基于GPS／GSM的汽車防盜報警系統(tǒng)設(shè)計

摘要：采用GPS／GSM技術(shù)開發(fā)汽車防盜系統(tǒng)。系統(tǒng)利用GPS定位技術(shù)獲得車輛的位置，判斷車輛是否移動，并可通過GSM網(wǎng)絡(luò)，將車輛位置信息發(fā)送給用戶。用戶可以通過GSM網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置。系統(tǒng)內(nèi)部的控制是通過單片機(jī)完成的，其接收GPS數(shù)據(jù)和來自用戶的命令，在分析后給出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)的定位精度在10米以內(nèi)，能夠在車輛被盜后及時通知用戶，經(jīng)過擴(kuò)展能夠增加更多的功能。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；全球移動通訊系統(tǒng)；全球定位系統(tǒng)；TC35i

O 引言
    隨著汽車等交通工具的普及，無線通信技術(shù)和全球衛(wèi)星定位(GPS)技術(shù)逐步開始應(yīng)用到車輛監(jiān)控等領(lǐng)域。不論是對警車、運(yùn)鈔車等特種車輛的監(jiān)控還是對普通轎車的防盜監(jiān)控，無線通信和GPS技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用。目前，移動無線通信方式主要有：a．集群移動通信方式；b．DSRC(專用短程)通信方式；c．GSM(全球移動通訊系統(tǒng))方式。其中，GSM方式數(shù)據(jù)范圍大，數(shù)據(jù)保密性好，使用方便，成本低。結(jié)合GPS系統(tǒng)，GSM系統(tǒng)可以將車輛的位置、速度、行駛方向以及其他狀態(tài)信息通過無線通信鏈路傳送到車主手持終端或監(jiān)控中心，實現(xiàn)對車輛的監(jiān)控。
在GSM系統(tǒng)所提供的業(yè)務(wù)中，話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要通過撥號建立連接，一旦建立連接后即開始計費(fèi)。而GSM短消息業(yè)務(wù)不需要建立撥號連接，只需要把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短消息中心，再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)用戶終端。短消息業(yè)務(wù)是按發(fā)送的短信條數(shù)收費(fèi)，只要短消息每次限制在140個字節(jié)即可，這個數(shù)據(jù)長度足夠傳送GPS定位信息?？梢钥闯?，利用GSM短消息業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送能夠充分利用覆蓋范圍廣闊的移動通信網(wǎng)絡(luò)，以廉價的方式實現(xiàn)遠(yuǎn)程可移動目標(biāo)的定位，比較適合用于汽車的防盜監(jiān)控。本文采用PIC18F2450單片機(jī)、SIRF第三GPS接收模塊和GSM模塊TC35i設(shè)計車載防盜監(jiān)控終端。

1 車載終端硬件設(shè)計
    車載終端主要由四部分組成，即GSM模塊、GPS接收機(jī)模塊、單片機(jī)控制電路和電源電路。GPS模塊負(fù)責(zé)接收定位數(shù)據(jù)；GSM模塊在單片機(jī)的控制下收發(fā)短信；單片機(jī)控制電路對GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)用戶的設(shè)置做出相應(yīng)的處理。電源電路由7805為單片機(jī)、GPS模塊提供+5V直流電壓，LM2941CS再將+5V直流電壓穩(wěn)壓為+4．2V提供給GSM模塊使用。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。

1．1 單片機(jī)控制電路
    系統(tǒng)選用Microchip公司的PICl8F2450作為MCU。該芯片為采用納瓦技術(shù)的28腳高性能單片機(jī)，具有高可靠性、低成本、低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn)。其內(nèi)部有16k字節(jié)的Flash程序存儲器和768字節(jié)的RAM，支持在線編程和調(diào)試。該單片機(jī)內(nèi)部僅有一個通用異步串口。為了能夠同時與GPS以及GSM模塊通信，單片機(jī)需要兩個串口。但如果選擇具有雙串口的單片機(jī)，將會增加成本，所以本系統(tǒng)利用PICl8F2450普通I／O口和該系列單片機(jī)的C語言編譯器提供的庫函數(shù)設(shè)計了一個軟件串口。單片機(jī)內(nèi)部的硬件串口通過17腳和18腳與GSM模塊通信，軟件串口通過25腳接收GPS信號。單片機(jī)的2腳作為GSM模塊的啟動腳。接口電路如圖2所示。

1．2 GSM模塊
    GSM模塊負(fù)責(zé)在車載終端和監(jiān)控用戶之間傳遞信息。本系統(tǒng)采用德國西門子工業(yè)GSM模塊TC35i。TC35i模塊是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊，工作在GSM900和GSMl800雙頻段，可傳輸語音和數(shù)據(jù)信號。TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，它支持Text和PDU格式的SMS(短消息)，并可通過AT命令或關(guān)斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。
    TC35i模塊有40個引腳，分為電源、數(shù)據(jù)輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制等5類。其工作電壓為4．2V，模塊的供電電壓如果低于3．3V會自動關(guān)機(jī)。由于模塊在發(fā)射信號時，電流峰值可高達(dá)2A。所以該模塊對電源的要求較高，本系統(tǒng)采用開關(guān)型可調(diào)高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片LM2941CS，它能夠提供大電流穩(wěn)定的電壓輸出。使用TC35i模塊時，其啟動腳IGT必須加一個時間長于100ms的低電平才可以使TC35i掛入工作狀態(tài)。TC35i模塊的數(shù)據(jù)輸入／輸出接口符合ITU-T RS232接口標(biāo)準(zhǔn)，支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集。
    GSM模塊與MCU的接口電路如圖3所示。

