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1、汽车防盗报警器的设计与研究 汽车防盗报警器的设计与研究贾宝惠田正平(中国民航大学航空工程学院天津300300)摘要:随着汽车数量的增多,车辆被盗被劫持的现象屡见不鲜,给社会带来极大的不安定因素,这已经成为一个严重的社会问题,如何很好的解决这一问题,成为困扰用户的一大难题。介绍了一种基于单片机STC89C58RD+的汽车防盗报警系统,详细阐述了系统的硬件结构,给出了系统的主要软件设计流程。该系统采用GPS定位,通过手机报警,达到防盗和防劫持的效果。同时,系统还具有低成本、操作简单、使用方便和可靠性高的特点,具有良好的市场推广应用价值。关键词:手机报警;防盗;防劫持中图分类号:TP33文献标识码:
2、A 随着人们生活水平的不断提高,汽车已逐步成为人们生活中不可缺少的交通工具,汽车防盗问题已成为人们普遍关注的问题之一。随着移动通信技术和GPS1-4技术的迅猛发展,利用移动通信技术和GPS技术相结合实现远程控制,有着越来越广阔的理论和实践方面的研究价值。本文就是充分利用了移动通信技术和GPS全球卫星定位系统,设计了一种汽车防盗报警器,它区别与一般报警系统5-7的最大优点在于它能实现实时双向通信和不受地域范围方面的限制,实现对车辆的实时定位、防盗报警与远程监控8。 1系统组成及主要功能 系统主要由5个模块组成为GPS模块为采集地理位置信息和时间信息;SIM300手机模块:发送报警短信及拨打电话报
3、警;控制模块:主要负责信息的接收、分析、判断和处理； 电源模块:为系统提供工作电压;“防盗”模块:进入或退出防盗模式以及启动劫持报警。系统原理框图如图1所示。 系统实现的主要功能:1)系统在防盗模式下,一旦车载偏离原停车位一定距离,系统能自动触发报警,以手机短信和电话呼叫的方式向车主及其亲友报警;2)当遇到歹徒劫持车辆时,随时可以启动劫持报警,以手机短信息和电话的方式向车主的亲友发送报警信息;3)当系统进入报警状态后,“防盗”键将失去控制能力,必须执行特定的操作才能解除报警状态。 2系统硬件电路的实现 系统的硬件电路部分主要包括:GPS模块、SIM300手机模块、电源模块、控制模块等。 2.1
4、GPS模块 图2为GPS卫星定位示意图。GPS全球定位系统可提供实时的三维位置、三维速度和高精度的时间信息,具有精度高、速度快、成本低的显著优势,已成为目前世界上应用最广泛、实用性最强的全球精密授时、测距、导航、定位系统9-10。 目前,有很多厂商都能提供GPS OEM板产品,如SiRF、Conexant、Sychip、GARMIN、U-blox等公司。其中U-blox公司是世界上最著名、深受用户信赖的专业GPS厂家,在GPS的定位、导航领域一直走在世界最前列。在提供各种类型的GPS成品的同时,还提供一系列最经典的GPS OEM板产品。 由于U-blox OEM板的定位速度快、工作稳定、耐电压
5、冲击和高抗干扰性,因而本系统采用了U-blox板。 2.2SIM300手机模块 SIM300是支持GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz三频的低功耗模块,可以提供高质量语音通信服务和GPRS Class 10的高速数据传输服务。2.85 mm厚度的超薄设计可以为更多手持设备的应用提供解决方案。综合考虑运营费用和实现的难易程度等因素,选择SIM300手机模块,采用短信业务进行定位信息的传送,可以实现短信报警和电话报警同时进行,互不冲突。如图3所示GSM工作流程。 图3GSM模块工作流程 2.3电源模块以LM2576稳压器为核心元器件既可实现固定输出电压3.3 V、5 V、12
6、V、15 V,又可得到输出可调的电压。 其电源模块具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力,可以驱动3 A的负载,有着优异的线性和负载调整能力,有助于提高交流电压抗跌落干扰的能力。因此本系统采用LM2576稳压器。如图4所示电源模块电路。图5所示为电源调试实物图。 2.4控制模块 控制模块是本系统的主要组成部分,本研究选用了STC89系列中的单片机11STC89C58RD+作为核心控制芯片。该单片机不仅运行速度快、性价比高,而且其内部电源供电系统、I/O口、时钟电路、复位电路、看门狗电路等均经过特殊处理,具有超强抗干扰、抗静电功能12。由于SIM300手机模块和GPS模块共用
7、1个串口,因此采用继电器分时控制模块13。 3系统软件设计 3.1系统控制部分软件设计整个系统软件采用结构化和模块化设计方法。整系统采用C语言进行开发,共分为5个模块,即设备初化模块、防盗与劫持模式的进入和退出模块、GPS位置据采集调整和转化模块、车载是否被盗判断模块、SIM3短信与电话报警模块。每个模块都具有一定的功能,其有的模块还包含一些子模块,既相互独立又相互联系。 于GPS模块、SIM300模块共用单片机系统的一个串口,以该串口必须分时复用,采用按键触发中断。以下给出片机引脚分配情况。 sbit p11=P1;/往SIM300发短信sbit p10=P1;/报警过程指示灯sbit p1
