2012年大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)論文_答辯精選02_GPS汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計

1、GPS汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計 GPS vehicle anti-theft system design 摘要 近年來，對機動性強、數(shù)量眾多的移動目標(biāo)進行有效監(jiān)控防盜、緊急救援和提供各種信息效勞的需求，在客運、公安、銀行、物流等行業(yè)表現(xiàn)得尤為突出。GSM數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得人們能夠?qū)σ苿幽繕?biāo)進行全國范圍、實時、全天候的監(jiān)控防盜。將GPS定位技術(shù)和GSM相結(jié)合，具有廣泛的應(yīng)用前景。 本系統(tǒng)分為車載局部和用戶 兩局部。車載終端利用模塊化的思想進行設(shè)計，主要包括DSP中央處理模塊，GPS模塊，GSM模塊，檢測控制模塊。構(gòu)建此硬件平臺實現(xiàn)了用戶與車載系統(tǒng)的通信，使用戶通過 短消息對汽車的狀態(tài)進行監(jiān)控，

2、結(jié)合車載終端安裝的GPS接收機獲取地理位置信息，從而實現(xiàn)了全方位的汽車定位與防盜。 本文軟件局部介紹了GPS通信協(xié)議NMEA-0183，短消息收發(fā)格式，AT指令及源代碼開放的嵌入式操作系統(tǒng)。最后設(shè)計了主要應(yīng)用程序，如GPS數(shù)據(jù)采集處理、GSM模塊數(shù)據(jù)傳輸以及狀態(tài)檢測控制模塊等。通過引入實時操作系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的實時性和可靠性；將系統(tǒng)功能任務(wù)化，便于軟件后期維護與修改。1. 概述1.GPS技術(shù)的開展?fàn)顩r2.GPS的主要功能3.設(shè)計目標(biāo) 1.1 GPS技術(shù)的開展?fàn)顩r GPS技術(shù)在車輛跟蹤與防盜方面的應(yīng)用，興起于20世紀(jì)80年代末的歐美興旺國家，至今已有十幾年的歷史。從應(yīng)用實踐看，利用GPS技術(shù)對移

3、動目標(biāo)進行跟蹤監(jiān)控能夠為車輛應(yīng)用單位帶來管理上、經(jīng)濟上的效益，并且實現(xiàn)實時報警的防盜系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)車載防盜系統(tǒng)可靠性低、誤報率高的缺點,取得了良好的效果。這些國家的政府部門也對GPS在車輛應(yīng)用方面從政策上，經(jīng)費上給予支持，因此，GPS在車輛應(yīng)用方面越來越普及。在我國GPS技術(shù)應(yīng)用于車輛管理斷斷續(xù)續(xù)也將近十年了，但效果卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如國外成功。 1.2 GPS的主要功能 導(dǎo)航功能：也即是電子地圖功能，這個功能才是GPS的正統(tǒng)功能。車主只要輸入起點和終點，該系統(tǒng)便立即將兩地之間的最正確捷徑指給車主。 反劫功能：車主尤其是出租車開到郊外，如果遇到幾個悍匪劫車，也不再是孤軍奮戰(zhàn)。有強大的GPS系統(tǒng)支持，車主

4、只要按下報警開關(guān)，車輛會向監(jiān)控中心發(fā)出遇劫報警。如果報警開關(guān)被悍匪發(fā)現(xiàn)并遭到破壞時，遭破壞的系統(tǒng)能自動發(fā)出報警信號，監(jiān)控中心便立即啟動實現(xiàn)自動跟蹤系統(tǒng)，立刻將車輛的位置信息反響給110，以便對車主進行及時營救。 防盜功能：當(dāng)車主離開車輛，車輛處于平安設(shè)防狀態(tài)時，如果有人非法開啟車門或發(fā)動車輛，車輛會自動報警，此時車主 、車輛監(jiān)控中心同時會收到報警 ，不勞車主費腦傷神，監(jiān)控中心的值班人員會立即聯(lián)系110報警；且車輛自動啟動斷油、斷電程序。1.3 設(shè)計目標(biāo) 隨著人們生活水平的提高，汽車逐漸進入了普通家庭，中國各大城市的汽車保有量逐年增加。同時,汽車被盜、被搶也成為一個較為嚴(yán)重的社會問題。雖然各類汽

