采用ARM7網(wǎng)絡(luò)型汽車防盜系統(tǒng)的設(shè)計方案

概述：對流行的各類常規(guī)防盜裝置的不足進行了分析，研究并成功試制了一種新型嵌入式汽車防盜系統(tǒng)。系統(tǒng)基于ARM的S3C44B0X微處理器進行開發(fā)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可擴展性，利用GPRS的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢達到遠程控制的目的, 且具備汽車報警系統(tǒng)現(xiàn)有的其他功能, 可靠地實現(xiàn)防盜控制功能。 

引言

    隨著人們生活水平的提高,汽車已逐步進入家庭, 但日益猖獗的汽車盜竊案件也呈上升趨勢，如何有效防止汽車被盜是車主們最關(guān)心的問題。近年來，科學技術(shù)飛速發(fā)展，結(jié)合各種新技術(shù)的新型汽車防盜裝備相繼出現(xiàn)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展, 無線遠程通信技術(shù)也被應(yīng)用于汽車領(lǐng)域中。基于S3C44B0X網(wǎng)絡(luò)型汽車防盜控制系統(tǒng)是采用ARM 7微處理器構(gòu)造的嵌入式系統(tǒng)，結(jié)合了傳統(tǒng)防盜技術(shù)和新型的GPRS無線通信技術(shù)，實現(xiàn)已有防盜器現(xiàn)有各種功能的基礎(chǔ)上,開發(fā)了遠程控制功能，提高了防盜系統(tǒng)的安全性、靈活性和可靠性。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1．1 系統(tǒng)特點和功能

    在對各類汽車防盜系統(tǒng)的特點進行分析后，設(shè)計了基于S3C44B0X網(wǎng)絡(luò)型汽車防盜控制系統(tǒng)，它充分利用基于GSM網(wǎng)絡(luò)的GPRS無線通信技術(shù)的優(yōu)勢：無處不在、接入迅速、永遠在線、流量計費等特點。同時也利用了ARM7微處理器的優(yōu)點：32位核、高性能、低成本、功耗低的RISC微處理器，有眾多的合作開發(fā)伙伴。由于防盜系統(tǒng)的功能越來越復(fù)雜，為了便于系統(tǒng)程序的有效開發(fā)和系統(tǒng)功能的擴展，在此采用嵌入式系統(tǒng)進行開發(fā)，提高了系統(tǒng)的靈活性、安全性和可靠性。系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能有如下幾個方面：

（1）基于GSM全球聯(lián)網(wǎng)功能 利用GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)全國范圍內(nèi)防盜報警功能。

（2）智能遙控或采用手機實現(xiàn)上鎖、解鎖功能，方便、快捷的進入防盜狀態(tài)和解除防盜狀態(tài)。  

（3）一旦警情發(fā)生均可在很短時間內(nèi)發(fā)送信息到您的手機，實現(xiàn)無聲自動報警，達到“我知賊不知”的獨特效果。

（4）車輛被搶或被盜時，用手機向汽車防盜器發(fā)送控制短信息，實現(xiàn)斷電或斷油，強制汽車停車。

（5）防盜設(shè)定后，不經(jīng)車主允許，強行打開車門、后備廂、引擎蓋，或車輛被振動，均在可報警和發(fā)送短信息到車主的手機上。 

（6）微電腦斷電斷油功能，進入防盜狀態(tài)，通過微電腦控制自動斷電斷油，車輛無法啟動。

（7）進入防盜狀態(tài)后，即使盜賊切斷電源，可照常報警，并且每間隔1分鐘報警一次，即發(fā)送信息到手機上。

 1．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

    系統(tǒng)硬件主要由兩個部分組成：一是采用S3C44B0X微處理器構(gòu)建一個嵌入式系統(tǒng)平臺，外帶GPRS模塊，用作汽車防盜的主控板；另一部分是汽車電路信號接口板，主要用于獲取汽車的狀態(tài)信號和向汽車發(fā)送控制信號。圖1是系統(tǒng)的硬件框圖。

    CPU采用SAMSUNG公司的ARM7系列芯片S3C44B0X。S3C44B0X有出色的內(nèi)核性能，豐富的外部接口和低功耗。系統(tǒng)時鐘66MHz，支持LCD，具有8個內(nèi)存BANK，最大內(nèi)存能擴展到256M，并方便連接各種類型的內(nèi)存；能運行不帶MMU管理的操作系統(tǒng)，能高效、方便的實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制；在系統(tǒng)中我們用到2種內(nèi)存，一種SDRAM，一種FLASH；

圖1 系統(tǒng)硬件原理框圖

    SDRAM動態(tài)存儲器，運行速度快，但掉電后不能保存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)主要是用來運行操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序和各類數(shù)據(jù)的緩存，SDAM類型很多，有各種廠家的產(chǎn)品，性能差別不是太大，主要考慮內(nèi)存的容量，我們選用一種較通用芯片，hynix公司的HY57V641620HC，它是1M×l6bit×4bank的同步DRAM。

