基于多模塊汽車防盜報警定位系統的設計

張保森

（中國化工集團昊華宇航化工有限責任公司 河南 焦作 454000）

隨著社會經濟的快速發展，家用汽車已進入萬千普通人的家庭成為重要的交通工具。而隨著汽車數量的增加，汽車安全防盜問題日益被重視。汽車被盜搶或者被認為破壞已成為一個不可忽視的社會問題，給社會帶來諸多不安定因素，擔心自身車輛安全已經成為困擾車主的主要問題。據美國權威機構統計，全世界平均約20秒，就會有一輛汽車被盜搶，歐洲各國年均汽車失竊數量高達三百多萬輛。進入新世紀以來，我國的家用汽車安全形勢亦不容樂觀，年均汽車盜竊案件也在幾十萬起。僅2013年，每天就會有大約600輛汽車被盜搶[1]。不可忽視的一個問題是，伴隨科技的進步和普及，現代盜車手段呈現高科技化的趨勢，高科技犯罪給汽車防盜技術帶來了新的挑戰，也迫使相關技術研究人員尋找更加全面的防盜策略。伴隨眾多汽車廠商的重視，在許多高端汽車出廠設置時即配備了較為完善的汽車防盜系統，但是對于更為廣大的低端微型汽車產品，相應的配套設備還比較缺乏。

按結構和功能可以將汽車防盜器分為四大類：機械類、電子類、芯片類以及網絡類[2]。其中機械鎖一般不單獨使用，是最早也是最基本的防盜裝置；目前被廣泛運用的是各式電子類防盜器；伴隨科技的發展，集成度更高的芯片類和網絡類防盜器正在蓬勃發展，在解決價格劣勢問題后，必將成為未來汽車防盜技術的主流技術。目前新型的芯片類防盜系統均具有獨特的識別與判斷功能，網絡類防盜系統主要依賴現有的無線通訊技術來實現車輛的跟蹤與定位，還局部遠程車輛狀態顯示與報警等功能，網絡所帶來的最大優勢在于其突破了空間限制。本設計從現有最新型芯片類和網絡類防盜產品入手，提出一種多模塊汽車防盜系統，即整體系統集成了GSM通訊和GPS定位芯片，可以借助GSM網絡和GPS衛星定位系統，通過智能手機實時遠程監控車輛的全方位狀況。

1 系統總體設計

該汽車防盜系統融合了嵌入式系統設計，GSM無線網絡通訊[3]，GPS全球衛星定位[4]等關鍵技術。總體結構如圖1所示。報警系統整體接入移動手機網絡，以短信形式發送報警信息給車主的終端設備，同時可利用GPS技術實現對車輛的準確跟蹤與定位，把把實時數據傳送至終端智能手機中。防盜系統可以實現停車熄火自動喚醒和車主遠距離啟動或停止，一旦系統啟動，則當車輛存在異常情況時，會通過手機短信及時向設定好的終端發送報警信息，為避免車主單終端可能出現的接收信息不及時問題，該系統可設置多終端接收模式，可直接將報警信息設置為發送給小區保安，片區警察等。整體系統由信號采集模塊，MCU控制模塊，定位模塊，GSM通訊模塊以及終端收發模塊等多模塊組成，模塊化設計極大提升了系統的可重構功能，可以根據用戶需求，快速拼接出滿足客服需求的產品。

圖1 系統總體結構圖Fig.1 Structure diagram of the system

2 系統硬件設計

終端介紹系統中幾個關鍵模塊的硬件電路設計，包括電源模塊，MCU模塊，SIM908模塊。

2.1 電源模塊電路設計

整體系統由車載電瓶供電，常用車載電瓶的輸出電壓一般是12 V。該系統不同芯片所需供電電壓不同，共需要三種電壓：MCU芯片STM32F203C8[5]額定電壓為 3.3 V；GSM芯片SIM908采用4V供電；其它處理電路所需電壓為5 V。

電源模塊采用了二級降壓方式，將12 V電源分別轉換成5 V、4 V以及3.3 V。一級降壓電路利用LM2576S-5.0芯片實現12 V至5V的電壓轉換，電路使用LM2576S-ADJ和AMS1117芯片將5 V轉換成4 V和3.3 V。具體電路如圖2所示。

圖2 電源模塊電路Fig.2 The circuit of power supply module

2.2 STM32F103C8 最小系統電路

MCU采用STM32F103C8T6芯片。該芯片內核為基于ARM的CORTEX-M3構架，具有高性能，低成本，低功耗等特點。中央微處理器設計是整個硬件設計的核心，承擔著保障系統整體運行的任務。主要負責連接和控制各個功能模塊，同時承擔大數據運算和信息傳輸決策的功能。該核心芯片的其最小系統電路圖如圖3所示。

2.3 SIM908 模塊電路

SIM908芯片[6]是 SIMCOM公司于2011年推出的集成GPS功能的四頻GSM/GPRS模塊。以SIM908模組為核心設計硬件電路，包含電源濾波和備用電池的設計。采用多選排針設計備用電池供電，通過跳線完成功能選擇的切換。通過軟件指令啟動SIM908，即主控芯片開始工作后，將指令信號通過PB0端口發送出去，SIM908通過三極管啟動或關斷實現開關操作。

