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[導(dǎo)讀]   汽車防盜器是一種安裝在車上,用來(lái)增加盜車難度,延長(zhǎng)盜車時(shí)間的裝置,是汽車的保護(hù)神。它通過(guò)將防盜裝置與汽車電路配接在一起,從而可以達(dá)到防止車輛被盜、被侵犯、保護(hù)汽車的目的。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和嵌入

  汽車防盜器是一種安裝在車上,用來(lái)增加盜車難度,延長(zhǎng)盜車時(shí)間的裝置,是汽車的保護(hù)神。它通過(guò)將防盜裝置與汽車電路配接在一起,從而可以達(dá)到防止車輛被盜、被侵犯、保護(hù)汽車的目的。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展,汽車防盜系統(tǒng)由傳統(tǒng)的機(jī)械式、電子式防盜裝置向智能化程度更高的網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)發(fā)展。

  IVI(In-Vehicle Infotainment)車載信息娛樂(lè)系統(tǒng),是采用車載專用中央處理器,基于車身總線系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù),形成的車載綜合信息處理系統(tǒng)。IVI能夠?qū)崿F(xiàn)包括三維導(dǎo)航、實(shí)時(shí)路況、故障檢測(cè)、車輛信息、移動(dòng)辦公等一系列應(yīng)用,極大地提升車輛電子化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化水平。

  CAN(Controller Area Network)控制器局域網(wǎng)絡(luò),由德國(guó)BOSCH公司開(kāi)發(fā)并最終成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在諸多汽車總線中,CAN總線有著重要的地位,是汽車電子裝置之間通信的標(biāo)準(zhǔn)總線,在汽車分布式控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,擁有以CAN底層協(xié)議為大型貨車和重工機(jī)械車輛設(shè)計(jì)的J1939協(xié)議。本系統(tǒng)提出一種將汽車防盜功能和信息娛樂(lè)功能集成設(shè)計(jì)的方法,有效地利用汽車現(xiàn)有資源,實(shí)現(xiàn)了車載電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)化。

  與市場(chǎng)上現(xiàn)有系統(tǒng)相比,本系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢(shì):

 ?。?)防盜和信息娛樂(lè)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì),成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、功能強(qiáng)大;

 ?。?)采用網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng),具有運(yùn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn);

 ?。?)系統(tǒng)CAN 總線部分可以與其他車身電子系統(tǒng)相結(jié)合,利于二次開(kāi)發(fā)。

  1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

  1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

  本系統(tǒng)由中央控制單元和CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)兩部分組成。中央控制單元選用ST公司生產(chǎn)的STM32F103X微處理器作為核心,結(jié)合GPRS 無(wú)線通信等技術(shù),實(shí)現(xiàn)汽車定位、遠(yuǎn)程報(bào)警以及信息娛樂(lè)功能。CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括油路節(jié)點(diǎn)、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)以及DCM(Door ControlModule)車門控制模塊節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)車輛狀態(tài)監(jiān)測(cè)與車輛防盜功能。中央控制單元與CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

  

  圖1 系統(tǒng)總體框圖

  1.2 防盜功能的實(shí)現(xiàn)

  本系統(tǒng)的防盜功能設(shè)計(jì)是將DCM 和GPS 定位模塊作為汽車安全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)。系統(tǒng)設(shè)置為防盜模式時(shí),由DCM檢測(cè)汽車是否被非法入侵,GPS定位檢測(cè)汽車是否被非法移動(dòng)。在檢測(cè)到汽車處于不安全狀態(tài)時(shí),首先啟動(dòng)GSM/GPRS通信模塊,通過(guò)中央控制器控制,利用GSM短信息將GPS定位所得汽車位置經(jīng)緯度發(fā)送到車主手機(jī)終端,實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車位置的精確定位;然后啟動(dòng)車后攝像頭拍攝車后圖像,利用GPRS無(wú)線通信技術(shù)將圖像發(fā)送到車主手機(jī)終端,輔助GPS對(duì)汽車位置進(jìn)行定位;中央控制器通過(guò)CAN總線發(fā)送切斷油路和關(guān)閉發(fā)電機(jī)的信號(hào),從而有效地避免汽車被盜的事件發(fā)生。

  1.3 信息娛樂(lè)功能的實(shí)現(xiàn)

  系統(tǒng)設(shè)置為正常模式時(shí),LCD 模塊顯示主菜單界面,通過(guò)觸摸屏和按鍵,進(jìn)行人機(jī)交互和功能體驗(yàn)。GSM/GPRS/GPS模塊用于實(shí)現(xiàn)車載電話、GPS定位等功能;攝像頭模塊用于實(shí)現(xiàn)汽車后視功能;MP3模塊用于實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放的功能;LCD模塊用于界面顯示。

