基于GSM/GPS的汽车防盗系统设计

 针对目前世界范围内汽车盗窃案的上升趋势，各汽车厂家都在不断地改进防盗技术，尤其是随着微电子技术的进步，汽车防盗技术己向着自动化、智能化方向发展。汽车防盗器按其结构和功能大致分为4类：机械式，电子式，芯片式和网络式。其中，机械锁是最传统的防盗装置，一般不单独使用；电子式防盗系统是目前应用最广泛的一种装置；而芯片式数码防盗器和网式防盗系统是汽车防盗系统的发展方向。本文根据汽车防盗系统所涉及基本原理，系统数据信息处理中用的GSM短信息协议，详细介绍了系统的硬件构成，包括系统电源电路、微控制器MSP430F149、GSM无线模块、TC35、GPS接收模块以及外围的检测控制电路。本系统相对与市面上其它类型的防盗报警系统优势在于，可以将部分已经安装在车主汽车上的普通电子式防盗器改装成网络式汽车防盗系统，从而大大降低用户费用投入，提升产品的性价比。

1 防盗系统的工作原理

汽车防盗系统是一个综合运用嵌入式技术、GPs技术㈣、GSM无线通信技术的平台。系统采用移动电话网做为通信媒体．利用GPs定位技术及电子技术、计算机技术等手段，对被监控的车辆进行全方位的监控和跟踪，并把相应的数据信息通过GSM网络传送到监控中心。车载终端检测车辆的状态，如果发现车辆出现异常，向监控中心和用户发出报警信息同时．也接收来自监控中心和用户的命令，并解析命令执行相应操作。该防盗系统主要由车载终端、无线通信网络和监控中心组成。系统的组成原理如图l所示。


2 系统的硬件设计

基于GSM的汽车防盗系统主要由：车载终端(微控制器，GPs模块，GSM模块、传感电路)、传输网络(GSM网络)、监控中心、用户手机组成。在对系统的通信平台、定位技术、功能和性能要求分析的基础上，提出系统的整体设计方案。图2表示了系统的硬件结构框图。

硬件的主要技术指标包括：

1)需要2个UART串口。
2)由于程序较为复杂，需要支持在线仿真。
3)GPS定位时要求定位精度10 m以内。
4)要求单片机处理速度较高。
5)由于整个系统从汽车电瓶取电，要求系统功耗较低。
6)采用信号灯反映系统状态，需要电源指示灯，GSM搜网指示灯和GPS定位指示灯。

2．1 MSP430单片机简介

设计中所选用的控制核心为MSP430F149单片机是TI公司推出的MSP430系列单片机中的一种，该系列单片机具有16位RISC结构，能够达到很高的代码效率，除此之外，MSP430系列单片机还具有以下的显著特点：

1)低电压、低功耗，在稳定的工作在1．8～3．6 V之间，在系统时钟频率较低的情况下，其消耗电流能降低到400 μA以下。

2)强大的处理能力。MSP430系列单片机具有16位RISC结构，简洁的内核指令系统，当工作在8 MHz系统时钟下时，指令周期为125 μs。

3)稳定的工作性能。MSP430单片机中，内置看门狗，同时系统能够在多个时钟源之间切换，保证系统正常工作。

4)丰富的片内资源。MSP430系列内置了丰富的片内资源模块，主要包括看门狗(WDT)、定时器A(Timer A)、定时器B(Timer B)、比较器、串口0、串口1，硬件乘法器、模数转换(ADC)、基本I／O口、基本定时器等。
5)工业级产品。MSP430系列单片机都是工业级产品，具有-40度到+85度的工作温度范围，并具有较强的抗干扰能力。MSP430F149单片机内部结构如图3所示。


2．2 GSM模块TC35

TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Messa ge Service)和传真，TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成，如图4所示。


2．3 GPS接收机

作为GPS用户主要部件的GPS接收机，用来接收处理GPS卫星送来的卫星位置信息。接收机由主机天线、运算单元、输出通道等部分组成。主机的核心是由低噪放大器、信道电路、中央处理器、存储器等组成。在软件的操作下，接收机将卫星信息接收、采集、放大、识别、存储、处理，并输出有用的定位信息、速度信息和时间信。在GPS接收机的二次开发过程中，采用了TARMIN GPS25-LVC接收机。如图5所示为该接收机的原理示意图。


