基于單片機(jī)的汽車防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
摘要：針對汽車防盜及定位需求的日益增長，基于單片機(jī)微處理器、GPS、GPRS等技術(shù)，采用模塊化的設(shè)計方案設(shè)計了汽車防盜報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了實時定位、短信報警的功能，即系統(tǒng)采集到車輛被盜信息后，啟動GPS定位模塊，接收車輛位置信息(緯度、經(jīng)度等)，單片機(jī)對該定位數(shù)據(jù)分析與處理后，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)以短信形式發(fā)送至車主手機(jī)。通過軟硬件調(diào)試，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，該系統(tǒng)實時性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高，車輛報警響應(yīng)時間為秒級延時，定位誤差在經(jīng)緯度0.6度以內(nèi)。
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車已經(jīng)開始進(jìn)入千家萬戶。與此同時，汽車失竊事件也在逐日增加。汽車的失竊對于車主而言是一種巨大的損失。因此，汽車防盜系統(tǒng)和汽車定位系統(tǒng)擁有了巨大的市場需求。
當(dāng)前市場上部分車輛防盜系統(tǒng)存在的功能單一，體積大，能耗高等缺點(diǎn)，使得車輛仍然存在一定安全隱患。因此，如何對現(xiàn)有汽車防盜報警裝置進(jìn)行改進(jìn)，使其能更好地實現(xiàn)報警功能，保護(hù)人民的私有財產(chǎn)，引起了眾多學(xué)者與電子產(chǎn)品廠商的關(guān)注。因此，文中基于單片機(jī)，利用GPS/GPRS技術(shù)設(shè)計了汽車防盜報警系統(tǒng)，實現(xiàn)了汽車定位功能的可靠性及報警功能的實時性。
1 總體設(shè)計
汽車防盜報警系統(tǒng)功能復(fù)雜，采用模塊化的設(shè)計方案，主要由4個部分組成，如圖1所示。防盜信息采集模塊采集到報警信號時，GPS定位模塊將立即啟動，并開始接收定位信號(緯度，經(jīng)度，高度等等)，同時，核心微處理器通過多種通訊方式連接各模塊，控制其協(xié)同工作，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，啟動GPRS防盜報警模塊將定位數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送至車主手機(jī)。
2 模塊設(shè)計
2.1 防盜信息采集模塊
本系統(tǒng)中選用紅外對管傳感器電路采集防盜信息，用于監(jiān)測當(dāng)汽車停放無人看管時，是否有人非法入侵。該傳感器電路由紅外發(fā)射與接收對管組成，可及時向微處理器發(fā)送準(zhǔn)確的監(jiān)測信號，使用簡單，易于觀察，靈敏度高。防盜信息采集模塊不是本系統(tǒng)核心功能模塊，在系統(tǒng)實現(xiàn)過程中僅用于模擬汽車是否被盜情景。
2.2 核心處理器模塊
采用GPS/GPRS技術(shù)的汽車防盜報警系統(tǒng)功能復(fù)雜，為了保證系統(tǒng)的實用性和可擴(kuò)展性，需要選用高性能的核心處理器協(xié)調(diào)各模塊的工作，為了實現(xiàn)系統(tǒng)的體積小、集成度高、可靠性好等性能，設(shè)計中將采用高性價比的8位51系列單片機(jī)作為核心處理器。
2.3 GPS定位模塊
1)硬件部分
GPS全球定位系統(tǒng)作為迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在實際生活中被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今信息時代發(fā)展中的重要組成部分。GPS系統(tǒng)由空間衛(wèi)星、地面支撐系統(tǒng)、用戶設(shè)備三個部分組成，其定位的基本原理參考文獻(xiàn)。用戶在使用GPS實現(xiàn)定位功能時只需設(shè)計用戶設(shè)備部分，即圖1中的GPS定位模塊，該部分用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號。
汽車定位選用GT-2525 GPS芯片。GT-2525 GPS具有12個獨(dú)立的采用異步串行通信方式的接收通道，可以提供經(jīng)度、緯度、速度、高度、世界協(xié)調(diào)時間、頻率和GPS衛(wèi)星軌道信息，具有低壓供電，靈敏度高，精度高，可信度高，使用簡單等特點(diǎn)。此外，為提高系統(tǒng)功能的可升級性，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)盡量減少占用核心處理器管腳資源，因此，本模塊設(shè)計方案為：GT-2525 GPS接收到車輛位置信息后，利用8250芯片進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，并通過8255并行接口芯片實現(xiàn)與單片機(jī)的連接，單片機(jī)對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理后顯示于OCMJ2X8(128X32)LCD上，其中，LCD顯示并非系統(tǒng)功能模塊，主要用于GPS定位模塊調(diào)試。GPS定位模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2)軟件部分