8、2=P1;/控制GPS的发送sbit p13=P1;/开启SIM300sbit p14=P1;/查询SIM300工作状态sbit p15=P1;/防盗蜂鸣器sbit p16=P1;/采样过程指示灯sbit p17=P1;/比较过程指示灯sbit p32=P3;/防盗与防劫持模式选择引脚软件设计流程图如图6所示14。 3.2SIM300手机模块发送短信部分程序设计单片机通过对SIM300模块发送AT指令实现发短信的功能,SIM300模块支持标准的AT命令集,每个指令以AT+开头,以回车结尾。每一次发送或接收的字节有严格的规定,PDU模式编码的短消息不仅可以发送英文短消息,也可以发送中文短消息,目
9、前被普遍采用。根据协议要求将各条AT指令以数组形式发送给模块,即可实现发短信的功能15-16。程序设计数组流程图如图7所示。 3.3判断车辆位置程序设计 首先用串口调试助手对系统进行初始化。若短按盗”键,系统点亮绿色“采样”指示灯,采样5次GPS定据,求取平均值得到车辆的停车位置。5 s左右,采样结采样指示灯灭,“比较”指示灯被点亮。单片机判断车位置是否变化。若单片机偶尔几次检测到车辆离开原位一定距离,并不报警,认为是GPS随机误差造成的现除非单片机连续10次检测到车辆偏离原停车位一定距触发报警装置。当报警器处于防盗模式时,报警器在位置时不报警;报警器移动一定距离后,自动触发报置;不定时触发劫
10、持报警,测试系统工作稳定性。 4设计结果分析 4.1系统调试采用Keil Vision 3软件和最小单片机系统仿真。 报警状态后,先向车主及其亲友发送一条车载的位置前时间的报警短信,每隔一段时间,车主和其亲友都将报警短信息并 接到报警电话,随即采取有效措施对警理。当车主遇到劫持时,长按“防盗键”,系统直接启动报警,先向车主的亲友发送一条报警短信,一段时间后向车主的亲友拨打报警电话。另外,一旦触发报警,无样按“防盗”键都不能退出报警模式。要想退出报警模必须先给系统下电,下电后的系统依然处于报警状态,再次短按“防盗”键可退出报警状态。此后再断一次电,电后即可恢复正常使用状态。系统经过不断调试,成到
11、了防盗和防劫持的效果。串口通信数据如图8所示。 4.2遇到的问题及解决方法 1)采用LM2576系列3 A开关稳压降压器设计的电源,该电源能够提供3 A左右的电流,解决了SIM300模块瞬间电流开机的问题； 2)在调试的过程中,容易出现系统运行不出结果的状况,于是考虑为系统安装“采样指示灯”,从而方便了调试过程中问题的判断和排查,加快了调试进度； 3)因单片机只有一个串口,在设计的过程中单片机既要接收GPS的数据,同时又要将处理的数据发送给SIM300模块,在试验初期SIM300接收到的数据总是出现乱码的现象,很可能是由于GPS数据的干扰,于是采用单片机控制继电器来间接控制两个模块的工作,在接
12、收GPS数据的时候关闭SIM300模块通道,等待单片机处理好接收到的数据之后再打开SIM300模块通道,从而成功避免了数据乱码的现象。 4.3改进和提升 本文设计的汽车防盗报警器由单片机控制系统、移动GPS终端以及GSM通信网络组成,该报警器的突出特色在于车载被盗或被靠近时不震动、不鸣笛,既不会产生大量的环境噪声,偷车贼又不会因此产生过度的心理恐慌而急于逃离作案现场开飞车,避免了歹徒飞车逃跑造成爱车受损及造成的社会安全问题。该系统能在发生偷盗的情况下拨通车主手机或电话进行语音报告,车主可立即通过来电实时监听车辆;在模拟偷盗车辆的情况下,同样可以做到实时监听车辆,及时通过短消息和电话向亲友报警,
13、实现很好的防劫效果,同时该报警器安放在车上也不易被发现,提高了报警器的安全系数。为使设计更加完善,以下提出两点改进建议。 1)可以考虑增加红外遥控的功能,采用遥控器控制报警器,使得设计更加智能化17； 2)与城市电子地图相结合,在系统报警的时候增加汽车位置地图的实时发送,使得汽车地理位置更加清晰明了,但可能对硬件要求比较高。 5结论 车载防盗系统的研究是当今技术开发的一个热点。 该系统将GPS和GSM无线通信技术应用于车辆防盗防劫持有效的克服了防盗性能低、报警不直接等缺陷,已迅速成为新的主流防盗系统。对汽车进行24 h即时无限距离监控,实现不限时间、地点的全球远程遥控与监控,使人、车相处“形影
14、不离”,实时、清晰、明了的语音传送监控与报警信息,完全抛开人车分离时的担忧,具有传统的车辆防盗防劫方案所无法比拟的优势。伴随着居民生活水平的提高,私家车数量将越来越多,本系统将得到更广泛地应用。 参考文献 李俊强,和军平,孔祥兵.GPS校频系统的优化带宽设计J.电子测量与仪器学报,2009,23(1):32-36. 涂刚毅,金世俊,祝雪芬,等.基于改进粒子滤波算法的GPS非高斯伪距误差修正J.电子测量与仪器学报,2009,23(6):24-28. 3王尔申,张淑芳,胡青.基于MCMC粒子滤波的GPS接收机自主完好性监测算法研究J.仪器仪表学报,2009,30(10):2208-2212. 4侯
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