1．3 GPS模塊
    本系統(tǒng)采用的GPS模塊為SIRF第三代高靈敏度引線式GPS接收模塊SIRF star III。該芯片定位精度小于10米，冷開機(jī)／暖開機(jī)／熱開機(jī)的時間分別達(dá)到42s／38s／8s，最多可以同時追蹤20個衛(wèi)星信道。其內(nèi)部有可充電電池，可以保存星歷數(shù)據(jù)，便于快速定位。串口數(shù)據(jù)格式為TTL電平數(shù)據(jù)輸出，通訊速率為4800通訊波特率，每秒輸出一次GPS全數(shù)據(jù)。該模塊GPS天線采用MMCX接口，數(shù)據(jù)線接口為6線接插件，排線輸出，使用時非常簡單，只需用到三根輸出線，第一腳接3．5～5．5V的直流正電源，第五腳是電源地，第二腳是GPS的輸出線，它是TTL電平的串口信號，高電平大于2．4V，低電平小于0．4V，輸出驅(qū)動能力為2mA，可以直接和單片機(jī)接口；第六腳是秒信號輸出，每秒都會輸出一個10ms寬度的0．2V左右的脈沖信號用于授時。由于該模塊只向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)而不接收來自數(shù)據(jù)，所以本系統(tǒng)中單片機(jī)采用軟件串口與其通信，MMCX接口的第二腳接單片機(jī)的25腳即可。

2 車載終端軟件設(shè)計
2．1 GPS定位數(shù)據(jù)的接收
    默認(rèn)情況下，GPS接收模塊SIRF star III每秒輸出一次定位數(shù)據(jù)，通常采用＄GPRMC精簡數(shù)據(jù)格式，該數(shù)據(jù)包含了目標(biāo)的經(jīng)度、緯度、速度(海里／小時)、運(yùn)動方向角、年份、月份、時、分、秒、毫秒、定位數(shù)據(jù)是有效的還是無效的等重要信息。語句格式如下：
    ＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>，*hh<CR><LF>
    <1>：代表UTC當(dāng)?shù)貢r間。格式為“時分秒”，時、分、秒均為兩位。
    <2>：代表工作狀態(tài)。“A”表示數(shù)據(jù)可用，“V”表示接收器報警，數(shù)據(jù)不可用。
    <3>：代表緯度數(shù)據(jù)。格式為“度度分分．分分分分”。
    <4>：代表緯度半球，為“N”或“S”。
    <5>：代表經(jīng)度數(shù)據(jù)。格式為“度度分分．分分分分”。
    <6>：代表經(jīng)度半球，為“E”或“W”。
    <7>：代表對地速度，范圍為000．O～999．9節(jié)。
    <8>：代表對地航向，范圍為000．0度～359．9度，正北方為0度，東方為90度，南方為180度，西方為270度。
    <9>：代表UTC當(dāng)?shù)貢r間，格式為“日日月月年年”。
    <10-12>：一般不使用這三個數(shù)據(jù)。
    每條定位數(shù)據(jù)以“＄”開始，以回車換行結(jié)束。軟件要實現(xiàn)對GPS數(shù)據(jù)的接收和分析兩部分功能，其流程圖如圖4所示。

2．2 GSM模塊的控制及短消息處理
    單片機(jī)可以發(fā)送AT于旨令來控制GSM模塊TC35i，發(fā)送短信常用Text和PDU模式，使用Text模式收發(fā)短信代碼簡單，容易實現(xiàn)，但缺點(diǎn)是不支持中文短信；而PUD模式不僅支持中文模式，也能發(fā)送英文短信。
    單片機(jī)主要通過GSM模塊傳輸兩類信息： 一類是接收用戶的設(shè)置及請求命令，并在處理后給予回復(fù)；另一類是當(dāng)單片機(jī)判斷出在布防狀態(tài)下汽車發(fā)生了移動而發(fā)送給用戶的報警及位置信息。
    用戶設(shè)置及請求信息的格式如表1所示。

    單片機(jī)主程序流程圖如圖5所示。

    當(dāng)用戶收到定位短信時，即可確定車輛位置。采用S60和PPC的手機(jī)都支持谷歌手機(jī)地圖，如NOKIA N82，啟動谷歌地圖，選擇網(wǎng)絡(luò)連接方式WAP，輸入接收到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，即可在地圖上定位車輛位置。

3 結(jié)語
    經(jīng)測試，本系統(tǒng)可實現(xiàn)市區(qū)道路環(huán)境下10m精度以內(nèi)的定位，并能根據(jù)用戶的設(shè)置向用戶提供報警定位服務(wù)。系統(tǒng)操作方便，便于安裝。通過軟硬件的擴(kuò)展，可以實現(xiàn)其他一些功能，如可以通過增加振動檢測電路擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，在汽車被撬或受到撞擊時向用戶發(fā)出報警信息。