STM32和μC/GUI的网络式汽车防盗系统

温宗周,孙骋,段俊瑞,高园平,刘垚

(西安工程大学 电子信息学院,西安 710048)

STM32和μC/GUI的网络式汽车防盗系统

温宗周,孙骋,段俊瑞,高园平,刘垚

(西安工程大学 电子信息学院,西安 710048)

网络式防盗是目前汽车防盗的一大趋势，它能突破距离的限制，进行实时防盗并远程控制。本文中的汽车防盗系统设计正是基于STM32和μC/GUI的网络式防盗系统，GUI触摸屏模块可以在初始化后输入车主手机号码，振动传感器模块可以监控车辆是否出现玻璃被砸、车门被撬的情况。远程网络报警由SIM900A模块和GPS模块共同完成。本系统不仅可以监测车辆是否被盗，还能在车辆被盗后及时获得车辆位置信息，并对车辆进行远程控制。

STM32；SIM900A；远程网络防盗

引 言

汽车工业的飞速发展，使得汽车普及率不断提高，中国自加入自贸组织后，汽车行业经历了10年的黄金发展期。汽车业的繁荣致使汽车越来越多，车辆盗窃案件的发生也在不断增加，2013年，全国共发生汽车失窃案件10万起，平均每天就有300多辆汽车被盗，而且这两年数量呈上升趋势，车辆防盗迫切性越来越凸显出来。基于此背景，国内外各汽车制造商都已在生产汽车的程序中添加了防盗装置。随着信息技术的发展与普及，防盗技术已经和安全、环保、节能一起被列为汽车技术发展的四大研究课题，尤其是在电子信息技术高速发展的背景下，现在的汽车防盗技术正借助先进的嵌入式技术向着更加智能化、人性化、电子化、多元化的方向发展。

远程网络式防盗打破了距离限制的壁垒，能够进行实时的远程防盗，它借助覆盖全球的GPS卫星定位系统以及GSM移动通信网络技术，能够让车辆具有实时定位及报警功能。这种防盗报警系统主要是由车载终端设备将报警信息和定位信息以SMS短信方式发送给车主，同时，车主在接收到报警短信后，可以选择在自己的手机终端上发送SMS短信指令，控制车体内部通过CAN总线进行一系列的防盗措施，这样就可以实现对汽车的实时定位与防盗。

1 系统的整体方案设计

基于STM32和μC/GUI的汽车防盗系统如图1所示。系统与监测相关的功能设计将振动传感器、DCM车门控制、NEO-6M定位模块作为汽车安全状态的监测量，振动传感器和DCM可以监测车辆是否被撬、玻璃被砸等，判断车辆是否被非法入侵，GPS定位模块可以监测车辆是否被非法移动。μC/GUI触摸屏模块用于方便车主输入自己的手机号码，这是开启防盗之前的必要设置。SIM900A模块用来向车主发送实时车辆SMS信息，同时也接收车主远程发出的指令信息。发电机开关节点及油路开关节点通过CAN总线网络与STM32F407处理器进行通信，便于车辆被盗后车主能够马上用手机切断汽车油路及发电机电路，使车辆无法正常行驶。

图1 防盗系统基本结构

防盗系统的整体程序设计如图2所示。车主离开车辆时，启动防盗系统，振动传感器、DCM以及GPS开始工作，如果振动传感器和DCM监测到车玻璃或者车门情况异常，车辆可能被盗；另外，GPS将位置信息每30 s刷新一次，若前后两次位置信息发生改变，车辆也可能已被盗。控制系统根据振动强度、位置信息的改变等判断车辆是否被盗，当系统确定车辆被盗之后，立即使用GSM通信功能，发送报警短信到车主手机，并将GPS定位信息发送给车主，实时通知车主车辆所处位置。GSM短信发送的同时，控制系统自动切断汽车油路，并断开发电机电路，使汽车不能正常行驶。当然，车主也可用手机远程操控车辆的油路开关及发电机电路开关。