3 系統軟件設計

汽車防盜系統軟件功能包括：接收報警信息、收發短消息、GPS定位、對汽車遠程控制等功能。系統初始化和開中斷完成后，整體系統處于低功耗的閑置待機狀態。當汽車遭遇盜搶后，系統會接收到中斷信號，此中斷信號將結束系統的閑置狀態，進入相應的中斷服務子程序，以應對引起中斷的事件，并在相應的標志位置保留中斷信息，在事件處理完畢后，系統將跳出中斷子程序，回到主程序去執行各自相應的處理程序，全部事件處理完畢將重新進入閑置待機狀態。圖4是主程序流程圖。

系統主控程序主要包括對相關設備及函數的初始化調用和設置，以及在主程序運行過程中調用其他模塊中的相關函數，完成相應的功能。整體思想采用輪詢方式，在主循環程序中通過中斷相應，調用子模塊實現各子模塊的程序小循環，在系統關鍵部位設置看門狗，防止系統進入死循環或死機。GPS模塊通過串口接收緯度、經度和時間等GPS數據，當收到定位消息時，發出警報，中央處理器啟動GPS。中央處理器會判斷接收到是否為有效信息，即信息首位是否為‘$’，進而分析是否為GPRMC信息。確認GPRMC信息后，根據固定格式讀取經度、緯度、時間等信息，最終MCU將信息打包通過GSM網絡以短信形式發送到車主定義的終端設備。

4 實驗應用

完成硬件和軟件設計后，為驗證系統設計是否成功，對系統定位功能進行了測試。圖5是整體系統的實物圖。

圖3 MCU最小系統電路圖Fig.3 The circuit of MCU minimum system

圖4 主程序流程圖Fig.4 The flow chart of main program

為驗證GPS定位系統的可靠性，將裝有該防盜系統的車輛停放某固定場所。用設置好的終端手機發送指令"GPSDat"，將會實時接收到車輛的定位信息。如圖6所示：其中3953.288122為緯度，11623.484043為經度，度分格式為（dddmm.mmmm）；090231.000 為時間， 格式為（hhmmss.sss），此時間為格林威治時間，與北京時間有8小時時差；A分別代表有效定位和自主定位模式。將獲取的信息輸入谷歌地圖[7]，可以發現與實際車輛停放位置吻合，如圖7所示。

圖5 系統實物圖Fig.5 The diagram of material object

圖6 終端接收GPS信息Fig.6 GPSinformation on the terminal equipment

圖7 谷歌地圖定位結果Fig.7 Positioning results of Google maps

5 結 論

基于GSM/GPS的網絡式汽車防盜系統可以將位置信息、報警信息和車輛其他信息發送到車主設定的終端設備。大大降低了汽車被盜風險，以及在被盜后追回車輛的精度。該系統可作為單獨產品加裝于任何型號的車輛上，性價比極高。在實際環境中對系統的定位精度做了測試，測試結果顯示該系統運行良好，所提供的定位數據精準可靠。系統整體創新性主要體現在，該系統可與車輛原有普通電子防盜器配合使用，既提高了報警的可靠性，又降低了成本。

[1]趙東艷，原義棟，石磊，等.用于智能電網建設的北斗/GPS高精度授時方案關鍵技術[J].電網技術，2013，37（9）:2621-2625.ZHAO Dong-yan，YUAN Yi-dong，SHI Lei，et al.Key technology in beidou/GPShigh-precision time service scheme for smart grid construction[J].Power System Technology，2013，37（9）:2621-2625.

[2]何光禹，孫成，蔡海峰，等.基于GPS和GSM網絡的新型汽車防盜系統[J].電子設計工程，2010，18（8）:29-32.HE Guang-yu，SUN Cheng，CAI Hai-feng， et al.New auto guard anti-theft system based on GPS and GSM network[J].Electronic Design Engineering，2010，18（8）:29-32.

[3]黃藝，胡善岳，何芊，等.基于Android平臺的移動通訊設備的GPS定位研究[J].激光雜志，2014，35（3）:42-44.HUANG Yi，HU Shan-yue，HE Qian，et al.Localization of GPS mobile communication equipment based on Android platform[J].LASERNAL， 2014，35（3）:42-44.

[4]劉基余.GPS衛星導航定位原理與方法[M].北京:科學出版社，2003.

[5]鄒水龍，高杰.基于物聯網的汽車GPS定位防盜系統的研究[J].江西科學，2012，30（6）:821-827.ZOU Shui-long，GAO Jie.A research based on the internet of things of automotive GPS positioning anti-theft system[J].Jiangxi Science，2012，30（6）:821-827.

[6]鄭惠琴，林慶超，李盛龍.基于MSP430單片機的汽車防盜鑰匙芯片的研究與實現[J].現代電子技術，2014，37（15）:157-158，163.ZHENG Hui-qin，LIN Qing-chao，LI Sheng-long.Research and implementation of vehicle anti-theft key chip based on MSP430[J].Modern Electronics Technique，2014，37（15）:157-158，163.

[7]文志成.通用分組無線業務-GPRS[M].北京:電子工業出版社，2004.