5、車防盜/報警器在汽車上的應(yīng)用在一定程度上解決了汽車的平安問題，但隨著盜賊手段的提高，大多的報警器容易迅速被破壞。汽車報警的方式多為燈光閃爍和喇叭鳴響，車主不一定能得到報警，周邊的居民卻被嚴(yán)重干擾。此外，盜賊破壞報警器，盜走汽車后，外觀稍加改動，汽車就如石沉大海，無法追蹤了。為了解決這些問題，本設(shè)計利用GPS監(jiān)控的方式跟蹤汽車位置，在被盜情況下可利用GSM短信模塊隨時向車主或公安部門發(fā)送汽車的GPS定位，加快破案速度。 2. 通信平臺的選擇 目前，車輛防盜系統(tǒng)的通信平臺有常規(guī)通信網(wǎng)、集群通信網(wǎng)、GSM網(wǎng)、CDPD( Cellular Digital Packet Data，蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù))網(wǎng)以

6、及GPRS網(wǎng)等多種方案。 1常規(guī)通信網(wǎng):常規(guī)通信網(wǎng)信道利用率低，通常采用大區(qū)制，覆蓋范圍小，僅適用于構(gòu)建小系統(tǒng)。 2集群通信網(wǎng):集群通信網(wǎng)雖然信道利用率比常規(guī)通信網(wǎng)有所提高，但是信道建立需要時間，系統(tǒng)在TDMA(時分多址)傳輸模式下，容量過大時系統(tǒng)的實時性得不到保證，并且誤碼率相對較高。 3CDPD網(wǎng):CDPD網(wǎng)雖然傳輸速度快，但其建網(wǎng)范圍相對較小。 4GSM短消息:GSM短消息業(yè)務(wù)的通信方式是目前用的較多的一種，因為其覆蓋范圍大，并且可以全國漫游。 5GPRS網(wǎng):GPRS具有傳輸速率大，頻率利用率高，誤碼率幾乎為零，支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且支持漫游等特點。 綜合傳輸速率、頻率利用率、網(wǎng)絡(luò)時延、

7、覆蓋范圍、性價比等多方面的考慮，選用GSM網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)通信平臺。3. GPS汽車防盜系統(tǒng)功能實現(xiàn)的總體規(guī)劃 移動車輛配備的GPS接收機用以獲取自己當(dāng)前的位置、時間等信息，然后通過通信鏈路向監(jiān)控中心站發(fā)送狀態(tài)和位置等信息；在監(jiān)控中心站，無線接收機接收各子站的位置信息，并通過通信控制器送往電子地圖，顯示各移動車輛的運行軌跡。系統(tǒng)由監(jiān)控軟件及無線通信實現(xiàn)對車輛的狀態(tài)監(jiān)控，這樣就實現(xiàn)了對車輛的監(jiān)控防盜管理。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。 圖2 系統(tǒng)原理圖4. 系統(tǒng)總方案設(shè)計 本系統(tǒng)的共有五大要素構(gòu)成:防盜器車載端、車主、監(jiān)控中心、GSM網(wǎng)絡(luò)和GPS網(wǎng)絡(luò)。其中GSM, GPS兩大網(wǎng)絡(luò)是防盜器車載端、監(jiān)控中心和車

8、主之間交互操作的紐帶和橋梁。 系統(tǒng)由 和車載終端兩局部組成，重點設(shè)計是車載終端，它由硬件和軟件兩局部組成。硬件局部主要由檢測控制模塊，DSP核心控制模塊，GPS模塊，無線通信模塊和液晶顯示模塊等組成。系統(tǒng)具體功能由軟件實現(xiàn)。系統(tǒng)工作原理如下: 車輛狀態(tài)檢測和控制電路與車輛電路相連，并動態(tài)捕獲車輛的實時狀態(tài)傳入系統(tǒng)核心控制模塊(稱為控制中心)，假設(shè)車輛處于正常狀態(tài)，系統(tǒng)不作響應(yīng)，假設(shè)車輛處于不正常狀態(tài)(如被非法侵犯)，控制中心通過無線通訊模塊向車主 周期性發(fā)出相應(yīng)短信，并等待車主通過 發(fā)回的指令，假設(shè)收到控制指令，控制中心通過車輛控制接口對車進行相應(yīng)的控制(如熄火、聲光報警等)；假設(shè)收到查詢位置

