【基于單片機的汽車報警裝置設計13000字（論文）】

PAGE20PAGE基于單片機的汽車報警裝置設計摘要本文根據目前汽車防盜設備所面臨的問題及市場應用前景提出新型汽車防盜系統(tǒng)的設計方案，并基于現有GSM廣泛分布網絡及高精度GPS定位技術設計汽車防盜警報系統(tǒng)。本系統(tǒng)以STM32為控制單元，利用GPS定位汽車的方位，并在此基礎上通過GSM模塊向車主發(fā)送方位信息。車主可通過手機鎖定解鎖，且能方便快捷的進入防盜狀態(tài)及關閉防盜狀態(tài)。當報警被觸發(fā)時，能以最快速度向主人手機發(fā)送短消息以便報警無聲。車主可通過收發(fā)短信，將控制消息發(fā)送到自己的防盜設備上。通過監(jiān)測繼電器運行情況來切斷電源或者燃料而強制車輛停車。GPS模塊也可采集車輛位置信息以文字形式發(fā)送給車主手機。通過上述方式，本實用新型能夠讓車主及時發(fā)現車位相關信息，更便于汽車被偷之后對車主進行跟蹤。關鍵詞：STM32；GPS；GSM目錄10476第1章緒論 16395第1.1節(jié)研究背景 110238第1.2節(jié)研究現狀 12837第1.3節(jié)研究內容 226716第2章技術基礎 322544第2.1節(jié)GSM的通信技術 3247792.1.1GSM技術簡介 3132562.1.2子系統(tǒng)功能簡述 3218112.1.3GSM系統(tǒng)信道分類 415360第2.2節(jié)GPS技術 561122.2.1GPS定位技術 5161552.2.2GPS衛(wèi)星定位的基本原理 655772.2.3GPS技術特點 730158第3章系統(tǒng)的硬件電路設計 93587第3.1節(jié)系統(tǒng)的結構框圖 912103第3.2節(jié)系統(tǒng)的功能需求 95573第3.3節(jié)STM32單片機 9111583.3.1STM32單片機結構特點 10219393.3.2STM32單片機的引腳與接口 1032351第3.4節(jié)控制器電路設計 124673第3.5節(jié)電源電路設計 1225630第3.6節(jié)加速度傳感器接口電路 1324685第3.7節(jié)震動傳感器電路模塊 141666第3.8節(jié)執(zhí)行部分電路設計 1512585第3.9節(jié)GSM電路模塊 1520653第3.10節(jié)GPS電路模塊 1528968第3.11節(jié)汽車供油控制模塊 1614933第3.12節(jié)防盜報警模塊 1710212第3.13節(jié)復位電路模塊設計 1826912第4章系統(tǒng)軟件的設計與實現 196178第4.1節(jié)系統(tǒng)軟件結構設計 1916816第4.2節(jié)傳感器模塊軟件設計 1913623第4.3節(jié)GSM通信模塊軟件設計 2036424.3.1GSM任務處理過程 2071344.3.2發(fā)送短信息處理過程 21201204.3.3接收并處理短信息 2229286第4.4節(jié)GPS模塊軟件設計 2497884.4.1GPS任務處理過程 24295494.4.2GPS接收機初始化 24159824.4.3GPS數據的接收和處理 2516284第5章系統(tǒng)測試方案 2726549第5.1節(jié)GSM模塊測試 2713806第5.2節(jié)GPS模塊設計 2923397第5.3節(jié)振動傳感器測試 2920364第6章總結 3018076參考文獻 31第1章緒論第1.1節(jié)研究背景隨著經濟的發(fā)展以及人們生活水平的提高，推動了汽車成為了人們生活必需品，調查表明，我國汽車擁有量正以年均20%的速度遞增。