基于多模块汽车防盗报警定位系统的设计

张保森

（中国化工集团昊华宇航化工有限责任公司 河南 焦作 454000）

随着社会经济的快速发展，家用汽车已进入万千普通人的家庭成为重要的交通工具。而随着汽车数量的增加，汽车安全防盗问题日益被重视。汽车被盗抢或者被认为破坏已成为一个不可忽视的社会问题，给社会带来诸多不安定因素，担心自身车辆安全已经成为困扰车主的主要问题。据美国权威机构统计，全世界平均约20秒，就会有一辆汽车被盗抢，欧洲各国年均汽车失窃数量高达三百多万辆。进入新世纪以来，我国的家用汽车安全形势亦不容乐观，年均汽车盗窃案件也在几十万起。仅2013年，每天就会有大约600辆汽车被盗抢[1]。不可忽视的一个问题是，伴随科技的进步和普及，现代盗车手段呈现高科技化的趋势，高科技犯罪给汽车防盗技术带来了新的挑战，也迫使相关技术研究人员寻找更加全面的防盗策略。伴随众多汽车厂商的重视，在许多高端汽车出厂设置时即配备了较为完善的汽车防盗系统，但是对于更为广大的低端微型汽车产品，相应的配套设备还比较缺乏。

按结构和功能可以将汽车防盗器分为四大类：机械类、电子类、芯片类以及网络类[2]。其中机械锁一般不单独使用，是最早也是最基本的防盗装置；目前被广泛运用的是各式电子类防盗器；伴随科技的发展，集成度更高的芯片类和网络类防盗器正在蓬勃发展，在解决价格劣势问题后，必将成为未来汽车防盗技术的主流技术。目前新型的芯片类防盗系统均具有独特的识别与判断功能，网络类防盗系统主要依赖现有的无线通讯技术来实现车辆的跟踪与定位，还局部远程车辆状态显示与报警等功能，网络所带来的最大优势在于其突破了空间限制。本设计从现有最新型芯片类和网络类防盗产品入手，提出一种多模块汽车防盗系统，即整体系统集成了GSM通讯和GPS定位芯片，可以借助GSM网络和GPS卫星定位系统，通过智能手机实时远程监控车辆的全方位状况。

1 系统总体设计

该汽车防盗系统融合了嵌入式系统设计，GSM无线网络通讯[3]，GPS全球卫星定位[4]等关键技术。总体结构如图1所示。报警系统整体接入移动手机网络，以短信形式发送报警信息给车主的终端设备，同时可利用GPS技术实现对车辆的准确跟踪与定位，把把实时数据传送至终端智能手机中。防盗系统可以实现停车熄火自动唤醒和车主远距离启动或停止，一旦系统启动，则当车辆存在异常情况时，会通过手机短信及时向设定好的终端发送报警信息，为避免车主单终端可能出现的接收信息不及时问题，该系统可设置多终端接收模式，可直接将报警信息设置为发送给小区保安，片区警察等。整体系统由信号采集模块，MCU控制模块，定位模块，GSM通讯模块以及终端收发模块等多模块组成，模块化设计极大提升了系统的可重构功能，可以根据用户需求，快速拼接出满足客服需求的产品。

图1 系统总体结构图Fig.1 Structure diagram of the system

2 系统硬件设计

终端介绍系统中几个关键模块的硬件电路设计，包括电源模块，MCU模块，SIM908模块。

2.1 电源模块电路设计

整体系统由车载电瓶供电，常用车载电瓶的输出电压一般是12 V。该系统不同芯片所需供电电压不同，共需要三种电压：MCU芯片STM32F203C8[5]额定电压为 3.3 V；GSM芯片SIM908采用4V供电；其它处理电路所需电压为5 V。

电源模块采用了二级降压方式，将12 V电源分别转换成5 V、4 V以及3.3 V。一级降压电路利用LM2576S-5.0芯片实现12 V至5V的电压转换，电路使用LM2576S-ADJ和AMS1117芯片将5 V转换成4 V和3.3 V。具体电路如图2所示。

