畢業設計畢業論文汽車遠程防盜系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 LPC1768 的外圍電路 圖 23 LPC1768的外圍電路 設計中總共使用了處理器的 3 個通用異步收發器，其中 UART1 的發送和接收接口連接上 SIM900A GPRS 模塊，用于 GPRS 模塊通信； UART2 的發送和接收接口用于外部通信，作用于 GPS 導航定位模塊 ； UART0 的發送和接收接口 連接上 TTL 電平轉換模塊，作用與 RS232 串口，用于程序下載和測試通信串口。 在微處理器的第 4 45 引腳接入了兩個 LED 燈，其中第 44 引腳的 LED1 用于查看 SIM900A GPRS 短信收發模塊是否初始化完成，而第 45 引腳的 LED2 是用于顯示整個 汽車防盜報警 模塊是否上電運行正常。 傳感器的選型 在實際應用中決定采用多路傳感器檢測遇警信息并 通過微處理器進行信息融合，對汽車被盜情況 進行多方面地檢測，從而獲得較為可靠的信息，達到了準確預警的目的，可以提高報警系統的可靠性。 多種傳感器的選擇 主要是針對竊賊的盜竊手段 來 決定 的 ，一般盜竊手段有以下幾 8 種： 竊取車載物件；復制鑰匙或開鎖高手直接將車開走；破壞車體法；整體搬運法 等。竊賊的這些行為會引起車體 傾斜 、 振動 等現象，同時 伴有中心波長 為 9~10m? 的紅外輻射等人體生物信息。所以根據以上信息我 選擇了幾款傳感器用以檢測 這些信息。 （ 1） 微波多普勒傳感器 該傳感器在人或物體靠近時接收器接收的頻率 會 發生變化，當頻率變化至設定值時，可以判斷為有人或物體進入防盜系統的預警范圍 內 。采用 MX1052(HB100)型微波多普勒 傳感器 ， 微波頻，非接觸式，不受熱、 氣流、 濕度、 噪音、 塵埃等影響，抗干擾探測范圍超過 15m。 （ 2） 振動傳感器 該傳感器能夠對車體特殊頻段的振動進行監測，在車體被外力破壞的情況可以產生警報，振動傳感器可采用 ND1 型高靈敏振動位移傳感器。它是一種集振動和位移測量于一身的全方位固態控制器件，對振動有很高的檢測靈敏度，對周圍環境的聲音信號抑制并具有很強的抗干擾能力，其靈敏度 可通過電容 調 節 。 （ 3） 傾角傳感器 傾角傳感器 監測車體相對于初始位置是否出現傾角變化，如果這種角度的變化是以特定頻率出現或達 到設定的閾值，就可以判斷為汽車整體被搬運，實際應用中可采用 DAS20 雙軸傾角傳感器。它是將兩個單軸傾角產品相結合，使用雙軸傾角測量，在性能上比較水銀開關和其他水平傳感器更優越。 （ 4） 熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器只對中心波長為 9~10m? 的紅外線輻射敏感，能夠檢測到人體輻射的紅外信息，可以用作人體入侵車內的監測器件。熱釋電紅外傳感器通過檢測人或動物發射的紅外線而輸出電信號，作用角度為 o110 。可使用 BISS001 型紅外成品組件，作用距離通過菲聶爾透鏡調節。 （ 5） 霍爾開關器件 通過霍爾開關器件可以對汽車的車門、發動機艙及后備箱蓋的非法開啟進行監測。CS1020 霍爾開關電路由反向電壓保護器、電壓調整器、霍爾電壓發生器、差分放大器、施密特觸發器和集電極開路輸出級組成，能將變化的磁信號轉換成數字電壓輸出。 GSM/GPRS 模塊 對無線技術的分析和研究可知，開發 GSM 智能監測模塊的關鍵是 GSM 網絡協議 9 的實現。由于 GSM 功能突出、應用廣泛，目前國內外許多無線通訊公司均推出了自己的工業級 GSM 協議的產品，如 FalCom AZD、 WaveCom WM0 Simense Tc35 以及 Motorola Dl5 等，這些產品都是以 AT 指令集為用戶接口，并且都與 GSM 標準兼容，對應用系統開發人員來說，只需知道 GSM 模塊的型號以及搞清 GSM 模塊與微控制器的接口關系，而 GSM 協議可由 GSM 模塊自動實現。 在開發本系統的通信接口時，采用了 SIMCom提供的 SIM900A GSM/GPRS 短信收發模塊。 SIM900A 是一個專為中國大陸市場設計的 2 頻的 GSM/GPRS 模塊， 是緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用 SMT 封裝的雙頻 GSM/GPRS 模 塊解決方案，采用功能強大的處理器 ARM9216EJS 內核，能滿足低成本、緊湊尺寸的開發要求。