基于GSM網(wǎng)絡(luò)汽車(chē)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(chē)的數(shù)量大幅度上升。同時(shí)，偷車(chē)案例數(shù)量也在逐年大幅增長(zhǎng)。事實(shí)上，汽車(chē)完全可以通過(guò)安裝報(bào)警器使竊賊無(wú)機(jī)可乘。然而，早期的車(chē)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(méi)有達(dá)到報(bào)警效果。
??? 目前報(bào)警器種類(lèi)有很多，主要可分為聲音報(bào)警器，無(wú)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(guò)振動(dòng)傳感器感知被保護(hù)物體(如汽車(chē)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(duì)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(chē)報(bào)警系統(tǒng)，集GSM網(wǎng)絡(luò)、無(wú)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(jiǎn)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(lèi)汽車(chē)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(chē)遭受盜竊時(shí)，由于車(chē)身的振動(dòng)被傳感器檢測(cè)到，系統(tǒng)微控制器根據(jù)傳感器檢測(cè)的信號(hào)，通過(guò)系統(tǒng)分析、處理，生成報(bào)警信息；同時(shí)，通過(guò)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(wú)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(zhuān)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(wú)需專(zhuān)用編程器／仿真器，可通過(guò)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(kāi)發(fā)。

2．2 GSM模塊
??? 系統(tǒng)GSM模塊采用SIM300C專(zhuān)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(yǔ)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(wú)線模塊
??? 系統(tǒng)采用無(wú)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(duì)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(wú)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：?jiǎn)?dòng)模塊、控制模塊、監(jiān)控模塊。啟動(dòng)模塊對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)報(bào)警器實(shí)時(shí)監(jiān)控帶來(lái)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(xiě)指針，對(duì)緩存進(jìn)行讀、寫(xiě)操作，保證了在讀數(shù)據(jù)的同時(shí)，也可以進(jìn)行寫(xiě)操作，兩指針互不干擾。初始化SIM300C通信模塊通過(guò)拉低IGT啟動(dòng)SIM300C，并通過(guò)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(lái)處理短消息。為了減少程序的復(fù)雜性，系統(tǒng)不對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存，因?yàn)槿绻捎眯畔?chǔ)存方式，需對(duì)信息讀取，讀取完再刪除信息，過(guò)程比較繁瑣。
??? 本系統(tǒng)則是利用信息提示的方法對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行讀取的。最后設(shè)置來(lái)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(duì)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(lái)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(chē)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(cè)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(cè)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(cè)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(wèn)題，發(fā)送報(bào)警信息繼續(xù)檢測(cè)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(yǔ)
??? 與現(xiàn)有汽車(chē)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(zhuān)用高精度可調(diào)震動(dòng)傳感器檢測(cè)方式，當(dāng)觸碰汽車(chē)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(chē)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(chē)主移動(dòng)電話或向車(chē)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(chē)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(wèn)，親自察看等。
??? (3)與現(xiàn)有報(bào)警器相比，該報(bào)警器可通過(guò)使用車(chē)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(chē)報(bào)警器距離限制等問(wèn)題。