GPS/GSM的汽車防盜報警系統設計

摘要：采用GPS／GSM技術開發汽車防盜系統。系統利用GPS定位技術獲得車輛的位置，判斷車輛是否移動，并可通過GSM網絡，將車輛位置信息發送給用戶。用戶可以通過GSM網絡對系統的工作狀態進行設置。系統內部的控制是通過單片機完成的，其接收GPS數據和來自用戶的命令，在分析后給出相應的處理。系統的定位精度在10米以內，能夠在車輛被盜后及時通知用戶，經過擴展能夠增加更多的功能。

O 引言
    隨著汽車等交通工具的普及，無線通信技術和全球衛星定位(GPS)技術逐步開始應用到車輛監控等領域。不論是對警車、運鈔車等特種車輛的監控還是對普通轎車的防盜監控，無線通信和GPS技術都發揮著重要的作用。目前，移動無線通信方式主要有：a．集群移動通信方式；b．DSRC(專用短程)通信方式；c．GSM(全球移動通訊系統)方式。其中，GSM方式數據范圍大，數據保密性好，使用方便，成本低。結合GPS系統，GSM系統可以將車輛的位置、速度、行駛方向以及其他狀態信息通過無線通信鏈路傳送到車主手持終端或監控中心，實現對車輛的監控。
在GSM系統所提供的業務中，話音業務和數據業務需要通過撥號建立連接，一旦建立連接后即開始計費。而GSM短消息業務不需要建立撥號連接，只需要把要發的信息加上目的地址發送到短消息中心，再由短消息中心轉發到目標用戶終端。短消息業務是按發送的短信條數收費，只要短消息每次限制在140個字節即可，這個數據長度足夠傳送GPS定位信息。可以看出，利用GSM短消息業務進行數據傳送能夠充分利用覆蓋范圍廣闊的移動通信網絡，以廉價的方式實現遠程可移動目標的定位，比較適合用于汽車的防盜監控。本文采用PIC18F2450單片機、SIRF第三GPS接收模塊和GSM模塊TC35i設計車載防盜監控終端。

1 車載終端硬件設計
    車載終端主要由四部分組成，即GSM模塊、GPS接收機模塊、單片機控制電路和電源電路。GPS模塊負責接收定位數據；GSM模塊在單片機的控制下收發短信；單片機控制電路對GPS定位數據進行分析，并根據用戶的設置做出相應的處理。電源電路由7805為單片機、GPS模塊提供+5V直流電壓，LM2941CS再將+5V直流電壓穩壓為+4．2V提供給GSM模塊使用。該系統的結構框圖如圖l所示。

1．1 單片機控制電路
    系統選用Microchip公司的PICl8F2450作為MCU。該芯片為采用納瓦技術的28腳高性能單片機，具有高可靠性、低成本、低功耗、體積小等優點。其內部有16k字節的Flash程序存儲器和768字節的RAM，支持在線編程和調試。該單片機內部僅有一個通用異步串口。為了能夠同時與GPS以及GSM模塊通信，單片機需要兩個串口。但如果選擇具有雙串口的單片機，將會增加成本，所以本系統利用PICl8F2450普通I／O口和該系列單片機的C語言編譯器提供的庫函數設計了一個軟件串口。單片機內部的硬件串口通過17腳和18腳與GSM模塊通信，軟件串口通過25腳接收GPS信號。單片機的2腳作為GSM模塊的啟動腳。接口電路如圖2所示。

1．2 GSM模塊
    GSM模塊負責在車載終端和監控用戶之間傳遞信息。本系統采用德國西門子工業GSM模塊TC35i。TC35i模塊是一個支持中文短信息的工業級GSM模塊，工作在GSM900和GSMl800雙頻段，可傳輸語音和數據信號。TC35i的數據接口(CMOS電平)通過AT命令可雙向傳輸指令和數據，它支持Text和PDU格式的SMS(短消息)，并可通過AT命令或關斷信號實現重啟和故障恢復。
    TC35i模塊有40個引腳，分為電源、數據輸入／輸出、SIM卡、音頻接口和控制等5類。其工作電壓為4．2V，模塊的供電電壓如果低于3．3V會自動關機。由于模塊在發射信號時，電流峰值可高達2A。所以該模塊對電源的要求較高，本系統采用開關型可調高性能微波電路專用穩壓芯片LM2941CS，它能夠提供大電流穩定的電壓輸出。使用TC35i模塊時，其啟動腳IGT必須加一個時間長于100ms的低電平才可以使TC35i掛入工作狀態。TC35i模塊的數據輸入／輸出接口符合ITU-T RS232接口標準，支持標準的AT命令集。
    GSM模塊與MCU的接口電路如圖3所示。