  2 硬件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括兩部分,一個(gè)是中央控制單元硬件設(shè)計(jì),另一個(gè)是CAN 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)微控制器選用基于Cortex?M3 內(nèi)核的ARM 微控制器STM32F103X,具有低成本、低功耗等特點(diǎn),為注重功耗和效率的系統(tǒng)提供了可行的設(shè)計(jì)方案。

  2.1 中央控制單元硬件設(shè)計(jì)

  中央控制部分主要包括微處理器STM32F103ZET6,通過(guò)SPI1 接口與微控制器連接的MP3 模塊,該模塊核心為VLSI 公司生產(chǎn)的VS1053,是一款高性能、低功耗的解碼芯片;通過(guò)SPI2 接口與微控制器連接的LCD 顯示模塊;通過(guò)SCCB 接口與微控制器連接的攝像頭模塊,該模塊核心為OV公司生產(chǎn)的OV7670,體積小、工作電壓低,提供單片VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能;通過(guò)USART接口與微控制器連接的GSM/GPRS/GPS模塊,該模塊的核心為SIM公司生產(chǎn)的SIM900A,性能穩(wěn)定、外觀精巧、功耗低;STM32自帶bxCAN,即基本擴(kuò)展CAN,它支持11 位的BasicCAN 模式及29 位的PeliCAN模式,通信速率高達(dá)1 Mb/s,支持時(shí)間觸發(fā)通信,具有3 個(gè)發(fā)送郵箱,3 級(jí)深度的2 個(gè)接收FIFO。CAN 收發(fā)器選用NXP 公司的TJA1050,它與“ISO 11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容,高速度(最高可達(dá)1 Mb/s),極低的電磁輻射,沒(méi)有供電的節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)總線造成干擾,同時(shí)帶有寬共模范圍的差動(dòng)接收器,抗電磁干擾能力極強(qiáng),至少可以連接110個(gè)節(jié)點(diǎn),非常適合本系統(tǒng)。中央控制部分的硬件連接圖如圖2所示。

  

  圖2 中央控制部分硬件連接圖

  2.2 CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

  CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)主要包括微處理器STM32F103C8T6,其片上資源及相關(guān)接口足以滿足這部分的功能需求,DCM 節(jié)點(diǎn),油路節(jié)點(diǎn),發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)。DCM 采用UN4001中控車鎖,12 V供電,具備360°轉(zhuǎn)頭,超強(qiáng)力度,防卡死等優(yōu)點(diǎn),汽車被非法打開(kāi)時(shí),通過(guò)CAN總線發(fā)送報(bào)警信號(hào)至中央控制單元;系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)與油路節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN 總線接收指令進(jìn)行動(dòng)作,設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮CAN 信號(hào)發(fā)送問(wèn)題,硬件環(huán)境則進(jìn)行模擬,發(fā)電機(jī)采用130號(hào)直流電機(jī),電機(jī)通過(guò)芯片L298N進(jìn)行驅(qū)動(dòng),L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片,控制電壓直流為5 V,電機(jī)電壓范圍直流為3~46 V,具有過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù),抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);油路節(jié)點(diǎn)利用蜂鳴器代替,由三極管構(gòu)成蜂鳴器控制電路,通過(guò)PB0輸出端口的高低電平來(lái)改變蜂鳴器的狀態(tài),從而模擬油路的開(kāi)關(guān)。CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件連接圖如圖3所示。

  

  圖3 CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件連接圖

  2.3 硬件實(shí)物圖

  根據(jù)上述介紹,最終完成的主要硬件圖如圖4所示。

  

  圖4 硬件實(shí)物圖

  3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包含兩部分:防盜部分的設(shè)計(jì)及信息娛樂(lè)部分的設(shè)計(jì)。

  3.1 系統(tǒng)防盜功能程序設(shè)計(jì)

  防盜報(bào)警部分的程序流程圖如圖5所示。

  

  圖5 防盜功能程序流程圖

  如圖5所示,系統(tǒng)上電后,對(duì)程序進(jìn)行初始化,配置相關(guān)寄存器和I/O口。開(kāi)啟防盜模式,GPS定位和DCM開(kāi)始工作,GPS定位值30 s刷新一次,當(dāng)前后兩次定位差值大于50 m時(shí),車輛被盜;防盜模式下,DCM 檢測(cè)到車門被打開(kāi),車輛被盜。確定車輛被盜后,啟動(dòng)GSM通信功能,發(fā)送報(bào)警短信至車主手機(jī),并將GPS定位出的汽車位置經(jīng)緯度周期性發(fā)送給車主,實(shí)時(shí)監(jiān)控汽車位置。之后啟動(dòng)后車門上的CMOS攝像頭進(jìn)行拍照,開(kāi)啟GPRS 功能,將拍攝的照片通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)周期性發(fā)送至車主手機(jī),輔助GPS 對(duì)汽車進(jìn)行跟蹤。通過(guò)CAN 總線,由控制器向汽車油路節(jié)點(diǎn)和發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)分別發(fā)送切斷油路和關(guān)閉發(fā)電機(jī)的信號(hào),使汽車不能正常行駛,從而實(shí)現(xiàn)汽車防盜報(bào)警的功能。