    FLASH內(nèi)存較SDRAM運行速度慢，但掉電后能保存數(shù)據(jù)。FLASH有NAND和NOR兩種類型，NOR的特點是芯片內(nèi)執(zhí)行，這樣應(yīng)用程序可以直接在flash閃存內(nèi)運行，不必再把代碼讀到系統(tǒng)RAM中。NOR的傳輸效率很高，在1～4MB的小容量時具有很高的成本效益，但是較慢的寫入和擦除速度大大影響了它的性能。NAND結(jié)構(gòu)能提供極高的單元密度，可以達到高存儲密度，并且寫入和擦除的速度也很快。應(yīng)用NAND的困難在于flash的管理和需要特殊的系統(tǒng)接口。在系統(tǒng)中也選用一種通用的FALSH（SST39LV160）,容量為2MB, 主要用于固化啟動代碼和控制應(yīng)用程序，并保存一些系統(tǒng)數(shù)據(jù)和車主手機號碼。

    與手機的通信，使用SIMCOM 有限公司提供的SIM100 GSM/GPRS 模塊，該模塊具有標準AT 命令接口，可以提供GSM 語音、短信和GPRS 上網(wǎng)等業(yè)務(wù)。在系統(tǒng)中采用短信的方式實現(xiàn)遠程無線防盜控制。

    在系統(tǒng)中還增加了LCD和鍵盤，LCD采用1602，可以顯示2行字符，每行16個字母，主要用于顯示一些提示和狀態(tài)信息，鍵盤用于設(shè)置車主手機號碼。

    主控板上增加了與汽車控制檢測板的接口，通過檢測接口，主控板能獲取汽車的當前狀態(tài)，如車門的開、關(guān)狀態(tài)，腳剎和手剎狀態(tài)，汽車是否啟動等，根據(jù)這些狀態(tài)，便于控制器對汽車實施相應(yīng)的控制。主控板通過控制接口對汽車實施相應(yīng)的控制，主要是汽車雙蹦燈、報警喇叭和斷火的控制。

1．3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

    汽車防盜的軟件系統(tǒng)可分為兩個部分：一部分是設(shè)防狀態(tài)的處理；另一部分是沒有設(shè)防狀態(tài)的處理。

    在設(shè)防狀態(tài)下，汽車被偷或被破壞時，報警器會聲光報警，并向車主手機發(fā)送報警短信，車主根據(jù)信息進行真假判斷：若是真警，可報警，并可同時控制汽車斷火；若是假警，則可通過手機撤消報警，并使汽車再次處于防盜監(jiān)控狀態(tài)。設(shè)防狀態(tài)又分為有聲防盜和無聲防盜，在有聲防盜下，若被盜，則聲光同時報警；在無聲防盜下，若被盜，則只有燈光報警，沒有聲音報警，在兩種情況下，均會向車主手機發(fā)送被盜短信息。

    在不設(shè)防狀態(tài)下，不會報警，僅僅在一些違規(guī)操作時，通過聲光對車主進行危險提示，如汽車啟動時，車門沒關(guān)好等。系統(tǒng)軟件的整體流程如圖2。

圖2 系統(tǒng)軟件的整體流程

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

   系統(tǒng)采用的關(guān)鍵的技術(shù)主要有兩個，一個是GPRS遠程無線數(shù)據(jù)傳輸，另一個是FLASH存儲器的讀寫。

3．1 GPRS數(shù)據(jù)傳輸流程

   GPRS遠程無線數(shù)據(jù)傳輸主要是通過串口完成對SIM100 GSM/GPRS進行短信的收發(fā)操作。當有短信到來時，SIM100 GSM/GPRS將發(fā)送“+CMTI: "SM", N”給ARM的串口，其中N為短信編號。如第五條，則N為5，串口收到短信后，處理函數(shù)先根據(jù)“+CMTI: "SM", 5”的內(nèi)容解析出收到的短信的ID為5，打包成“AT+CMGR=5”的命令發(fā)給GPRS模塊，約1~2秒之后該模塊會返回一個確認數(shù)據(jù)“AT+CMGR=5”，再過一段時間，該模塊才返回ID號為5的短信，其內(nèi)容為：“+CMGR:"RECREAD","+8613978319414","04/07/22,10:54:23+00" #13#10dX# 13#10#13#10 OK”。為了確?？刂频暮戏ㄐ?，程序先對發(fā)送過來的短信號碼進行合法性檢查，只有與設(shè)定的手機號碼相符合的短信的內(nèi)容才作為控制命令處理，而對于其他的短信，都給予屏蔽掉，阻止錯誤操作。