使用工業標準界面，使得具備 GSM/GPRS 900/1800MHz 功能的 SIM900A 以小尺寸和低功耗實現語音、 SMS、數據和傳真信息的高速傳輸。 SIM900A 總共有 68 個引腳， 3 種工作模式。模塊的 SIM 卡接口支持 GSM Phase1規范，同時也支持新的 GSM Phase2+規范和 FAST 64 kbps SIM 卡 ， SIM 卡的接口電源由模塊內部的電壓穩壓器提供，正常電壓值為 。 SIM900A 在 使用中具有以下特點： （ 1） 鍵盤和 SPI 顯示接口滿足用戶的靈活應用 ； （ 2）主串口和調試串口可以幫助用戶輕松地進行調試開發 ； （ 3）一路音頻接口，包含一個麥克風輸入和一個受話器輸出 ； （ 4） 可編程的通用輸入輸出接口 ； （ 5） 支持 GPRS multislot class 10/class 8（ 可選 ） 和 GPRS 編碼格式 CS CS CS3和 CS4。 SIM900A 采用單電源供電，在 VBAT 引腳上的電壓輸入為 4V，而電源的供流能力不能小于 2A，所以 在 VBAT 引腳還加了一個旁路電容用來保護模塊 ； 在 RF_ANT 上接了一個天線，將 STATUS 工作狀態指示引腳接入到微控制器中，用來判斷模塊是否開啟。將第 9 引腳的 TXD 和第 10 引腳的 RXD 分別接到微控制器的第 74 引腳的 RXD1 和第 75 引腳的 TXD1 上。在其外圍還接入了一個 SIM 卡座和一個靜電保護裝置 。 其外圍電路如下所示： 10 圖 24 GSM/GPRS模塊外圍電路 GPS 定位 模塊 GPS 模塊就是集成了 RF 射頻芯片、基帶芯片和核心 CPU，并加上相關外圍電路SIM卡插座 靜電保護 11 而組成的一個集成電路。本系統設計時采用的定位模塊是 HOLUX 生產的 M89 芯片 。 M89 芯片 采用的是 SIRF 第三代 技術 ，其定位靈敏度大，在汽車上使用時，只需靠近車窗 就能較好工作，使用方便，定位也很準確。模塊使用 ，默認每秒輸出一次 TTL 的 NMEA0183 信號（定位信息）。其定位的基本原理是根據高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。 此定位模塊在使用中有如下特點： （ 1） 使用 SiRF 第三代低耗電量 （ LP） 高效能晶片，大大降低耗電量 ； （ 2） 晶片內建 1920 次 /頻率硬件，能夠快速定位及追蹤 12 顆衛星的能力 ； （ 3） 超強定位運算程式，在戶外任何環境，皆可提供優越導航效果 。 本模塊共有 30 個引腳，其外圍電路如下所示 ： 圖 25 GPS外圍電路 在第 8引腳上外接了一個 LED，用來顯示模塊的工作狀態；將第 5引腳上的串行收發口接入到微處理器中用來進行數據的收發；在第 17引腳 （ RFIN） 上外接一天線，用來接收信號。 本章小結 本章論述了防盜報警系統硬件部分的主要設計，包括微處理器的外圍電路、傳感 12 器的選用、 GSM/GPRS 通訊模塊的外圍電路和 GPS 導航模塊的外圍電路等。 3 系統的軟件設計 AT 指令 GSM 模塊提供的指令接口符合 和 規范。 中定義的 ATCommand 接口提供了一種移動平臺與數據終端設備之間的通用接口； 對 短 消息作了詳細的規定。 在短消息模塊收到網絡發來的短消息時， 能夠通過串口發送 指示 短消息，數據終端設備可以向 GSM 模塊發送各種 命 令。 與本系統設計時有關的 AT 指令總共 有 8 條，其如表 31 所示。 表 31 部分 AT指令 AT指令 功能 A/ 重復最后一次操作 AT+IPR=rate 用于設置串行接口上的數據傳輸速率（波特率） AT+CSMINS 用于查詢 SIM卡是否插入 SIM卡座 AT+CREG 用于查詢當前 SIM卡是否注冊到網絡 AT+CSQ 查詢當前信號質量 AT+CMGF 設置當前發送短消息的格式 AT+CMGD 刪除短消息 AT+CSCS 選擇 TE字符集，用于適應短信的收發模式 下面是介紹短消息的發送 與 接收案例： （ 1） 設置短消息的波特率 AT+IPR=115200bps 回車 響應 OK；表明模塊已經將串行接口上的數據傳輸速率固定 為 115200bps （ 2） SIM卡狀態信息 AT+CSMINS? 