。有兩個時鐘信號出現(xiàn)，32.768KHZ的是其中的一個，32MHz的是另一個。對電源輸入諧波的濾除利用了電容C3、C4，進一步穩(wěn)定了電源。

2.2 電源模塊

防盜報警系統(tǒng)要想確保穩(wěn)定性，傳感器模塊就需要時刻處于運作狀態(tài)，因此需要一個穩(wěn)定的電源。汽車蓄電池的電源通常為12V，為了保證報警系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在汽車電源主要供電以外，需要設(shè)計一個備用電源。該備用電源的繼電器工作電壓應(yīng)該與蓄電池電壓一致。GSM模塊工作狀態(tài)則需要較大的瞬時電流供應(yīng)，因此為了保證對防盜報警系統(tǒng)各個模塊供電的穩(wěn)定性，就需要對別用電源設(shè)計一個可調(diào)供電電路。本次建議采用LM2576芯片的降壓型集成穩(wěn)壓電路，該電路集合了電路放大器、比較器、電流限制器、穩(wěn)壓電路等功能，且散熱器件較少，不存在持續(xù)工作元器件起熱性能下降的問題。

2.3 傳感器模塊

本系統(tǒng)的傳感器模塊由加速度傳感器與震動傳感器共同組成。加速度傳感器是針對汽車的瞬時加速度進行檢查，無論汽車移動的方向，當(dāng)車體出現(xiàn)瞬時加速度時，就會將采集到的加速度數(shù)據(jù)通過I2C信道傳輸給單片機主控系統(tǒng)。本文建議選用MMA7660FC系列的加速度傳感器，該傳感器具備三軸加速度敏感偵測功能，且能夠兼容單片機的I2C通信方式，本身體積也相對較小，并且自身具備待機、活動、關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)汽車正常行駛時進入關(guān)閉狀態(tài)節(jié)省模塊能耗。

震動傳感器主要是監(jiān)測汽車的震動頻次，當(dāng)汽車被震動時候，本系統(tǒng)會自動向目標(biāo)手機發(fā)送短信。本文建議選用常閉型震動傳感器，該傳感器的工作電壓為3.3V到5V之間，與電源模塊兼容，另外該傳感器輸出的偵測信號形式為二進制，更方便接入單片機的I2C信道。

2.4 GPS模塊

GPS模塊主要是收集汽車的位置信息，當(dāng)報警系統(tǒng)處于運作狀態(tài)時，GPS定位模塊就需要實時偵測并輸出汽車的位置信息。因此，本文建議選用高性能的GPS模塊，ATK-NEO-6M模塊自帶四個引腳，分別對應(yīng)的單片機的TXD、RXD、GND地、電源線，與此同時可以實時輸出位置信息。另外該型號的GPS模塊也與單片機工作電壓一致，接入系統(tǒng)的操作也相對簡單。

2.5 防盜報警模塊

防盜報警電路采用的GSM模塊如圖1所示， 當(dāng)中的手機卡槽以及芯片全部在后面，需要連接5-26v的直流電壓，然而不可低于2A，進而能夠保證平穩(wěn)工作，與此同時，波特率具備自適應(yīng)功能，通常不用進行設(shè)置，其會按照當(dāng)中的頻率對其內(nèi)部進行調(diào)節(jié)。模塊一旦充電之后首先要按復(fù)位鍵3s，一直到藍燈出現(xiàn)以后松開，這個時候就能夠正常工作了。

圖1 GSM電路模塊

除了GSM短信報警裝置以外，報警器還要具備鳴笛報警裝置， 這一系統(tǒng)通過單片機與全球定位系統(tǒng)當(dāng)中的模塊相連接，一旦車輛發(fā)生異常情況的時候，這一系統(tǒng)會立即將車輛的實時狀態(tài)利用短信的形式發(fā)送出去，用戶則會第一時間對車輛進行查看，當(dāng)汽車不幸丟失時，車主可以通過GPS對汽車進行定位，被盜汽車也能被找到。在車輛當(dāng)中安裝這一報警器可以對盜竊人員產(chǎn)生一個震懾的效果，一旦車輛無任何異常情況的時候，光耦則不會輸出信號，當(dāng)中的喇叭則無任何電流經(jīng)過，則無法進行報警，一旦車輛發(fā)生異常情況的時候，則會馬上輸出信號，則會出現(xiàn)報警，處在被盜狀態(tài)以后會持續(xù)10s進行信號的傳輸，此時TC35將被單片機STM32F103C8控制， 則會給用戶及時發(fā)送消息，從而用戶自己決定需不需要對車輛進行鎖定。