图2 电源模块电路Fig.2 The circuit of power supply module

2.2 STM32F103C8 最小系统电路

MCU采用STM32F103C8T6芯片。该芯片内核为基于ARM的CORTEX-M3构架，具有高性能，低成本，低功耗等特点。中央微处理器设计是整个硬件设计的核心，承担着保障系统整体运行的任务。主要负责连接和控制各个功能模块，同时承担大数据运算和信息传输决策的功能。该核心芯片的其最小系统电路图如图3所示。

2.3 SIM908 模块电路

SIM908芯片[6]是 SIMCOM公司于2011年推出的集成GPS功能的四频GSM/GPRS模块。以SIM908模组为核心设计硬件电路，包含电源滤波和备用电池的设计。采用多选排针设计备用电池供电，通过跳线完成功能选择的切换。通过软件指令启动SIM908，即主控芯片开始工作后，将指令信号通过PB0端口发送出去，SIM908通过三极管启动或关断实现开关操作。

3 系统软件设计

汽车防盗系统软件功能包括：接收报警信息、收发短消息、GPS定位、对汽车远程控制等功能。系统初始化和开中断完成后，整体系统处于低功耗的闲置待机状态。当汽车遭遇盗抢后，系统会接收到中断信号，此中断信号将结束系统的闲置状态，进入相应的中断服务子程序，以应对引起中断的事件，并在相应的标志位置保留中断信息，在事件处理完毕后，系统将跳出中断子程序，回到主程序去执行各自相应的处理程序，全部事件处理完毕将重新进入闲置待机状态。图4是主程序流程图。

系统主控程序主要包括对相关设备及函数的初始化调用和设置，以及在主程序运行过程中调用其他模块中的相关函数，完成相应的功能。整体思想采用轮询方式，在主循环程序中通过中断相应，调用子模块实现各子模块的程序小循环，在系统关键部位设置看门狗，防止系统进入死循环或死机。GPS模块通过串口接收纬度、经度和时间等GPS数据，当收到定位消息时，发出警报，中央处理器启动GPS。中央处理器会判断接收到是否为有效信息，即信息首位是否为‘$’，进而分析是否为GPRMC信息。确认GPRMC信息后，根据固定格式读取经度、纬度、时间等信息，最终MCU将信息打包通过GSM网络以短信形式发送到车主定义的终端设备。

4 实验应用

完成硬件和软件设计后，为验证系统设计是否成功，对系统定位功能进行了测试。图5是整体系统的实物图。

图3 MCU最小系统电路图Fig.3 The circuit of MCU minimum system

图4 主程序流程图Fig.4 The flow chart of main program

为验证GPS定位系统的可靠性，将装有该防盗系统的车辆停放某固定场所。用设置好的终端手机发送指令"GPSDat"，将会实时接收到车辆的定位信息。如图6所示：其中3953.288122为纬度，11623.484043为经度，度分格式为（dddmm.mmmm）；090231.000 为时间， 格式为（hhmmss.sss），此时间为格林威治时间，与北京时间有8小时时差；A分别代表有效定位和自主定位模式。将获取的信息输入谷歌地图[7]，可以发现与实际车辆停放位置吻合，如图7所示。

图5 系统实物图Fig.5 The diagram of material object

图6 终端接收GPS信息Fig.6 GPSinformation on the terminal equipment

图7 谷歌地图定位结果Fig.7 Positioning results of Google maps

5 结 论

基于GSM/GPS的网络式汽车防盗系统可以将位置信息、报警信息和车辆其他信息发送到车主设定的终端设备。大大降低了汽车被盗风险，以及在被盗后追回车辆的精度。该系统可作为单独产品加装于任何型号的车辆上，性价比极高。在实际环境中对系统的定位精度做了测试，测试结果显示该系统运行良好，所提供的定位数据精准可靠。系统整体创新性主要体现在，该系统可与车辆原有普通电子防盗器配合使用，既提高了报警的可靠性，又降低了成本。

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[3]黄艺，胡善岳，何芊，等.基于Android平台的移动通讯设备的GPS定位研究[J].激光杂志，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.

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[7]文志成.通用分组无线业务-GPRS[M].北京:电子工业出版社，2004.