回 車 響應 +CSMINS: n,SIM inserted；其中 n表明是否提示 SIM卡插入或拔出到終端； SIM inserted表明是否已經插入 SIM卡 （ 0 未插入， 1 插入 ） 。 （ 3） 網絡注冊信息 AT+CREG? 回車 13 響應 +CREG: n,stat； 其中 n表明是否顯示網絡注冊未知結果 ； stat表明SIM 卡是否注冊到網絡，只有當其為 1 或者 5 的時候才說明 SIM 卡可以使用 （ 1 注冊的為歸屬網絡， 5 注冊網絡處于漫游中 ） 。 （ 4） 信號質量查詢 AT+CSQ 回車 響應 +CSQ: rssi,ber；其中 rssi就是所要查詢的信號質量。 （ 5） 選擇短消息格式 AT+CMGF=1 回車 響應 OK；表明設置指定短消息的輸入和發送格式為文本模式。 （ 6） 選擇 TE 字符集 AT+CSCS=GSM 回車 響應 OK；表明設置模塊使用的字符集為 GSM（ 7 位 ） 默認字符。 （ 7） 刪除短消息 AT+CMGD=index[,delflag] 回車 響應 OK；其中 index表明刪除的是什么位置的短消息； delflag表明刪除什么類型的短消息 （ 3 刪除所有已讀短消息， 4 刪除所有短消息 ） 。 短消息的編碼方式 目前，接收和發送 SMS 信息主要有三種模式： Block Mode 協議、 基于 AT 命令的 Text Mode 協議、基于 AT 命令的 PDU Mode 協議。 Block Mode 協議產生得比較早，通過終端設備或電腦來控制 SMS，其不能進行文本控制，目前已經基本上不再使用。 Text Mode 協議是純文本方式，可使用不同的字符集。 在 該模式下信息傳送和接收的編碼比較簡單，但國內手機 在 Text 模式下 不支持收發中文漢字字符 的 短消息。 PDU Mode 協議被所有手機支持，可 以使用任何字符集 。 PDU模式下 短消息正文是經過十六進制編碼后被傳送，它 可 以 采用 3 種編碼方式，分別 是 7bit 編碼、 8bit編碼和 UCS2 編碼 ，分別用于發送普通的 ASCII 字符、數據消息和 Unicode 字符 。 按照 協議規定，手機短信息中的漢字編碼均采用 Unicode 碼 。 經研究比較發現，所要提取的短信信息包括手機 號碼、時間和短信內容 。 在 Text模式下時間和日期均為 ASCII 碼，可直接讀取，只需將內容中漢字部分的 Unicode 碼轉換成國標碼；而 在 PDU模式下除漢字編碼轉換外，還需將號碼、時間部分編碼進行 14 兩兩顛倒的轉換，才能得到所需的正確信息 。 故在系統設計中將 GSM 模塊設為 Text模式，更能簡化程序設計 。 GPS 編碼格式及讀取 GPS 定位模塊 只要處于工作狀態就會源源不斷地把接收并計算出的 GPS 導航定位信息通過串口傳送到 微處理器 中。前面的代碼只負責從串口接收數據并將其放置于緩存 中 ，在沒有進一步處理之前緩存中 只 是一長串字節流，這些信息在沒有經過分類提取之前是無法加以利用的。因此， 在使用時 必須通過程序將各個字段的信息從緩存字節流中提取出來，將其轉 換 成有實際意義的，可供高層決策使用的定位 數據 信息。同其他通訊協議類似，對 GPS 進行信息提取 前 必須首先明確其幀結構，然后才能根據其結構 通過程序 完成對各定位信息的提取。 對于本文所使用 的 M89 定位模塊 ，其發送到 微處理器 的數據 信息 主要由幀頭、幀尾和幀內數據組成，根據數據幀的 內容 不同，幀頭也不相同，主要有 $GPGGA、$GPGSA、 $GPGSV以及 $GPRMC等。這些幀頭標識了后續幀內數據的組成結構，各幀均以回車符和換行符作為幀尾標識一幀的結束。 對于通常的情況，我們所關心的定位數據如經緯度、速度、 時間等均可以從$GPGGA 幀中獲取得到， 故在進行設計時采用了此種幀結構， 該幀的結構及各字段釋義如下： $GPGGA,S,E,1,04,M,0000*1F 字段 0： $GPGGA，語句 ID，表明該語句為 Global Positioning System Fix DataGPS定位信息 字段 1： UTC 時間