2.6 防盜執(zhí)行模塊

這一模塊的作用主要是一旦車輛發(fā)生異常的時候，用戶可以通過手機對車輛進行控制，讓其沒有辦法行駛，進而不會被盜，同時結(jié)合全球定位系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備，是整個車輛的防盜性能明顯增強，同時對整個供電系統(tǒng)當(dāng)中的構(gòu)造，其供電大部分是通過汽車蓄電池進行的，無論是照明或者其他用電設(shè)備都是如此，這一防盜報警系統(tǒng)當(dāng)中的電源也是從當(dāng)中進行取電。如果想要將發(fā)動機進行有效控制，必須要通過電子噴射系統(tǒng)當(dāng)中的供電電源予以有效控制就能夠?qū)崿F(xiàn)，同時在這一電源當(dāng)中加入常閉型的控制器，就可以對這一電源進行有效控制，然而當(dāng)中的驅(qū)動能力相對較為薄弱，因此，無法對這一繼電器進行有效驅(qū)動，所以，必須要通過另外一個進行有效過度。

另外可以利用單片機的PA14控制共有繼電器的開閉狀態(tài)，以實現(xiàn)對汽車的遠程供油系統(tǒng)自鎖控制。當(dāng)在ULN2003A的“INl”的引腳輸入高電平時候，輸出腳”O(jiān)UTl”會輸出低電壓，加在繼電器線圈兩端的電壓分別為+12V和0，此時繼電器輸出會導(dǎo)通，使得點火電路工作。當(dāng)在ULN2003A的“INl”的引腳輸入低電平時候，輸出腳”0UTl”的電壓為12V，繼電器線圈兩端無壓差，即線圈無電流通過，就能夠讓功率繼電器線圈被關(guān)斷。

3 汽車電子防盜報警器的軟件設(shè)計

3.1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在整個系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中主控制模塊是當(dāng)中的核心部分，對每一個模塊給予初始化，并且進行管控。首先需要對每一個模塊設(shè)備給予初始化操作，首先進行布防，一旦沒有效果，則不會進行報警，一旦成功，則報警器會正常工作，對傳感器進行檢測，同時進行采樣，如果在這一過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)不正常，則要繼續(xù)進行，一旦沒有發(fā)生異常，則需要對GSM模塊進行調(diào)用，當(dāng)中所有的模塊都必須要用戶指令給予有效控制。主程序流程圖如圖2所示。

圖2 主程序流程圖

3.2 傳感器模塊軟件設(shè)計

在整個系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中，傳感器模塊是最為重要的一個組成部分，如果設(shè)置初始化，當(dāng)將防盜系統(tǒng)啟動以后，處理器就會對其整個狀態(tài)進行有效查詢，這一系統(tǒng)當(dāng)中連接著震動傳感器，一旦出現(xiàn)震動的時候，其就會自動輸出一個高電平，與此同時在收到這一信號以后就會采取相對應(yīng)的動作，設(shè)計流程圖如圖3所示。

圖3 傳感器模塊程序流程圖

3.3 GSM模塊軟件設(shè)計

在對整個軟件設(shè)計期間，其主要認為就是對GSM當(dāng)中的一個處理設(shè)置，通過主程序進行有效調(diào)度，其主要任務(wù)當(dāng)中的程序流程圖如4所示，單片機需要與GSM當(dāng)中的串口進行連接，對當(dāng)中的工作利用硬件給予控制，第一，需要對這一模塊有初始化進行有效判斷，一旦發(fā)現(xiàn)無初始化，硬件則沒有辦法接收到移動網(wǎng)絡(luò)，一旦發(fā)生初始化，就能夠?qū)ο嚓P(guān)短信息進行接收以及處理，之后將當(dāng)中的工作進行關(guān)閉，整個任務(wù)結(jié)束，一旦無初始化，需要之后開啟才可以接收到短信息，這一系統(tǒng)就能夠利用硬件進行工作，同時還能夠利用軟件進行初始化。

圖4 GSM模塊程序流程圖

3.4 GPS模塊軟件設(shè)計

在整個系統(tǒng)當(dāng)中，全球定位系統(tǒng)處理任務(wù)就是當(dāng)中的一個任務(wù)環(huán)節(jié)，其目的是從串口對全球定位系統(tǒng)的信號信息進行讀取，對全球定位系統(tǒng)當(dāng)中的信號能否給予有效測定，一旦存在，就能夠?qū)⑷蚨ㄎ幌到y(tǒng)當(dāng)中的一系列信息給予獲取，一旦沒有，則需要不斷進行檢測，GPS任務(wù)流程圖如圖5所示。

圖5 GPS模塊程序流程圖

4 結(jié)論

本文針對汽車防盜報警器信號易被干擾、防盜效果差等問題，運用單片機技術(shù)、GSM技術(shù)以及GPS技術(shù)，設(shè)計了集成了GPS模塊、加速度傳感器、震動傳感器于一體的汽車狀態(tài)信息收集監(jiān)測體系，由GSM模塊實現(xiàn)了對汽車的遠程短信報警和短信控制，進一步提高了整個防盜報警系統(tǒng)的防盜效果。本文筆者就是對汽車防盜報警系統(tǒng)當(dāng)中的相關(guān)設(shè)計給予全面討論，同時也對主要的幾個功能模塊設(shè)計了具體的軟件程序流程。希望本文的研究對新型多傳感器的汽車防盜報警器電子產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計有所幫助。