3 各模块电路设计

3．1 系统电源

高品质的电源是硬件性能稳定的基础。稳定的输出电压、较大的输出电流、较小的温度漂移和发热量是衡量电源品质的标准，如何设计系统可靠稳定的电源系统，是整个硬件设计的重点。由于本系统需要采用汽车电瓶供电，要求输入电压为12 V左右，输出电压有3种：TC35需要供电电压3．3～5．5 V，这里我们选择3．5 V；MSP430F149需要供电电压3．3 V；其他器件需要的5 V供电电压；各模块主要消耗电流情况：GPS25LP-LVC输入电流为典型值为140 mA，TC35空闲时输入电流很小，但当有数据传输时峰值电流可达2 A；其他电路功耗较小，大概为几十毫安。图6为系统的电源电路。


3．2 TC35模块接口电路设计

TC35模块主要通过两线(TXD，RXD)与单片机的串口进行连接，从而实现单片机对TC35模块的控制。下图7为TC35模块的接口设计。


3．3 GPS25LP-LVC的电路

GPS25LP-LVC只需通过一个12针的引脚和系统相连，TXD1和RXD1为GPS25LP-LVC的通讯端口，为5 V的逻辑电平，可以直接与MSP430F149的串口0相连；引脚10为GPS25LP-LVC的供电电源，为了保证其工作稳定性，存引脚10与引脚8之间可加一个10MF的保持电容。如图8所示。


3．4 单片机处理电路

单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要是完成与TC35和GPS25LP-LVC模块的通信。MSP430F149与TC35之间采用串口1进行通信，与GPS25LP-LVC采用串口0通信。由于它们都是CMOS／TTL电平，故无须电平转换。具体电路如图9所示。


3．5 汽车防盗报警电路

汽车上装设的点火锁和手控锁并不能有效的防止汽车被偷盗，所以现代很多汽车安装了电子防盗报警器。当发生偷盗情况时，报警喇叭会持续响一段时间，同时关闭汽车发动系统。但是如果用户离汽车较远时，当有人试图进入汽车或其他东两碰撞汽车时，用户并不能听见喇叭的报警音，从而造成一些不明的损失，所以仅仅有喇叭并不能达到防盗的目的。本防盗系统可以将报警器的报警信号转为短消息“您的汽车被人动，快去看看”并发送给用户提醒意，完全实现远程监控汽车的目的。利用检测报警喇叭线的状态判断是否有偷盗情况，如图10所示。


3．6 其它功能电路

1)液晶显示模块

人机接口模块是用户与控制器交互的桥梁，主要由键盘和显示器组成。键盘实现对控制器参数的修改，显示器用来显示系统的各参数以及系统的运行状态。本控制器使用的是内置两片SED1520FOA驱动芯片的CGM-12232点阵式液晶屏。通过液晶屏可以直观地显示出系统当前的运行状态等。

2)键盘接口

本系统设计中，键盘接口采用4X4行列式矩阵键盘接口，采用查询扫描的方式进行工作，行线和列线分别采用4根数据线。键盘有16个键，其中有0-9共10个数字键；一个功能切换键，可以在输入用户手机号码和检测汽车的左前后门右前后门及前盖箱和后盖箱被非正常打开；一个ENTER确定键，一个CANCEL取消键，三个预留键，如图11所示。


4 结论

基于GSM／GPS的嵌入式汽车防盗系统是利用移动通信技术、卫星定位技术对传统防盗器领域的拓展。本文提出的系统方案采用GSM，GPS等新技术，通过设计具有远程监控功能的通讯平台，并为汽车防盗和监控提供了全方位解决方案，为汽车防盗系统的无线网络化发展提供了技术基础。而在原有的车载防盗系统上加装GPS模块，将使该系统既可以保留原有的与车载导航系统的联系，又可以独立于车载导航系统，单独投入市场，大大增加了该系统的实用性，有着广阔的应用前景。