基于GSM網(wǎng)絡(luò)汽車報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，社會(huì)上汽車的數(shù)量大幅度上升。同時(shí)，偷車案例數(shù)量也在逐年大幅增長。事實(shí)上，汽車完全可以通過安裝報(bào)警器使竊賊無機(jī)可乘。然而，早期的車用報(bào)警器功能單一，誤報(bào)率比較高，噪音大，有時(shí)候刮風(fēng)下雨也會(huì)報(bào)警，真正遇到險(xiǎn)情時(shí)卻沒有達(dá)到報(bào)警效果。

目前報(bào)警器種類有很多，主要可分為聲音報(bào)警器，無線報(bào)警器及GPS定位報(bào)警器。常用的聲音報(bào)警器一般通過振動(dòng)傳感器感知被保護(hù)物體(如汽車或保險(xiǎn)箱)的異常振動(dòng)，然后驅(qū)動(dòng)大功率聲音報(bào)警，該報(bào)警方式缺點(diǎn)是報(bào)警距離短、對環(huán)境產(chǎn)生噪音污染、報(bào)警器易被拆卸或遭破壞。而GPS報(bào)警器入網(wǎng)成本高，監(jiān)控范圍小，穩(wěn)定性差。

基于GSM網(wǎng)絡(luò)汽車報(bào)警系統(tǒng)，集GSM網(wǎng)絡(luò)、無線遙控、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)于一身，采用當(dāng)代最新的技術(shù)成果，具有雙向通信、安裝簡單、使用方便、用途廣泛、可靠性高的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各類汽車防盜報(bào)警。

1 系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)組成

本系統(tǒng)的工作原理如下：當(dāng)汽車遭受盜竊時(shí)，由于車身的振動(dòng)被傳感器檢測到，系統(tǒng)微控制器根據(jù)傳感器檢測的信號(hào)，通過系統(tǒng)分析、處理，生成報(bào)警信息;同時(shí)，通過微控器控制GSM模塊撥打用戶電話并發(fā)出短信報(bào)警。工作原理如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件電路主要由以下幾個(gè)部分組成：繼電器模塊、微處理器模塊、無線通信模塊、GSM模塊、電源模塊、傳感器模塊。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 微處理器模塊

系統(tǒng)微處理器模塊采用STC89C52系列單片機(jī)為核心，主要完成系統(tǒng)控制以及信號(hào)處理等功能。該單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，最新的D版本內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路;工作頻率范圍為：O～40 MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80 MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48 MHz;片上集成11280 B/512 B RAM;ISP(在系統(tǒng)可編程)/IAP(在應(yīng)用可編程)，無需專用編程器/仿真器，可通過串口(P3.O，P3.1)直接下載用戶程序，8KB程序3 s即可完成一片，適用于大規(guī)模產(chǎn)品開發(fā)。

2.2 GSM模塊

系統(tǒng)GSM模塊采用SIM300C專用通信模塊，主要負(fù)責(zé)報(bào)警器與用戶之間的短信以及電話通信。該款模塊內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，AT命令控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸非常方便。模塊具有以下特點(diǎn)：

(1)供電電壓：3.4～4.5 V;

(2)編碼方案：CS-1，CS-2，CS-3 and CS-4;

(3)SMS短信支持MT，MO，CB，Text and PDUmode;短信存儲(chǔ)：SIM卡;

(4)支持1.8 V，3 V的SIM卡。

SIM300C以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和信息的高速傳輸，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

2.3 無線模塊

系統(tǒng)采用無線接收模塊3310A用于遙控器與報(bào)警器的短距離數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)對報(bào)警器的啟動(dòng)和停止功能。

3310A接收模塊是一片直接將芯片做在PCB板上具有較高性價(jià)比的超外差接收模塊，具有體積小、免調(diào)試、無外圍、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，芯片內(nèi)含射頻放大器、混頻器、本地振蕩器、中頻放大器、濾波器及限幅比較器，輸出為數(shù)據(jù)電平信號(hào)，可直接至標(biāo)準(zhǔn)解碼器或CPU解碼，頻率為315 MHz及433.92 MHz，適合于ASK方式的發(fā)射模塊及遙控手柄配套。

產(chǎn)品性能與優(yōu)點(diǎn)：

接收頻率：315 MHz，433 MHz(免調(diào)試);工作電壓：2.5～6 VDC(典型5 V);工作電流：2.5 mA/3 V，4.5 mA/5 V;接收靈敏度：-90 dBm(1.8μV);接收方式：ASK;數(shù)據(jù)速率：4.8Kb/s;解調(diào)濾波器帶寬：5 Kb/s;工作溫度：-40～+80℃。其外圍電路如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)工作原理，程序設(shè)計(jì)主要由以下三大模塊組成：啟動(dòng)模塊、控制模塊、監(jiān)控模塊。啟動(dòng)模塊對部件進(jìn)行必要的設(shè)置;控制模塊接收用戶指令，分配工作，進(jìn)行相應(yīng)處理;監(jiān)控模塊，對傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控，被觸發(fā)后發(fā)送短信報(bào)警。

3.1 啟動(dòng)模塊

啟動(dòng)模塊包含兩個(gè)部分：初始化STC89微控制器和初始化SIM300C通信模塊。首先，必須對微控制器的定時(shí)器和中斷、串口、系統(tǒng)變量等進(jìn)行初始化。

微控制器處理速度快，串口速率慢，這對報(bào)警器實(shí)時(shí)監(jiān)控帶來了很大的隱患，微控制器不能一直等待接收完全部數(shù)據(jù)。為了提高實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，通信模塊引入緩存，把不完整的信息暫存在緩存內(nèi)，待信息完整后再進(jìn)行處理。緩存結(jié)構(gòu)加入讀指針和寫指針，對緩存進(jìn)行讀、寫操作，保證了在讀數(shù)據(jù)的同時(shí)，也可以進(jìn)行寫操作，兩指針互不干擾。初始化SIM300C通信模塊通過拉低IGT啟動(dòng)SIM300C，并通過串口發(fā)送AT指令進(jìn)行必要的初始化設(shè)置。表1是初始化 SIM300C使用的AT命令。

根據(jù)AT指令回答的格式“回答”，ACSII碼分別0DH，0AH。短消息的發(fā)送和接收控制模式有三種：Block模式、PDU(Protocol Data unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式和Text模式。使用Block模式需要手機(jī)生產(chǎn)廠家提供驅(qū)動(dòng)支持。目前，PDU模式已取代Block模式，而Text模式不支持中文。因此，為了系統(tǒng)的通用性，兼容中英文短消息的發(fā)送接收，本系統(tǒng)使用PDU模式來處理短消息。為了減少程序的復(fù)雜性，系統(tǒng)不對信息進(jìn)行儲(chǔ)存，因?yàn)槿绻捎眯畔?chǔ)存方式，需對信息讀取，讀取完再刪除信息，過程比較繁瑣。

本系統(tǒng)則是利用信息提示的方法對信息內(nèi)容進(jìn)行讀取的。最后設(shè)置來電顯示，主要為了確認(rèn)用戶的身份，便于用戶啟動(dòng)、關(guān)閉監(jiān)控功能，整個(gè)啟動(dòng)代碼的設(shè)置主要是對后續(xù)的工作做好準(zhǔn)備。

3.2 控制模塊

根據(jù)程序設(shè)計(jì)需求，只需提取被叫號(hào)碼和用戶數(shù)據(jù)(Unicode字符串)，被叫號(hào)碼用來確認(rèn)是否機(jī)主手機(jī)號(hào)碼，當(dāng)不是主手機(jī)號(hào)碼時(shí)不進(jìn)行下一步操作，清空緩存，繼續(xù)監(jiān)控，確認(rèn)后，根據(jù)用戶短消息內(nèi)容不同，做相應(yīng)設(shè)置。

其中“設(shè)置”命令的功能是將報(bào)警器中車主的手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行修改;“修改”命令是將報(bào)警器中的密碼進(jìn)行修改，密碼的作用是防止任何人都可以修改報(bào)警手機(jī)號(hào)碼。發(fā)送相應(yīng)短消息內(nèi)容，完成各種設(shè)置：

(1)“啟動(dòng)”短消息，啟動(dòng)報(bào)警器。

(2)“關(guān)閉”短消息，關(guān)閉報(bào)警器。

(3)“設(shè)置”短消息，替換擁有控制權(quán)的手機(jī)號(hào)碼。

(4)“修改”短消息，修改登陸密碼。

(5)“查詢”短消息，查詢報(bào)警器的工作狀態(tài)。

3.3 檢測模塊

該模塊由高精度振動(dòng)傳感器組成。模塊被觸發(fā)后，發(fā)送一個(gè)低電平信號(hào)到微控制器。

控制器檢測到低電平信號(hào)，發(fā)送短信到機(jī)主手機(jī)報(bào)警。由圖4可以看到發(fā)完信息后，低電平還未跳到高電平時(shí)，又被微控器檢測監(jiān)控設(shè)備為低電平，又重復(fù)發(fā)了一條信息。為解決此問題，發(fā)送報(bào)警信息繼續(xù)檢測監(jiān)控設(shè)備，當(dāng)為高電平時(shí)才跳出，這樣避免了產(chǎn)生信息重發(fā)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

與現(xiàn)有汽車報(bào)警系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)的主要功能和優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面：

(1)由于采用專用高精度可調(diào)震動(dòng)傳感器檢測方式，當(dāng)觸碰汽車產(chǎn)生的震動(dòng)作用產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，傳感器精度可調(diào)，能夠有效地避免現(xiàn)有汽車震動(dòng)報(bào)警器容易產(chǎn)生誤報(bào)警的缺陷。

(2)報(bào)警系統(tǒng)安裝了移動(dòng)通信模塊和采用單片機(jī)智能控制，當(dāng)報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生時(shí)，移動(dòng)通信模塊自動(dòng)撥叫車主移動(dòng)電話或向車主移動(dòng)電話發(fā)送短信息，這樣報(bào)警信號(hào)就可以傳送到移動(dòng)通信服務(wù)覆蓋的任何地方，克服了普通報(bào)警系統(tǒng)信號(hào)傳送距離近的不足。車主接到報(bào)警信號(hào)后可以采取必要措施，如電話報(bào)警，打電話詢問，親自察看等。

(3)與現(xiàn)有報(bào)警器相比，該報(bào)警器可通過使用車主移動(dòng)電話撥叫報(bào)警器SIM卡所包含的移動(dòng)通信電話號(hào)碼，雙方號(hào)碼吻合后自動(dòng)解除報(bào)警。也可以使用遙控器激活或解除報(bào)警。

(4)基于GSM網(wǎng)絡(luò)的報(bào)警系統(tǒng)解決了GPS入網(wǎng)成本高，監(jiān)控范圍小，穩(wěn)定性差以及一般汽車報(bào)警器距離限制等問題。