9、信息指令，核心模塊通過串口獲取GPS模塊位置信息，然后通過無線通信模塊將信息發(fā)到車主 上。系統(tǒng)硬件設(shè)計的方案 1. DSP核心板 2. GPS接收模塊 3. 無線通信模塊 4. 車輛狀態(tài)檢測與控制 DSP核心板 DSP核心板由 CPU TMS320LF2407A、SRAM、JTAG調(diào)試接口、復(fù)位、晶體振蕩器、PLL電路和MP/MC選擇跳線等組成。TI公司的DSPTMS32OLF2407A有出色的內(nèi)核性能，豐富的外部接口和低功耗。采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，降低了控制器的功耗；40MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到25ns，從而提高了控制器的實時控制能力。片內(nèi)有高達3

10、2KB的FLASH程序存儲器、 1.5KB的數(shù)據(jù)/程序RAM、544雙存取RAM(DRAM)和2KB的單存取 RAM(SRAM)?？蓴U展的外部存儲器總共有192KB的空間：64KB的程序存儲器空間、64KB的數(shù)據(jù)存儲器空間、64KB的I/O尋址空間。有高達40個可單獨編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳(GPI0)。由于LF2407A只有一個串口，為此系統(tǒng)用8251擴展一個串口，分別用于與無線通訊模塊和GPS模塊通訊。另外在系統(tǒng)中增加了液晶顯示模塊，LCD采用 1602，可以顯示2行字符，每行16個字符，主要用來顯示經(jīng)緯度，時間等信息和提示信息。 GPS接收模塊 在系統(tǒng)中使用臺灣 Holux GR-

11、85 GPS模塊負(fù)責(zé)接收定位信息，信息經(jīng)DSP處理以后，顯示在車載LCD上，同時根據(jù)用戶控制指令可以通過無線通訊模塊將經(jīng)緯度、時間、日期、車速等信息發(fā)送給用戶 。GPS模塊通過擴展的串口與DSP通信。 無線通信模塊 系統(tǒng)中使用SIEMENS的MC39i模塊，MC39i是新一代的雙頻GSM/GPRS無線模塊，是目前使用廣泛的 MC35i GSM模塊的環(huán)保型升級換代產(chǎn)品。它采用緊湊型設(shè)計，完全兼容于上一代MC35i產(chǎn)品，為用戶提供了簡單、內(nèi)嵌式的無線連接。MC39i有豐富的AT命令，功能強大，操作靈活方便，是繼GSM 外又一種非常重要的GSM移動通信系統(tǒng)的終端設(shè)備。MC39i通過串口與DSP通信。

12、 系統(tǒng)通過該模塊與車主 實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)的傳輸。車主 主要是獲取車輛的狀態(tài)信息，同時也可實現(xiàn)對車輛的遠(yuǎn)程防盜控制，如車輛的斷火等。在系統(tǒng)中主要是采用短信的方式實現(xiàn)對車輛的遠(yuǎn)程無線防盜控制。但在較大規(guī)模的車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，為了增強系統(tǒng)的實時性，那么可采用該模塊的GPRS傳輸功能，不過這種方案在一定程度上會提高系統(tǒng)的本錢。 車輛狀態(tài)檢測與控制 主控板上增加與汽車控制檢測板的接口。通過檢測接口，主控板能獲取汽車的當(dāng)前狀態(tài)，如車門的開、關(guān)狀態(tài)，汽車是否啟動等。根據(jù)這些狀態(tài)，系統(tǒng)能對車輛實施相應(yīng)的控制，主要是汽車雙蹦燈、報警喇叭和斷火的控制。車輛的狀態(tài)信息可直接連入主控板CPU的I/0口，通過讀CPU對應(yīng)

13、的I/0口，獲取車輛的狀態(tài)。對車輛的控制那么不能直接連接主控板CPU的I/0口，必須在I/0口上連接繼電器，通過繼電器實現(xiàn)對車輛的控制。 系統(tǒng)軟件設(shè)計的方案 系統(tǒng)要求通過 實現(xiàn)車輛的防盜控制，基于系統(tǒng)確定的硬件方案，軟件應(yīng)實現(xiàn)如下幾局部功能:(l)車輛狀態(tài)的檢測；(2)車輛的控制；(3)短信的收發(fā)功能；(4)GPS數(shù)據(jù)的采集。 由于系統(tǒng)控制較復(fù)雜，為了增強系統(tǒng)性能和簡化軟件開發(fā)，軟件移植了嵌入式實時操作系統(tǒng)c/os-，在該操作系統(tǒng)下，設(shè)計了系統(tǒng)的主要任務(wù)函數(shù)，包括GPS定位信息采集，車輛狀態(tài)檢測控制，短消息數(shù)據(jù)收發(fā)等。 軟件任務(wù)設(shè)計 系統(tǒng)控制任務(wù)的主要功能是GPS定位信息提取，GSM模塊數(shù)據(jù)收

14、發(fā)，檢測車輛狀態(tài)等，主要任務(wù)設(shè)計如下。1.GPS數(shù)據(jù)采集模塊： GPS模塊與擴展串口(串口1)相連，硬件設(shè)置為:波特率9600bPs，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位。GPS模塊工作之前，必須先初始化串口。GPS每1s更新一次輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)長度固定。本系統(tǒng)采集RMC格式的數(shù)據(jù)，RMC的格式及具體含義在前面做了詳細(xì)的介紹。 根據(jù)GPS數(shù)據(jù)的特點，GPS數(shù)據(jù)采集思想如下:首先查找?guī)^$GPRMC，一旦找到幀頭，標(biāo)志位置位，表示己接收到幀頭；在接收到幀頭的情況下，判斷接收的字符是否為幀尾，如果接收的字符不是幀尾，把其放進GPS的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，同時判斷己接收的字符長，如果己接收字符長超過80，認(rèn)為己

15、接收的所有數(shù)據(jù)無效，重新開始接收；如果接收的數(shù)據(jù)為幀尾，認(rèn)為接收到完整的幀，進行校驗，判斷接收的數(shù)據(jù)是否正確，如果正確，寫入GPS緩沖區(qū)；如果不正確，拋棄，重新開始接收。該函數(shù)停止執(zhí)行的條件是 :串口1的接收緩沖區(qū)讀空。 下面給出GR-85采集數(shù)據(jù)流程，如圖3。2.短消息收發(fā)模塊 短信的接收:當(dāng)有短信到來時，MC39i將發(fā)送“+CMTI: “SM,N給DSP的串口，其中N為短信編號。如第8條，那么N為8，串口收到短信后，處理函數(shù)先根據(jù)“+CMTI:“SM，8的內(nèi)容解析出收到的短信的ID為8，打包成“Ar+CMGR=8的命令發(fā)給MC39i模塊，過一段時間，該模塊返回ID號為8的短信，其內(nèi)容為“+

16、CMGR:“ REC UNREAD， “，“07/05/15，12:27:29+32， #8734closedoor#OK。為了確?？刂频暮戏ㄐ裕绦蛳葘Πl(fā)送過來的短信號碼進行合法性檢查，只有與設(shè)定的 號碼相符合的短信的內(nèi)容才作為控制命令處理，而對于其他的短信，都給予屏蔽掉，阻止錯誤操。經(jīng)過過濾號碼之后程序?qū)⒃摲祷氐膬?nèi)容進行數(shù)據(jù)提取，將命令數(shù)據(jù)提取出來，該例中的內(nèi)容為“closedoor，于是DSP根據(jù)提取出的命令來驅(qū)動外圍控制電路進行控制工作。當(dāng)控制結(jié)束之后，程序?qū)l(fā)送“AT+CMGD=8命令給MC39i模塊，目的是將剛剛收到的短消息刪除，當(dāng)成功刪除后，MC39i模塊返回“OK，程序接收到該條返