图2 防盗功能程序流程图

防盗系统的安装过程中，需要将触摸屏、开关节点以及其他传感器等安装在较为隐蔽的位置，防止在车辆被盗后，防盗系统被盗贼轻松地破坏掉，而失去了其功能。

2 μC/OSII和μC/GUI触摸屏模块

μC/OS-II是一个依靠优先级的可抢占式硬实时内核。其拥有任务调度、任务管理、时间管理、内存管理和任务间的通信和同步等基本功能，是一种完整、可移植、可固化、可裁剪的抢占式多任务内核。μC/OS-II嵌入式系统可用于各类单片机和微控制器。

μC/GUI是一种应用于嵌入式中的图形支持系统。其可以提供优秀的允许处理灰度的色彩管理，还提供一个占用极少RAM并且可扩展2D图形库的窗口管理体系。μC/GUI能提供高效的独立于LCD控制器和处理器的图形用户接口给任何使用LCD图形显示的应用，不管是单任务或是多任务系统环境，任意LCD控制器真实显示或虚拟显示，使用黑白或彩色LCD的应用，它都可以完美的适用。它由于可移植、可配置、高可靠性、轻型、占用资源少、高性能等优点而越来越受嵌入式开发人员的青睐。

为了使网络式防盗系统的输入界面更加友好，方便车主输入手机号码，故而在本设计中采用了μC/GUI图形系统。其软件系统层次结构如图3所示。

图3 μC/GUI软件系统层次结构

μC/GUI在μC/OS-II上的移植内容主要分成4部分：μC/GUI配置文件的参数修改、LCD驱动程序的编写、LCD触摸屏驱动程序编写，以及与μC/OS-II操作系统相关接口部分的修改。在μC/OS-II操作系统上运行μC/GUI图形操作系统，可以使整体设计更加方便、合理、稳定。 其移植过程相对容易，资料众多，本文就不加细述。

本图形界面的设计思路:初始化之后进入密码设置，设置密码以后进入设置车主手机号的界面，有阿拉伯数字0～9,设置完成退出后，如果想修改手机号还需要当初设置的密码。

3 SIM900A模块

与SIM900A模块任务相关的程序包括SIM900A模块的启动、短消息的发送与处理。在此详细介绍功能模块的设计。

3.1 SIM900A模块的启动

SIM900A模块的启动是通过把PWRKEY信号拉低至少一秒以上然后再释放来实现的。SIM900A启动时序如图4所示。

图4 SIM900A启动时序图

程序设计时，启动函数先判断工作状态STATUS处于高电平还是低电平，由图4模块启动时序图可知，STATUS在开启前应处于低电平,所以如果STATUS处于高电平状态，必须要下拉为低电平状态，若是低电平，则按时序在规定时间内拉高。启动程序流程图如图5所示。

图5 SIM900A模块启动程序流程图

3.2 短消息的发送与处理

短消息的应用可以向用户发送报警信息，还可以反馈给车主所需信息，车主也可以通过短信方式向车辆发送指令，指令解码后可以实现对车辆的控制。

短信息收发的实现主要是依据SIM900A旳AT指令。AT指令是一系列以“AT”开头的指令集，符合GSM规范标准，终端设备可以利用AT指令拨打电话、发送短消息、传真和数据业务等至网络终端适配器或数据终端设备。

AT指令一般都结束于固定的字符串。用户发送过的AT指令可以根据其返回值进行判断,对于程序设计具有重要的参考意义。STM32F407微控制器通过UART1读取SIM900A获得的AT指令返回数据。

通过AT命令发送短消息的步骤为:

① 往串口写入命令:AT+CMGF=1,设置短消息发送方式为TEXT模式。

② 往串口写入命令:AT+CACS=电话号码 ,设置服务中心的号码。

③ 往串口写入命令:AT+CMGS=电话号码 ,设置个人手机号码。

图6 短信接收与发送流程图

④ 往串口输入所需发送的短信息内容,最后以0x1A为结束符,SIM900A模块收到0x1A后，就会自动认为以上为一条短信息所需发送的内容。

短消息的收发流程如图6所示。

SIM900A模块发送和接收SMS短消息的方式有如下三种:Block Mode、Text Mode和PDU Mode。其中PDU Mode是手机默认的编码模式，能够支持所有的手机,任何字符集都可以在此种模式下被编辑。PDU Mode又可分为7bit-160、8bit-14及16bit-70三种模式，中文短消息用的就是16bit70模式。

