GPS/GSM的汽車(chē)防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：采用GPS／GSM技術(shù)開(kāi)發(fā)汽車(chē)防盜系統(tǒng)。系統(tǒng)利用GPS定位技術(shù)獲得車(chē)輛的位置，判斷車(chē)輛是否移動(dòng)，并可通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，將車(chē)輛位置信息發(fā)送給用戶(hù)。用戶(hù)可以通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)對(duì)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(guò)單片機(jī)完成的，其接收GPS數(shù)據(jù)和來(lái)自用戶(hù)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?xún)?nèi)，能夠在車(chē)輛被盜后及時(shí)通知用戶(hù)，經(jīng)過(guò)擴(kuò)展能夠增加更多的功能。

O 引言
??? 隨著汽車(chē)等交通工具的普及，無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)和全球衛(wèi)星定位(GPS)技術(shù)逐步開(kāi)始應(yīng)用到車(chē)輛監(jiān)控等領(lǐng)域。不論是對(duì)警車(chē)、運(yùn)鈔車(chē)等特種車(chē)輛的監(jiān)控還是對(duì)普通轎車(chē)的防盜監(jiān)控，無(wú)線(xiàn)通信和GPS技術(shù)都發(fā)揮著重要的作用。目前，移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信方式主要有：a．集群移動(dòng)通信方式；b．DSRC(專(zhuān)用短程)通信方式；c．GSM(全球移動(dòng)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(chē)輛的位置、速度、行駛方向以及其他狀態(tài)信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路傳送到車(chē)主手持終端或監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的監(jiān)控。
在GSM系統(tǒng)所提供的業(yè)務(wù)中，話(huà)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要通過(guò)撥號(hào)建立連接，一旦建立連接后即開(kāi)始計(jì)費(fèi)。而GSM短消息業(yè)務(wù)不需要建立撥號(hào)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(hù)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(gè)字節(jié)即可，這個(gè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，以廉價(jià)的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程可移動(dòng)目標(biāo)的定位，比較適合用于汽車(chē)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(jì)車(chē)載防盜監(jiān)控終端。

1 車(chē)載終端硬件設(shè)計(jì)
??? 車(chē)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(duì)GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)用戶(hù)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(chǔ)器和768字節(jié)的RAM，支持在線(xiàn)編程和調(diào)試。該單片機(jī)內(nèi)部?jī)H有一個(gè)通用異步串口。為了能夠同時(shí)與GPS以及GSM模塊通信，單片機(jī)需要兩個(gè)串口。但如果選擇具有雙串口的單片機(jī)，將會(huì)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(yǔ)言編譯器提供的庫(kù)函數(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)軟件串口。單片機(jī)內(nèi)部的硬件串口通過(guò)17腳和18腳與GSM模塊通信，軟件串口通過(guò)25腳接收GPS信號(hào)。單片機(jī)的2腳作為GSM模塊的啟動(dòng)腳。接口電路如圖2所示。

1．2 GSM模塊
??? GSM模塊負(fù)責(zé)在車(chē)載終端和監(jiān)控用戶(hù)之間傳遞信息。本系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)子工業(yè)GSM模塊TC35i。TC35i模塊是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級(jí)GSM模塊，工作在GSM900和GSMl800雙頻段，可傳輸語(yǔ)音和數(shù)據(jù)信號(hào)。TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過(guò)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(guò)AT命令或關(guān)斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)重啟和故障恢復(fù)。
??? TC35i模塊有40個(gè)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(lèi)。其工作電壓為4．2V，模塊的供電電壓如果低于3．3V會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)。由于模塊在發(fā)射信號(hào)時(shí)，電流峰值可高達(dá)2A。所以該模塊對(duì)電源的要求較高，本系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)型可調(diào)高性能微波電路專(zhuān)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(shí)，其啟動(dòng)腳IGT必須加一個(gè)時(shí)間長(zhǎng)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(xiàn)式GPS接收模塊SIRF star III。該芯片定位精度小于10米，冷開(kāi)機(jī)／暖開(kāi)機(jī)／熱開(kāi)機(jī)的時(shí)間分別達(dá)到42s／38s／8s，最多可以同時(shí)追蹤20個(gè)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T(mén)TL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(xiàn)采用MMCX接口，數(shù)據(jù)線(xiàn)接口為6線(xiàn)接插件，排線(xiàn)輸出，使用時(shí)非常簡(jiǎn)單，只需用到三根輸出線(xiàn)，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(xiàn)，它是TTL電平的串口信號(hào)，高電平大于2．4V，低電平小于0．4V，輸出驅(qū)動(dòng)能力為2mA，可以直接和單片機(jī)接口；第六腳是秒信號(hào)輸出，每秒都會(huì)輸出一個(gè)10ms寬度的0．2V左右的脈沖信號(hào)用于授時(shí)。由于該模塊只向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)而不接收來(lái)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(chē)載終端軟件設(shè)計(jì)
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(jiǎn)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(shí))、運(yùn)動(dòng)方向角、年份、月份、時(shí)、分、秒、毫秒、定位數(shù)據(jù)是有效的還是無(wú)效的等重要信息。語(yǔ)句格式如下：
??? ＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>，*hh
??? <1>：代表UTC當(dāng)?shù)貢r(shí)間。格式為“時(shí)分秒”，時(shí)、分、秒均為兩位。
??? <2>：代表工作狀態(tài)?！癆”表示數(shù)據(jù)可用，“V”表示接收器報(bào)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(duì)地速度，范圍為000．O～999．9節(jié)。
??? <8>：代表對(duì)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(shí)間，格式為“日日月月年年”。
??? <10-12>：一般不使用這三個(gè)數(shù)據(jù)。
??? 每條定位數(shù)據(jù)以“＄”開(kāi)始，以回車(chē)換行結(jié)束。軟件要實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)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(jiǎn)單，容易實(shí)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(guò)GSM模塊傳輸兩類(lèi)信息： 一類(lèi)是接收用戶(hù)的設(shè)置及請(qǐng)求命令，并在處理后給予回復(fù)；另一類(lèi)是當(dāng)單片機(jī)判斷出在布防狀態(tài)下汽車(chē)發(fā)生了移動(dòng)而發(fā)送給用戶(hù)的報(bào)警及位置信息。

??? 用戶(hù)設(shè)置及請(qǐng)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(hù)收到定位短信時(shí)，即可確定車(chē)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(dòng)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(chē)輛位置。

3 結(jié)語(yǔ)
??? 經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)市區(qū)道路環(huán)境下10m精度以?xún)?nèi)的定位，并能根據(jù)用戶(hù)的設(shè)置向用戶(hù)提供報(bào)警定位服務(wù)。系統(tǒng)操作方便，便于安裝。通過(guò)軟硬件的擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)其他一些功能，如可以通過(guò)增加振動(dòng)檢測(cè)電路擴(kuò)展系統(tǒng)的功能，在汽車(chē)被撬或受到撞擊時(shí)向用戶(hù)發(fā)出報(bào)警信息。