    若通過GPRS模塊發(fā)送短信，ARM系統(tǒng)先向GPRS模塊發(fā)送控制命令“AT+CMGS=XXXX” ，GPRS模塊收到命令后返回“AT+CMGS=XXXX#13#10>”信息，等待輸入要發(fā)送的短信內(nèi)容。如若發(fā)送內(nèi)容為“Your Car Has Stolen!”，系統(tǒng)程序先將此內(nèi)容通過串口發(fā)給GPRS模塊，之后再發(fā)確認命令“ctl+z”，表示數(shù)據(jù)發(fā)送完畢。GPRS模塊收到短信數(shù)據(jù)和確認命令后，馬上向ARM系統(tǒng)返回“AT+CMGS=XXXX#13#10>#13#10 Your Car Has Stolen!#13#10”信息，表示系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)和命令已經(jīng)被GPRS模塊接收到。然后GPRS模塊將短信數(shù)據(jù)發(fā)送給車主手機，大約5秒之后 GPRS模塊給系統(tǒng)返回是否發(fā)送成功的回饋信息，如果返回“#13#10+CMGS：19#13#10#13#10 OK#13#10”表示成功發(fā)送，結(jié)束。如果返回“ERROR”表示發(fā)送失敗，則在下次輪循中系統(tǒng)會繼續(xù)發(fā)送同樣內(nèi)容的短信，直到發(fā)送成功為止。

3．2 FLASH的讀寫技術(shù)

    由于不同廠商的FLASH存儲器在結(jié)構(gòu)和讀寫操作是有區(qū)別的，所以FLASH存儲器的燒寫、擦除程序一般不具有通用性。系統(tǒng)所用的FLASH是SST39LV160，可以對任一扇區(qū)進行讀、寫或擦除操作，而不影響其他部分的數(shù)據(jù)。對FLASH的編程指令只能使二進制位由‘1’變?yōu)椤?’，而擦除命令可使‘0’變?yōu)椤?’，因此正確的操作順序必須是先擦除，后編程，否則就會導致FLASH存儲器復(fù)位，致使操作命令無法完成。當FLASH存儲器被擦除后，讀出的內(nèi)容全是0XFF。

    對SST39LV160進行燒寫操作需要遵循幾個固定的步驟。每個步驟是首先向FLASH 存儲器的特定寄存器寫入地址和數(shù)據(jù)命令，然后由其內(nèi)部的編程或擦除算法自動完成編程或擦除操作。如擦除操作，第一步程序向地址1（0X5555）寫數(shù)據(jù)1（0XAAAA），第二步向地址2（0X2AAA）寫數(shù)據(jù)2（0X5555），第三步再向地址1（0X5555）寫數(shù)據(jù)3（0X8080），這樣完成了擦除扇區(qū)的第一階段，接著的第二階段與第一階段幾乎一樣，只不過最后一次是向地址0X10000寫數(shù)據(jù)0X3030，然后程序再用一個循環(huán)，來檢測該扇區(qū)的內(nèi)容是否變成了0XFF。如果該扇區(qū)的內(nèi)容變成了0XFF，那么說明擦除扇區(qū)的操作已經(jīng)完成，可以進行下一步的操作，寫數(shù)據(jù)到FLASH的指定地址了。寫操作和擦除類似，也是遵循幾個固定的步驟，其具體步驟應(yīng)參考對應(yīng)FLASH芯片的技術(shù)資料。寫操作執(zhí)行后應(yīng)對數(shù)據(jù)進行檢查，如果成功寫入則進行下一字節(jié)的寫入，否則繼續(xù)等待，如果超時，則退出。由于無論是編程或擦除都需要一定的時間，程序應(yīng)根據(jù)其內(nèi)部的操作檢測機制，判斷操作是否完成或操作是否正確，以確定是否執(zhí)行下一步操作。

    在我們的系統(tǒng)中，系統(tǒng)程序利用FLASH第17號扇區(qū)來存放車主的手機號碼，從首地址開始存放。通常對該扇區(qū)的操作程序是：先把該扇區(qū)的所有內(nèi)容讀到SDRAM中（共4K），之后將要寫的電話號碼寫入到17扇區(qū)的首地址后的11個單元中，因為第17號扇區(qū)我們并沒有全部用到，所以可以省去將4K內(nèi)容讀到SDRAM的步驟，只需要直接向17號扇區(qū)的首地址0x10000開始，寫入車主手機號碼就可以了。

4結(jié)論

    系統(tǒng)采用嵌入式開發(fā)技術(shù)，利用S3C44B0X和GPRS通訊模塊開發(fā)了基于手機的汽車防盜系統(tǒng)，該系統(tǒng)能通過車主手機實現(xiàn)對汽車的遠程無線監(jiān)控功能。它充分利用了GPRS網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢,可全天24小時監(jiān)控，成本低，實現(xiàn)完全自我服務(wù)。不論身在何地，通過手機查詢，可具體了解車輛的具體狀況；更能對車輛進行遠程控制，從開關(guān)門鎖、遠程啟動到命令停車。經(jīng)實驗證明，這是一種性能穩(wěn)定, 安全性和性價比較高的產(chǎn)品。系統(tǒng)進一步將實現(xiàn)與全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)和交通地理信息系統(tǒng)(GIS)相結(jié)合，實現(xiàn)一個功能更強的汽車防盜監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

    本文作者的創(chuàng)新點：采用嵌入式開發(fā)技術(shù)，利用S3C44B0X和GPRS通訊模塊開發(fā)了基于手機的汽車防盜系統(tǒng)，該系統(tǒng)能通過車主手機實現(xiàn)對汽車的遠程無線監(jiān)控。