卻促使汽車被竊事件頻發(fā)。從當前國內形勢來看，汽車盜竊現象出現的頻率越來越高，盜車也以漸漸常見，雖然防盜產品與技術在最近幾年得到了飛速發(fā)展，但是仍然無法完全規(guī)避盜竊行為。以傳統(tǒng)警報系統(tǒng)為例，其問題主要表現在警報噪聲污染嚴重、警報間間隔時間較短、甚至出現虛假警報等。所以，為切實提升防盜水平，行業(yè)內研究人員創(chuàng)造出先進防盜設備，并將其運用到汽車領域當中，在研究和開發(fā)這些先進防盜技術時，傳感器技術發(fā)展到今天，無疑是起著舉足輕重的輔助作用。此外防盜技術的進步對汽車電子技術的發(fā)展也有一定的推動作用。多數家用轎車已安裝汽車防盜系統(tǒng)，據已有資料抽樣調查表明：被盜失竊汽車中約近一半裝有汽車防盜系統(tǒng)；加州被盜機動車安裝防盜裝置超過加州車輛總數的1/3。這些已有統(tǒng)計數據已可以很好地表明，當前市場上汽車防盜系統(tǒng)還不夠健全。而線上模式防盜系統(tǒng)屬現代技術，其主要原理就是利用線上模式進行汽車門鎖切換，發(fā)動機啟停，定位以及遠程車況上報等各項功能具體實施方法。線上模式防盜系統(tǒng)最重要的優(yōu)點，主要在于打破對地理方位間的束縛。家用汽車一旦被偷或者發(fā)生不可分辨的狀況時，系統(tǒng)終端設備便發(fā)出訊號，當現代指揮中心從GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)獲取到這些訊號之后，便會對運動目標進行經緯度，車速等參數的推算，操縱汽車發(fā)動機，使其停止工作，并通過多方力量緊密配合，將失竊汽車追繳回來。所以說，中國汽車防盜產品升級換代是勢在必行。第1.2節(jié)研究現狀汽車防盜裝置顧名思義就是適用于汽車的安全裝置，以避免汽車丟失和防止汽車被盜。當前，汽車防盜裝置類別繁多，可根據防盜機制和防盜手段的不同加以分類。汽車防盜設備可分為單向裝置和雙向裝置兩種，它們之間最大的差別是能反饋汽車實時信息；根據防盜機制的不同，防盜裝置可分為車輪鎖，換擋鎖，門鎖，制動鎖，油門鎖和方向盤鎖幾種形式。在此基礎上，可按設備結構和動力分為網絡，電子，機械和芯片四類防盜設備。就目前防盜裝置市場判斷，未來汽車防盜裝置發(fā)展趨勢正不斷趨近智能化和數字化，智能化和數字化技術正被深入運用于汽車防盜中。按傳統(tǒng)地排序，第一代汽車防盜裝置防盜原理是單向電子防盜，這種產品目前仍占主要市場份額。借助于特定遙控器，實現了對某一空間內車輛進行上鎖，開鎖和警報。該型防盜裝置具有安裝方便，可實現自主斷電，成本低等優(yōu)點；與其他防盜裝置相比，其主要缺點是：容易受外界信號干擾，損壞率高。第2代防盜裝置是一個雙向控制器，可在互聯網幫助下將車輛當前狀態(tài)發(fā)送到車主手中，遠程控制距離遠。若行駛中發(fā)生情況，車輛可自動向車主發(fā)送車輛情況（覆蓋地點，車窗開啟信息，車輛行駛狀態(tài)等信息）。它的優(yōu)勢總結為以下幾個方面：可以實現遠程監(jiān)控并根據車輛的當前狀態(tài)進行自動化的啟動和停止；這種防盜裝置缺點是：安裝太復雜，造價高，耗費高功率。第三代防盜裝置就是引入芯片技術的防盜裝置，芯片技術也是今后開發(fā)的重點。芯片防盜，就是給汽車的引擎上鎖。