GPS定位模塊軟件部分設(shè)計流程如圖2所示，各部分具體設(shè)計詳述如下。
①8250芯片初始化：設(shè)置8250傳輸線控制寄存器實現(xiàn)尋址除數(shù)鎖存器;根據(jù)8250外部時鐘頻率1.843 2 MHz，波特率4800 BPS設(shè)置除數(shù)鎖存器值;設(shè)置傳輸線控制寄存器實現(xiàn)字符數(shù)據(jù)格式為：8位數(shù)據(jù)位，2位停止位，無校驗位。
②8255芯片初始化：通過寫方式選擇控制字，設(shè)置PA口為輸出，實現(xiàn)PA口對LCD模塊：DB0～DB7進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入，同時置PC口為高4位輸入，低4位輸出，實現(xiàn)LCD模塊的BUSY口及REQ口的控制。
③設(shè)置GPS輸出格式：
GT-2525 GPS采用的是NMEA-0183協(xié)議，該協(xié)議格式要求嚴(yán)格?；綨MEA命令指令是一個ASCII字符串.以‘$’字符開始，以
④接收GPS模塊定位數(shù)據(jù)存儲于片外RAM
單片機(jī)在對GPS模塊發(fā)送輸出格式的設(shè)置命令后，單片機(jī)將首先接收到該命令的回顯，即單片機(jī)先接收到$PFST，NMEA，2000
NMEA標(biāo)準(zhǔn)消息以“GP”開始，接著是3個字符的消息標(biāo)識碼。消息頭和消息內(nèi)容通過逗號進(jìn)行分隔，消息以校檢碼結(jié)束(校檢碼由一個‘*’和兩個16位的校驗碼組成。校驗碼計算方法為：自“$”符后開始，到“*”符以前，第一個字與第二個字進(jìn)行異或后的結(jié)果，再與第三個字進(jìn)行異或運(yùn)算，如此循環(huán)后得到的結(jié)果)。
GPS輸出的$GPGGA格式為$GPGGA，hhmmss.dd，xxmm.dddd，
接收GPS數(shù)據(jù)存儲于片外RAM軟件設(shè)計流程如圖4所示，其中讀8250數(shù)據(jù)存儲于累加器A內(nèi)部小模塊的軟件設(shè)計如圖5所示。其中，接收GPS模塊定位數(shù)據(jù)的設(shè)計思路為：利用比較指令對開始符和“$”進(jìn)行比較，當(dāng)接收的開始信號為“$”時，開始進(jìn)行外部RAM存儲，若接收到的開始信號不為“$”時，則不進(jìn)行存儲，繼續(xù)接收信號。當(dāng)接收到的結(jié)束信號為“0AH”(即換行符)時結(jié)束存儲，若接收到的結(jié)束信號不為“0AH”(即換行符)時，則繼續(xù)接收信號。
⑤從片外RAM中提取經(jīng)度緯度數(shù)據(jù)，顯示于液晶屏等屬于系統(tǒng)附加功能，輔助調(diào)試GPS定位模塊的設(shè)計，因此不在本文贅述。
2.4 GPRS防盜報警模塊
1)硬件設(shè)計
目前采用的報警方式主要有聲，光，電，文字等形式。隨著信息化時代的到來，通過發(fā)送手機(jī)短消息提醒用戶，實現(xiàn)實時報警成為一種高效便捷的方式。因此，本系統(tǒng)選用基于SIM300通訊芯片的GPRS模塊作為系統(tǒng)報警模塊，其優(yōu)點(diǎn)為速度快，可靠性強(qiáng)。GPRS模塊中插入開通被叫數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)務(wù)的用戶識別卡(Subscriber Identity Module，SIM卡)，即可通過SIM300通訊芯片實現(xiàn)語音傳輸和點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸。
GPRS模塊采用標(biāo)準(zhǔn)串口與核心處理器進(jìn)行通訊，其連接電路圖如圖6所示。其中，GPRS模塊的底層設(shè)計可參考文獻(xiàn)。
2)軟件設(shè)計
單片機(jī)可通過AT命令集控制SIM300芯片進(jìn)行短信編寫，并利用SIM卡通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給指定手機(jī)號。其中，短信內(nèi)容為GPS定位數(shù)據(jù)，由單片機(jī)從片外RAM中讀取。系統(tǒng)設(shè)計中主要AT命令如表2所示。該模塊的程序設(shè)計流程圖如圖7所示。
3 系統(tǒng)運(yùn)行
根據(jù)文中上述方案設(shè)計汽車防盜報警硬件電路，編寫程序，進(jìn)行軟硬件調(diào)試。系統(tǒng)運(yùn)行地點(diǎn)為上海海洋大學(xué)(上海滬城環(huán)路999號)，調(diào)試流程為，用手放置于紅外發(fā)射管與接收管中間，模擬汽車被盜情景，經(jīng)過極短的時間延遲后，手機(jī)成功接受到定位報警信息，如圖9所示，同時，GPS定位模塊的輔助調(diào)試LCD模塊上也顯示了汽車定位信息，如圖10所示。此外，查詢百度地圖得到系統(tǒng)運(yùn)行地點(diǎn)經(jīng)度，緯度數(shù)據(jù)如圖11所示。定位誤差在0.6度以內(nèi)。
4 結(jié)論
對系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果與百度地圖查詢結(jié)果進(jìn)行比較可知，本文設(shè)計的汽車防盜報警系統(tǒng)準(zhǔn)確性高，及時性強(qiáng)。文中采用的是簡易紅外傳感器電路模擬汽車盜竊情景，因此，進(jìn)一步的研究工作可圍繞如何優(yōu)化盜竊信息采集模塊的設(shè)計進(jìn)行開展，完善整個系統(tǒng)的設(shè)計，提高其實用性。
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