对于短消息的接收，SIM900A模块有自己的反馈响应。在接收到新消息时，SIM900A将自动回复指令:+CMTI:"SM"，INDEX，故而只需判断有没有此类字符，便可得知有没有接收到新消息，在此基础上，就能够进行汽车防盗相关的命令及功能设计。

4 GPS定位模块程序设计

车辆的定位是通过GPS定位模块来实现的，可以通过定位信息来对车辆进行防盗判断，也可在盗窃发生后实时地对车辆进行追踪。定位模块设计的流程如图7所示。

当车主离开车辆后，GPS一直处于接收状态，将GPS实时定位数据处理后存入gps_process_data[]数组中,防盗模式下，系统每30 s将数组中定位数据进行比较，判断车辆是否被非法移动。当用户有定位查询请求时，便将数组中的定位数据发送给用户。

5 振动监测程序设计

振动监测用来判断车辆是否有玻璃被砸、车门被撬等情况发生。在本系统中，振动监测是利用MVS0608.02振动传感器来实现的。该传感器在振动发生时，会根据振动强度输出一组数量和宽度都不等的脉冲。

振动监测过程需要不停地捕捉脉冲，而STM32F4的定时器，除了TIM6和TIM7外，其他定时器都具有输入捕获功能，所以设计中使用STM32F407的TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 4个定时器，去捕获装在车身的4个振动传感器输出的脉冲宽度及数量，通过脉冲宽度及数量来判断车辆状态，辅以DCM车门控制采集的车门闭合信息，能更准确地判断车辆是否被盗。MVS0608.02振动传感器的振动监测程序如图8所示。

图7 实时定位查询流程图

图8 振动监测流程图

当振动发生时，行车安全控制系统会根据振动强度判断车辆状态，若是确认车辆被盗，会立即通过SMS短信向车主报警。

结 语

[1] 石伟松. 汽车防盗技术的现状分析和展望[J]. 科技咨询,2009(27):15-18.

[2] 赵慧娴. 浅谈汽车智能防盗系统[J]. 装备制造技术,2010(11):90-91.

[3] Qiang Liu,HUA Pu-lu,HONG liang-zhang,et al. Research and Design of Intelligent Vehicle Monitoring System Based on GPS/GSM[J]. ITS Telecommunications Proceedings International Conference,2006(5):1267-1270.

[4] 刘克友. 基于网络的汽车防盗系统设计[J]. 大众汽车,2013(1):18-20.

[5] 连文香,席海亮. 禁进入式汽车防盗装置的应用现状与发展特征[J]. 机械研究与应用,2013(1):138-139.

[6] 夏定元,孙裕文,高顺强. 基于GSM和GPS的汽车防盗系统的研究[J]. 武汉理工大学学报,2010,32(23):63-75.

[7] 陈平. 交通监控系统的发展方向-智能运输系统[J]. 辽宁交通科技,2003(2):63.

[8] 吴友宇,秦神祖,梁红. 车用光纤CAN通讯网络研究[J]. 汽车电器,2004(5):8-11.

[9] 陈朋,许勇. 车载防盗与信息娱乐系统集成设计[J]. 现代电子技术,2015,38(9):147-150.

[10] 刘小兵. 基于CAN+GSM平台的汽车防盗报警系统研究[J]. 电子设计工程,2015,23(7):114-117.

[11] 刘波文,孙岩. 嵌入式实时操作系统μC/OS-II经典实例[M]. 北京：北京航空航天大学出版社,2014.

Network Car Alarm System Based on STM32 and μC/GUI

Wen Zongzhou,Sun Cheng,Duan Junrui,Gao Yuanping,Liu Yao

(School of Electronics and Information,Xi'an Polytechnic University,Xi’an 710048,China)

The network security has become thetrend of car alarm,it can break through the limitation of distance,it can anti-theft and remote control in real-time.The car alarm system is based on STM32 and μC/GUI,the GUI touch screen module can help the owner enter the phone number after initialization,the vibration sensor module can monitor whether the vehicle glass is smashed,the door is broken.The remote network alarm is accomplished by the SIM900A module and the GPS module,this car alarm system can not only be used to detect whether the vehicle is stolen,but also to receive the stolen vehicle location information timely and take remote control of the vehicles.

STM32;SIM900A;network car alarm

TP368.1

A

迪娜

2017-01-16)