芯片防盜裝置最大優(yōu)點體現在：防盜系數大，密碼獨特；另一方面這種防盜裝置質量低劣主要表現在：因防盜裝置系原來汽車廠制造，破損或密碼鑰匙遺失不便維修，只有退廠。第四代汽車防盜裝置產生于互聯網高度發(fā)達的背景下，其核心防盜機制就是將汽車的點火系統(tǒng)鎖死，而又可以憑借GPS定位幫助防盜，失車后，失竊車輛實時信息被直接發(fā)送到有關報警中心。第四代汽車防盜裝置最大優(yōu)點是：時效性更強、功能更全；缺點是：運營成本及月服務成本居高不下；另外，這種防盜裝置網絡連接是多方面性的，且聯網裝置質量差，而安裝費用比較昂貴。以此為基礎，藍牙應用開始進入第四代防盜裝置，這將會帶來新的優(yōu)點。第1.3節(jié)研究內容本論文的重點工作就是通過GSM通信技術以及GPS定位技術對一看汽車防盜系統(tǒng)進行設計，并通過軟、硬件設計最終完成一個滿足設計需求的系統(tǒng)。

第2章技術基礎第2.1節(jié)GSM的通信技術2.1.1GSM技術簡介通常雙頻網絡特指DSC1800與GSM900這兩個GSM標準。兩種系統(tǒng)中DSCl800工作頻率是1800MHz和GSM900工作頻率是900MHz。雖然工作頻率不一樣，但是其作用卻近乎一致。起初，GSM900在我國得到了應用，但伴隨著經濟與制造業(yè)的不斷發(fā)展，連接需求也漸漸變成了全球性。GSM900的網絡頻率不能滿足日益增長的用戶及通信需求。為了提高頻段來解決上述問題，在我國首次提出DCS1800來解決高流量地區(qū)通道不暢問題，并在GSM900基礎上利用DCS1800作為輔助模型構建了一個通用網絡雙頻。從GSM900到DCS1800波段范圍內，用戶手機只需支持多頻段運行，就可以實現用戶無障礙切換。頻段選擇取決于手機對信道資源的占用。頻段切換的時候不會另行通知，通話質量得到很大的提高。為緊跟這一發(fā)展潮流，把握這一機遇，擴大市場份額，眾多移動通信設備紛紛著手研發(fā)生產支持多個頻段的各類手機。2.1.2子系統(tǒng)功能簡述網絡交換子系統(tǒng)（NSS）包括以下功能系統(tǒng)TMSC:TMSC或TransitMSC為移動交換中心，用于流量傳輸。GMSC:GMSC就是MSC網關的一種，又稱網關移動交換中心。主要用于與其它電信運營商的設備連接和接口（包括移動運營商間為多種業(yè)務進行互聯）。它能從HLR中得到被叫MS當前所處的狀態(tài)。MSC移動交換中心：MSC作為整個通信網絡中的核心網元，在NSS網絡子系統(tǒng)中實現或者參與全部功能。對呼叫進行管理與連接、提供計費信息、對整個GSM網絡各功能實體進行協調與管理。MSC可以直接或通過GMSC移動網關提供公共交換電話網（PSTN）、綜合業(yè)務數字網（ISDN）、公共數據網（PDN）等固定網絡接口功能，將移動用戶與移動用戶連接起來。移動及固定網絡用戶；VLR訪客位置寄存器：VLR為數據庫，儲存其管轄下MS呼入呼出電話。所需獲得的資料、用戶所簽約服務相關資料及其他服務如顧客編號、位置區(qū)域之識別、向顧客提供服務之參數等。所述VLR為其控制范圍內移動用戶的數據庫。所述系統(tǒng)將關于所登記移動用戶信息存儲到管理區(qū)域內，并且向所登記移動用戶提供呼叫連接建立所需條件。用戶在進入VLR控制區(qū)域后會收到VLR，并且會儲存從HLR中獲取到的需要的數據，其中記錄有移動用戶家鄉(xiāng)的位置信息。當用戶走了以后，VLR上的用戶數據會被移除。VLR和MSC一般都在相同的地方；歸屬位置寄存器HLR:HLR是存放手機用戶數據的靜態(tài)數據庫。包含用戶標識號、可訪問性、用戶類別等服務數據。