1．3 GPS模塊
    本系統采用的GPS模塊為SIRF第三代高靈敏度引線式GPS接收模塊SIRF star III。該芯片定位精度小于10米，冷開機／暖開機／熱開機的時間分別達到42s／38s／8s，最多可以同時追蹤20個衛星信道。其內部有可充電電池，可以保存星歷數據，便于快速定位。串口數據格式為TTL電平數據輸出，通訊速率為4800通訊波特率，每秒輸出一次GPS全數據。該模塊GPS天線采用MMCX接口，數據線接口為6線接插件，排線輸出，使用時非常簡單，只需用到三根輸出線，第一腳接3．5～5．5V的直流正電源，第五腳是電源地，第二腳是GPS的輸出線，它是TTL電平的串口信號，高電平大于2．4V，低電平小于0．4V，輸出驅動能力為2mA，可以直接和單片機接口；第六腳是秒信號輸出，每秒都會輸出一個10ms寬度的0．2V左右的脈沖信號用于授時。由于該模塊只向單片機發送數據而不接收來自數據，所以本系統中單片機采用軟件串口與其通信，MMCX接口的第二腳接單片機的25腳即可。

2 車載終端軟件設計
2．1 GPS定位數據的接收
    默認情況下，GPS接收模塊SIRF star III每秒輸出一次定位數據，通常采用＄GPRMC精簡數據格式，該數據包含了目標的經度、緯度、速度(海里／小時)、運動方向角、年份、月份、時、分、秒、毫秒、定位數據是有效的還是無效的等重要信息。語句格式如下：
    ＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>，*hh<CR><LF>
    <1>：代表UTC當地時間。格式為“時分秒”，時、分、秒均為兩位。
    <2>：代表工作狀態。“A”表示數據可用，“V”表示接收器報警，數據不可用。
    <3>：代表緯度數據。格式為“度度分分．分分分分”。
    <4>：代表緯度半球，為“N”或“S”。
    <5>：代表經度數據。格式為“度度分分．分分分分”。
    <6>：代表經度半球，為“E”或“W”。
    <7>：代表對地速度，范圍為000．O～999．9節。
    <8>：代表對地航向，范圍為000．0度～359．9度，正北方為0度，東方為90度，南方為180度，西方為270度。
    <9>：代表UTC當地時間，格式為“日日月月年年”。
    <10-12>：一般不使用這三個數據。
    每條定位數據以“＄”開始，以回車換行結束。軟件要實現對GPS數據的接收和分析兩部分功能，其流程圖如圖4所示。

2．2 GSM模塊的控制及短消息處理
    單片機可以發送AT于旨令來控制GSM模塊TC35i，發送短信常用Text和PDU模式，使用Text模式收發短信代碼簡單，容易實現，但缺點是不支持中文短信；而PUD模式不僅支持中文模式，也能發送英文短信。
    單片機主要通過GSM模塊傳輸兩類信息： 一類是接收用戶的設置及請求命令，并在處理后給予回復；另一類是當單片機判斷出在布防狀態下汽車發生了移動而發送給用戶的報警及位置信息。

    用戶設置及請求信息的格式如表1所示。

    單片機主程序流程圖如圖5所示。

    當用戶收到定位短信時，即可確定車輛位置。采用S60和PPC的手機都支持谷歌手機地圖，如NOKIA N82，啟動谷歌地圖，選擇網絡連接方式WAP，輸入接收到的經緯度數據，即可在地圖上定位車輛位置。

3 結語
    經測試，本系統可實現市區道路環境下10m精度以內的定位，并能根據用戶的設置向用戶提供報警定位服務。系統操作方便，便于安裝。通過軟硬件的擴展，可以實現其他一些功能，如可以通過增加振動檢測電路擴展系統的功能，在汽車被撬或受到撞擊時向用戶發出報警信息。