  3.2 系統(tǒng)信息娛樂(lè)功能程序設(shè)計(jì)

  信息娛樂(lè)部分的程序流程圖如圖6所示。

  

  圖6 信息娛樂(lè)程序流程圖

  如圖6所示,系統(tǒng)上電后,首先初始化子程序,對(duì)相關(guān)I/O口和寄存器進(jìn)行配置。然后開(kāi)啟LCD模塊,進(jìn)入菜單界面;點(diǎn)擊汽車后視系統(tǒng),攝像頭模塊啟動(dòng),將車后影像顯示在LCD上;點(diǎn)擊MP3播放器,系統(tǒng)開(kāi)始搜索SD卡中的語(yǔ)音播放文件,選擇文件進(jìn)行播放;點(diǎn)擊GPS定位服務(wù),GPS定位功能啟動(dòng),將汽車位置信息顯示在LCD上;點(diǎn)擊車載電話,GSM通信功能啟動(dòng),可以進(jìn)行撥打電話、發(fā)送短信。圖7是信息娛樂(lè)系統(tǒng)人機(jī)交互界面。

  

  圖7 信息娛樂(lè)系統(tǒng)人機(jī)交互界面

  4 系統(tǒng)測(cè)試

  4.1 防盜功能測(cè)試及分析

  系統(tǒng)防盜功能的測(cè)試包括CAN通信測(cè)試和中央單元測(cè)試。DCM、油路、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)通過(guò)CAN總線與主控單元進(jìn)行通信,測(cè)試步驟如下:

 ?。?)中央單元作為發(fā)送節(jié)點(diǎn),其他節(jié)點(diǎn)作為接收節(jié)點(diǎn),各個(gè)節(jié)點(diǎn)接收中央單元發(fā)出的控制指令,根據(jù)指令給出對(duì)應(yīng)的功能操作。

 ?。?)中央單元作為接收節(jié)點(diǎn),DCM 作為發(fā)送節(jié)點(diǎn),向中央單元發(fā)送反饋指令,中央單元根據(jù)指令給出對(duì)應(yīng)的功能操作。中央單元測(cè)試主要是對(duì)GSM/GPRS 報(bào)警功能進(jìn)行測(cè)試,在系統(tǒng)檢測(cè)到汽車被盜時(shí),啟用GSM通信功能,發(fā)送報(bào)警短信至車主手機(jī),并將GPS定位出的汽車位置經(jīng)緯度周期性發(fā)送給車主。

 ?。?)開(kāi)啟GPRS功能,將車后攝像頭拍攝的照片通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)周期性發(fā)送至車主手機(jī)終端。

  圖8 是利用GPRS 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的圖片,圖9 是GSM 報(bào)警短信息。

  

  圖8 GPRS網(wǎng)絡(luò)信息

  

  圖9 GSM短信息

  4.2 信息娛樂(lè)功能測(cè)試及分析

  系統(tǒng)信息娛樂(lè)功能測(cè)試,主要是對(duì)車載電話、GPS定位、后視系統(tǒng)、MP3播放器四個(gè)部分進(jìn)行測(cè)試??紤]到某些情況下,車主無(wú)法通過(guò)自帶的移動(dòng)設(shè)備與外界聯(lián)絡(luò),就可以通過(guò)車載電話實(shí)現(xiàn)撥打電話和發(fā)送短信的功能,作為車主的備用電話來(lái)使用。GPS定位能準(zhǔn)確地顯示汽車的經(jīng)緯度,結(jié)合Google地圖可以實(shí)現(xiàn)汽車導(dǎo)航功能。后視系統(tǒng)在10 km/h車速下進(jìn)行測(cè)試,拍攝畫(huà)面清晰、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。MP3播放器音量輸出幅值高,聲音飽滿,操作簡(jiǎn)便。圖10是車載電話的操作界面。

  

  圖10 車載電話

  5 結(jié)語(yǔ)

  本文提出一種將汽車防盜功能和信息娛樂(lè)功能集成設(shè)計(jì)的方法,并依據(jù)CAN 通信及GPRS通信等技術(shù),有效利用汽車現(xiàn)有資源,設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套集汽車防盜、信息娛樂(lè)功能于一體的智能化系統(tǒng),完成了車載電子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)化。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)及對(duì)系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)試,系統(tǒng)信息娛樂(lè)部分運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便,防盜部分具有高速、實(shí)時(shí)、可靠等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)CAN 總線部分可以與車身其他電子系統(tǒng)相互通信,對(duì)車載電子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)具有較深遠(yuǎn)的意義。

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