同時還將與VLR相對應的動態(tài)數據保存到移動用戶所在位置。開羅美國大學身份驗證中心：開羅美國大學儲存身份驗證信息及加密密鑰，以防未經授權訪問系統(tǒng)及無線接口數據被竊取；EIR設備標識登記：EIR國際移動設備標識代碼。IMEI將通過白名單、灰名單、黑名單等3種形式進行檢查，以防未經許可的用戶進入網絡。對存在缺陷設備的操作進行監(jiān)控，保障網絡運行安全等作用；短消息中心（SMSC）：短消息中心就是向用戶提供短消息服務。HLR,AUC,EIR一般與設置在相同的物理實體上。基站子系統(tǒng)（BSS）包括以下兩個功能系統(tǒng)：BSC基站控制器：BSC是BSS基站子系統(tǒng)的控制部分。主要完成了接口管理、BTS與BSC之間的地面信道管理、無線參數、無線資源管理測量與統(tǒng)計切換等功能，為呼叫控制操作與維護功能的實現提供支持；BTS：通過BSC基站控制器對BTS基站的發(fā)送器與接收器進行控制。它隸屬于基站BSS子系統(tǒng)中的無線部分——服務于某一小區(qū)的無線電發(fā)送器與接收器設備。為實現BTS-MS移動臺空中接口功能，BTS分為基帶單元、載波頻率單元、控制單元3個部分?；鶐卧糜谝纛l數據的速率調節(jié)、信道編碼與解碼。載波頻率單元，主要用來進行調制/解調和發(fā)送器-接收器耦合。這個控制臺是為BTS的運行與維護服務的。運行與支持子系統(tǒng)：運行與支持子系統(tǒng)由運行與維護中心、網絡管理中心組成。它以專用線路與MSC、BSC、HLR等網絡單元相連，記錄、采集全網運行過程中的各類數據，對全網各單元運行過程進行監(jiān)控、性能管理、狀態(tài)報告、故障檢測。移動臺（MS）：移動終端為用戶和系統(tǒng)的接口設備，包括移動終端、SIM卡兩個部分。移動臺為用戶進行移動通信的直接通信設備，有車載與便攜式（移動電話）之分，移動臺為無線電發(fā)射機與接收機終端設備。SIM卡作為用戶識別單元存儲了用戶所需要的全部信息。SIM卡只有使用者才有。當SIM卡插在任意一部手機中時，就會形成用戶移動終端。2.1.3GSM系統(tǒng)信道分類GSM包含有12個系統(tǒng)：（1）GSM系統(tǒng)的組成部分網絡子系統(tǒng)，基站子系統(tǒng)和移動臺3個核心構成GSM數字蜂窩通信系統(tǒng)。該網絡子系統(tǒng)主要包括如下6個部件：第1個部分為身份驗證中心；第二部分為身份驗證中心。第二部分為訪問者網站記錄；第三部分為運維中心。第四部分為設備的識別記錄；第五部分為移動中轉中心。第六部分為網站中網站記錄?；究刂茊卧˙SC）和基站發(fā)送與接收站（BTS）組成通信基站系統(tǒng)；（2）GSM模塊的號碼與區(qū)域編碼、地址編碼、識別編碼。①區(qū)域劃分按地理位置可分為基站區(qū)域、移動交換控制區(qū)域（MSC區(qū)域）、小區(qū)、位置區(qū)域（LA）、通用陸地移動通信網（PLMN）服務區(qū)域和GSM服務區(qū)域。②識別號碼GSM網絡的構成不是很簡單，前面已經說過了，其核心是由2個系統(tǒng)和1個移動臺共同構成。這個通信平臺同時也支持本地電話網絡用戶、遠程本地網絡用戶、國際遠程網絡用戶以及ISDN用戶之間進行通信，所以號碼識別方法也必須不同。由綜合業(yè)務數字網（ISDN）或公用交換電信網（PSTI）發(fā)起到GSM網絡的呼叫用一個總長度在15個比特以下的MS工SDN來代表，具體辦法如下：MSISDN=CC+NDC+SN，式中末位SN代表二用戶號碼，中位NDC指代國內地區(qū)碼，CC指代國家碼，中國大陸地區(qū)是86。第2.2節(jié)GPS技術2.2.1GPS定位技術GPS是世界公認的全球定位系統(tǒng)之一。它利用24顆衛(wèi)星形塑全球定位系統(tǒng)，實時采集世界各地的比例尺及測量信息。GPS包括3個不同標準系統(tǒng)：（1）空間部分，也稱為GPS衛(wèi)星星座。24個GPS衛(wèi)星構成空間部分。有24顆衛(wèi)星均勻分布于6條軌道平面內。同軌道兩顆衛(wèi)星相差一定是90。衛(wèi)星在相鄰的軌道上必須彼此間隔40度。全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星星座這一分配辦法也能保證全球覆蓋任務。在同一塊地面上，因時間不同，可觀測衛(wèi)星就不一樣，這樣就造成了在一個地區(qū)內多個地點都能夠看到同一個衛(wèi)星，最多涵蓋12顆，最少的時候，還有四顆。希望在GPS衛(wèi)星定位基礎上，計算出時間和空間三維坐標，須用4顆或更多衛(wèi)星，并以其為基礎建立起一個坐標系，為了操作當前地點，從而得到準確的結果，這樣的定位模式叫做定位星座。（2）地面監(jiān)視系統(tǒng)，即在地面上接收衛(wèi)星信號的設備。監(jiān)視系統(tǒng)包括主要控制站，一個監(jiān)視站和一個注射站組成。它們的分工是不同的，其中監(jiān)視站負責整個系統(tǒng)的運行狀態(tài)，而注射站則負責對系統(tǒng)內的部件進行檢測，注入站主要負責運行主站收到的衛(wèi)星信號，定時存入內存，同時也負責向各監(jiān)視站發(fā)送指令，監(jiān)控站P碼接收器具有精確時鐘，以及對編碼或數據進行度量。主控制工作就是對各監(jiān)視站所收到的信號進行總結，根據需要選擇合適的數據和指令發(fā)送給注入站，同時還能與其它站交換數據，計算對應參數，發(fā)送至注入站。（3）GPS接收器，它是用戶的定位單位。從定位衛(wèi)星上采集信號，是GPS信號接收裝置的一項職能。以判斷接收信號是否特異，必須在接收機內安裝一個或多個天線陣列，一定要先確定一個具體接收仰角的截止角度。同時也要求移動衛(wèi)星的跟蹤，以確保其與發(fā)射天線保持在相同高度上，有對接收到的衛(wèi)星信號進行放大，變換等作用，有采集衛(wèi)星上設定碼，能將所接收到的數據進行處理，從而實現對運動目標的檢測與識別等一系列應用，坐標丟失時間可推算，在不增加設備成本情況下提高了定位精度，直接得到衛(wèi)星信號在東部、西部、南部、北部和上部的3D空間坐標，在下方加速度協調信息和時間同步坐標，通過這些數據就能夠得到該接收機的位置，使用者可選購GPS接收器，以取得該資料，以及利用該信息進行定位參數的計算。2.2.2GPS衛(wèi)星定位的基本原理GPS衛(wèi)星定位方法很多，且每種方法各有利弊，國際上應用最廣泛的是相位定位法，多普萊定位法和偽距定位法等。其中利用相位定位法與多普勒定位法解算得到的GPS坐標信息精度高，但代價較大，一般應用在精度要求比較高的情況下，利用GPS與手機定位單元進行偽距定位的方式基本天天有。雜散距離定位方法多應用于時間測量中，自衛(wèi)星發(fā)出信號至地球開始統(tǒng)計時，地面GPS接收器收到信號后隨即回傳響應信號，衛(wèi)星收到響應信號時不再統(tǒng)計。空氣傳播速度不變，衛(wèi)星與GPS接收器之間的距離可按距離二（時間*速度）/2公式計算，因為各組件時鐘不同，傳輸信號時存在一定延時，而且這些誤差都比較固定，因此系統(tǒng)能夠通過計算將誤差只可能降低。要觀測某一地區(qū)的位置信息需要采集若干接收器的監(jiān)視數據來核實，即差分定位（DQA）.DQA主要分為相位觀測量與偽距測量2種方法，在工程上測量與大地測量均適合于首先作相位觀測量后定位。2.2.3GPS技術特點GPS無線電定位是建立在地球外太空24顆衛(wèi)星上的，所以它具有應用廣泛、操作方便、功能多、實時定位、精度高等諸多優(yōu)點。（1）全球全天候行動由于衛(wèi)星的位置在地球表面上方約22,000km的位置，因此實現測量的衛(wèi)星面積非常寬，并且由于衛(wèi)星的位置更加全面，因此可以在世界任何角落同時觀察到它。其中包括四顆衛(wèi)星，所以它們在世界范圍內的地位近乎盲目。早期的常規(guī)無線電通信在通過對流層和電離層時，經常遇到干擾，因此GPS衛(wèi)星選擇L波段作為信號傳輸波段，成功地避開了大氣干擾。目前GPS定位系統(tǒng)在惡劣天氣條件下不會受到干擾，能夠時刻記錄位置及信息，從而能夠在全球范圍內全天候作業(yè)。（2）定位精度好如何對導航定位系統(tǒng)進行性能優(yōu)越和精度夠高的評估是個很重要的因素。信號傳播時可能出現誤差，直接施加衛(wèi)星可以較好的消除誤差。GPS系統(tǒng)在定位精度上因為增加了精密時鐘，空間技術等一系列前沿前沿技術才有保障，并且隨著計算機處理能力的不斷增強以及測量技術的不斷發(fā)展，操作精度也會得到進一步提升。（3）可以提供3D坐標對海拔、平面坐標等資料，以往測量方法都是分別采用，利用GPS可準確測量出被測點3D坐標。當前GPS測量水平能夠達到四度。（4）功能多樣，適用范圍廣導航及測量領域都離不開GPS系統(tǒng)，其中速度及時間的測量就是它的主要作用。時間測量誤差不得大于0.1us,速度測量誤差不得大于0.lm/s。系統(tǒng)升級后可適用GPS的地區(qū)會越來越大。（5）使用簡單方便GPS接收器設備的發(fā)展速度非?？欤詣踊潭群芨?，操作的程序也比較容易；由于采用新材料，該機在體積大幅縮小的同時質量也有所減輕，因此可以解放出更多的接收器用途。工作量大。（6）觀察時間短通過全球定位系統(tǒng)定位技術等應用軟件得到了快速的發(fā)展與提高。而如今在固定定位距離低于20千米的情況下，僅需要20分鐘以內。若參考站距各流動站距離在15千米以內，只要定位時間小于2分鐘，流動站將動態(tài)工作，再對各站點進行監(jiān)測只需要1個循環(huán)。（7）有利于防止干擾和保密GPS應用了偽隨機噪聲代碼，這在通信領域中是一種先進的技術，所以在將信號發(fā)送到接收器時有很好的加密性，但也具有相當強的抗干擾能力。

第3章系統(tǒng)的硬件電路設計第3.1節(jié)系統(tǒng)的結構框圖從系統(tǒng)設計要求及總體設計方案來看，主要框圖見圖3-1。系統(tǒng)包括主控制芯片、超聲波傳感器、繼電器組件、蜂鳴器、GSM通信模塊。圖3.1系統(tǒng)結構框圖第3.2節(jié)系統(tǒng)的功能需求以STM32為核心的汽車防盜報警系統(tǒng)包括如下幾大部分：探測部分、接觸部分、位置部分、控制部分、電源部分等。檢測部對車輛的違規(guī)行為進行檢測并且顯示車輛的狀態(tài)信息。定位部分主要是獲取車輛的位置信息，例如經緯度信息等，這是通過GPS模塊實現的。GSMTelematicsModule實現了無線數據傳輸?？刂撇糠种饕獙Χㄎ徊糠?、接觸部分以及檢測部分進行運行與控制。電源部分實質上是對系統(tǒng)各部分供電。GPS控制部分處理器與GSM系統(tