一種GPS和GPRS技術的汽車防盜系統設計與實現

曹彥杰

(煙臺汽車工程職業學院 車輛運用工程系, 山東 煙臺 265500)

0 引言

隨著我國科技的迅速發展，汽車已經成為人類生活的代步工具，與傳統采用步行的方式和騎馬等代步方式相比更快、更便捷，汽車的出現徹底改變了人類的生活水平，使人類向著科技化發展邁進了一大步。但是，隨著汽車的數量大大增多，汽車被盜的現象也屢屢發生，各大媒體、新聞等多種官方平臺都在報道汽車丟失的消息，該現象使車主們擔驚受怕，而汽車防盜系統的出現，使人類的靈魂有了依托，但是傳統的汽車防盜系統具有多種劣勢，比如發送報警信號不及時、定位信息不準確等，大大影響著車主的經濟效益。基于GPS和GPRS技術的汽車防盜系統的出現，顛覆了傳統汽車防盜系統，它將以最快的速度開啟防盜模式，并發送報警信號，GPRS技術將以最快的速度將信息發送至車主，GPS將每30秒更新一次數據信息，有利于對汽車進行實時監控。

1 基于GPS和GPRS技術的汽車防盜系統架構及功能分析

1.1 系統整體構成

基于GPS和GPRS技術的汽車防盜系統主要將自身結構分為4部分，分別是CAN總線、GPRS模塊、圖片處理模塊和GPS接收模塊等，其中CAN總線在GPS和GPRS技術的汽車防盜系統中充當著重要角色，基于GPS和GPRS技術的汽車防盜系統主要利用CAN總線對車身節點的防盜信息進行采集，并通過CAN總線將采集成功的數據信息以控制指令的形式傳送至發動機控制ECU中，汽車防盜ECU中最主要的核心處理器是LPC2119，而LPC2119處理器在自身系統中嵌入CAN控制器，因此，CAN總線的實現過程無需連接多余的收發器，只需要在CAN總線的基礎上外接CAN系統中的收發器TJA1054即可；GPRS模塊實現的核心是移動數據業務——全球移動通信系統(GSM)，該模塊通過利用全球移動通信系統(GSM)對SMS/MMS進行收發，并在模塊中設置TCP/IP協議棧，有利于用戶使用過程較為輕松；圖片處理模塊主要將汽車防盜系統采集成功的圖片進行壓縮處理，該模塊的目的是防止生成圖片數量巨大而造成系統內存過大，從而導致系統運轉不周，該模塊進行圖片壓縮過程中對于圖片傳感器將選用OV7640，壓縮處理將選用MV3018；GPS接收模塊在汽車防盜系統中主要負責采集車身定位信息，通過加強汽車防盜系統的定位信息格式，將定位時間控制在最短時間之內，有利于在同等時間內獲取更多的信息。汽車防盜系統硬件框圖，如圖1所示[1]。

1.2 汽車防盜系統功能分析

汽車防盜系統主要通過系統進行信息采集實現防盜功能，當汽車防盜系統感應到外來攻擊時會迅速啟動“防盜模式”，以此吸引車主注意，而汽車防盜系統主要通過自身系統中的節點傳感器采集入侵信息，入侵信息采集成功后汽車防盜系統迅速將節點傳感器采集的信息通過CAN總線傳輸至防盜ECU中進行分析，防盜ECU的功能可以對接收的信息進行判斷，當判斷出的信息為危險信號，將迅速向車主發送入侵短信，并啟動報警裝置，同時汽車防盜系統將利用自身

圖1 汽車防盜系統硬件框圖

功能對數據信息進行定位和處理，最終將車內外的情況以圖片的形式發送到客戶端。汽車防盜系統還帶有遠程控制功能，車主可以隨時通過SMS對系統進行指令，比如強制發動機熄火，以此保證車主自身利益[2]。

1.3 車門控制分析

汽車防盜系統通過在自身設定滾動編碼技術，可以對車門進行控制，并通過433MHz無線收發器將滾動編碼技術所接收的數據信息傳送至主控單元，以此保證汽車防盜系統的安全性能。在汽車防盜系統中最核心的部分是主控單元，主控單元主要通過433MHz無線收發器接收車主所發布的指令，該指令將以密文數據的形式傳送至微控制器中，通過微控制器進行解密，以此判斷車主的指令，當信息解密成功后，中央控制器將通過CAN網絡向所有車門控制節點發布車主指令，從而達到防盜的效果。汽車防盜系統對車門節點的控制實際上是通過CAN網絡接收數據，并通過微控制器的執行單元向車門節點傳輸指令，及汽車防盜系統可控制車門的開鎖或者關鎖。

1.4 汽車防盜遠程監控分析

汽車防盜系統的遠程監控主要通過主控單元的傳感器進行實現，而主控單元的傳感器又分為兩種類型，分別是振動傳感器和人體熱釋紅外傳感器，將振動傳感器以及人體熱釋紅外傳感器放置于車內不同的位置，將會產生不同的作用，比如振動傳感器主要負責檢測汽車防盜系統振動時產生的信號類別，而人體熱釋紅外傳感器主要負責檢測入侵者的人體熱紅外信號的來源。汽車防盜系統的遠程監控除了通過主控單元的振動傳感器和人體熱釋紅外傳感器實現以外，還需要通過中央模塊進行協調，當主控單元的振動傳感器和人體熱釋紅外傳感器感測到振動信號以及人體熱紅外信號來源于外來者，而非本車主，將采取報警信號處理，主要通過CAN網絡將中央模塊所接收的數據信息傳輸至G—G單元，G—G單元在接受到指令后，以最快的速度將信號通過GSM以短信的形式發送到車主終端。不但如此，車主還可以通過汽車防盜系統開啟GPS定位功能，將GPS定位功能與GPRS建立連接，即可隨時隨地觀察車的位置信息[3]。

2 基于GPS和GPRS技術的汽車防盜系統硬件設計

汽車防盜系統硬件設計主要將單片機作為該系統的核心，將控制整個系統的正常運轉，除此之外，汽車防盜系統還選擇NEO 6芯片，使其與單片機建立串行通信，其目的是為了保證單片機可以接收由天線傳輸的數據信息。GPRS技術的應用有利于促進單片機接收數據的準確性和無干擾性，而GPRS無線通信模塊主要通過SIM300芯片與SIM卡組成，并聯合GPS定位功能將數據信息隨時發送至客戶端進行處理，除此之外，汽車防盜系統還將利用檢測模塊以及報警模塊強化汽車防盜系統的實用性。

2.1 GPS模塊設計

GPS模塊的實現主要通過NEO 6芯片，將其工作電壓設置為3.3V，并將NEO 6芯片與單片機連接，建立完善的串行通信接口，使其具備傳輸功能，有利于單片機收到入侵數據信息以最快的速度將信號通過串行接口發送至GPS模塊，使GPS模塊接收指令，準備進行下一步工作。GPS模塊的主要功能是負責將接收到的數據信息進行掃描，判斷是否為危險因子，通過數據解析信息做進一步處理，有利于聽過GPS定位信息盡快處理數據。GPS模塊連接電路圖,如圖2所示。

圖2 GPS模塊連接電路圖

2.2 GPRS模塊電路設計

GPRS模塊電路實現的核心是通過SIM300芯片和SIM卡相結合，并使其與單片機建立連接，采用串行通信中最主要的異步串行通信進行設計，該方法有利于保護車主利益，防止車身被他人損害。在GPRS模塊電路設計中單片機主要負責接收報警信號，并通過SIM300芯片向車主手機中發送AT指令形式的消息，向車主表明汽車遭遇入侵，當車主收到報警信息后，可以通過汽車防盜系統對其進行操控，指令一經發布，汽車防盜系統將迅速執行[4]。

2.3 汽車鎖定模塊硬件電路設計

汽車鎖定模塊為汽車防盜系統設計了電磁閥接單片機、打火線圈等部分，其作用是通過單片機接收車主指令后，通過單片機操作電磁閥工作，打火線圈隨后也將進入工作狀態，汽車防盜系統的各部分同時進行工作從而實現對汽車的電路控制，并且為保證在汽車遭受入侵時可以有效地對車進行控制，在車主接收到報警信息后，汽車防盜系統將做好準備，車主一旦下達指令，汽車防盜系統將以最快的速度關閉汽車油門，防止汽車被外人入侵[5]。

2.4 聲光報警模塊電路設計

聲光報警模塊的電路將選用壓電式蜂鳴器和發光二極管，有利于強化汽車防盜系統的各部分功能。通常情況下，在沒有危險信號輸出時聲光報警模塊將不會啟動工作狀態，但是，當單片機發送指令時，聲光報警模塊將協助主控單元的傳感器以及中央模塊進行協調工作，其工作流程主要是通過單片機輸出低電平，此時三極管及壓電式蜂鳴器進入警備狀態，輸出警報聲音，并通過二極管閃爍不同頻率的光源。如果車主在接收到報警信息后，拒絕系統工作，只需按下S鍵即可停止汽車防盜系統工作，該過程將由單片機發送終端指令[6]。

2.5 電源模塊電路設計

汽車防盜系統的電源模塊電路設計將由外部電源進行供電，并且采用9 V電壓持續供電，為保證電源模塊及時為汽車防盜系統的各部分模塊提供最合適的電壓，將在該電路中建立電壓轉換模塊。在汽車防盜系統的電源模塊電路設計中將采用LM2576S芯片為單片機及外圍電路提供穩定電壓，經實驗證明5 V的電壓是維持各模塊工作的最穩定電壓，除此之外，汽車防盜系統的電源模塊電路設計將為GPS模塊和GPRS模塊提供5 V轉3 V電路以及4.2 V電壓。

3 基于GPS和GPRS技術的汽車防盜系統軟件設計

汽車防盜系統的軟件部分將對系統進行參數設定，比如為定時器設置初始數值、串行通信的方式等。汽車防盜系統的傳感器模塊將采取實時掃描的方法，對車身進行嚴密監控，一旦掃描到非法入侵信息，將采取緊急報警模式，通過GPRS模塊的通信功能向車主發送信息，車主可以通過汽車防盜系統控制車身。

3.1 系統主程序設計

主程序設計屬于汽車防盜系統軟件系統的核心部分，亦是汽車防盜系統的入口，在對汽車防盜系統進行初始化操作之后，應將傳感器檢測的數據信息發送至單片機，使單片機針對該信號進行判斷，倘若單片機對該信號的最終判斷結果為報警信號，將向GPS模塊發送指令，使其協助工作，并發送定位信息及針對該信號進行數據解析，處理完畢后將反饋信息發送至單片機，單片機成功接收到數據信息后對GPRS下達指令，使其向車主發送報警信息，車主可以通過客戶端對汽車防盜系統發送控制指令從而控制汽車電磁閥，以此達到截斷汽車油路的目的。主程序流程圖，如圖3所示[7]。

圖3 主程序流程圖

3.2 汽車鎖定系統子程序設計

汽車鎖定系統子程序設計將通過串行接口進行中斷程序，并將單片機所接收的數據傳輸至數組中，待汽車防盜系統接收到指令后，將以函數的形式跳轉至主程序中。AT+CMGF在汽車防盜系統中的功能為設置短消息信息格式，AT+CMGF可以用于設置文本模式以及發送短信，當AT+CMGF用作文本模式時，將AT+CMGF=0 形式呈現，而AT+CMGFS應用于發送短信時，將以AT+CMGFS=38形式呈現，成功向車主客戶端內發送信息后，將以Ctrl+Z(0x1A)形式結束信息發送狀態[8]。

3.3 GPS定位系統子程序

GPS定位系統子程序在汽車防盜系統中主要負責實時掃描汽車所處位置以及所處位置的安全性、速度等不確定因素，應用汽車防盜系統在汽車內時，汽車一旦遭遇外界因素干擾正常運作狀態，汽車防盜系統中的單片機將讀取GPS模塊中的數據信息，并迅速協調其他模塊進行運作，防盜模式啟動后，將通過GPRS模式向車主發送信號，在此過程中GPS模塊所進行的工作為數據解析，并將信息轉化為單精度類型，有利于GPRS模塊識別，為保證GPS模塊所提供的數據信息精確化，將通過進行實時讀取狀態，最終將最準確的位置信息發送至車主[9]。

3.4 定時中斷子程序

定時中斷子程序的設置有利于車主及時對汽車防盜系統的聲光報警系統進行中斷，聲光報警系統主要聽從單片機的指令，當單片機接收到車主的中斷信號后，單片機將信號發送至聲光報警系統中，與此同時，單片機將進行終端現場保護狀態，而聲光報警系統回歸原來位置后，中斷退出，汽車防盜系統將回歸正常運作狀態[10]。

4 汽車防盜系統測試的實現與結果分析

4.1 CAN通信測試及分析

CAN通信網絡在汽車防盜系統測試中至關重要，屬于汽車防盜系統實現局域網通信的重要途徑，并且CAN通信網絡在汽車防盜系統的應用有利于對系統進行調試，在對系統進行調試之前，應強化汽車防盜系統的中央模塊與車門各個控制節點建立聯系，并加強各模塊完成低速CAN通信網絡。在調試汽車防盜系統的過程中，應在CAN總線中加入CAN分析儀，其目的是為了保證系統對通訊數據的分析。實際上汽車防盜系統中的中央模塊在CAN通信測試中可作為多種節點，比如中央模塊在作為發送節點時，其他節點在汽車防盜系統將成為接收節點，此時CAN分析儀接收來自中央模塊的的數據信息，并進行分解步驟，根據指令信息的情況，車門控制節點將作出相關操作；而中央模塊在作為接收節點，車門的控制節點將作為發送節點，并實時反饋信息發送至中央模塊。此時CAN分析儀判斷信息是否有誤后，將通過指示燈進行指示。經CAN通信測試及分析后，相關數據信息均正常。

4.2 GSM/GPRS報警測試及分析

GSM/GPRS報警測試及分析在汽車防盜系統中主要負責測試報警信號，通過中央模塊進行實時監測，一旦檢測到汽車防盜系統處于被入侵狀態，將立即開啟防盜模式，并發出報警信號，通過GPRS模塊中的GSM功能向車主發送報警短信，以此保護車主的自身利益，防盜模式一旦啟動，將對汽車進行實時監控，數據信息將以圖片形式發送至車主。經測試證明，GPS功能易受到外界環境的影響，因此，應將GPS定位間隔設置為30秒，每30秒更新一次，有利于汽車防盜系統的相關功能更加準確。

5 總結

本文主要介紹了基于GPS定位系統和GPRS通信功能的汽車防盜系統的設計與實現，展現了汽車防盜系統的各模塊功能對于汽車車門的各個節點的控制，并且通過硬件設計以及軟件設計對系統進行強化，經過多種設計，促使基于GPS和GPRS技術的汽車防盜系統較傳統的汽車防盜系統相比更具優勢，通過對汽車防盜系統進行測試分析，驗證該系統具有一定的可行性，隨著科技的迅速發展，在未來汽車防盜系統將具有一定的研究價值，汽車防盜系統的設計不但彌補了傳統汽車防盜系統的局限性，而且使其具有遠程控制等多種優勢。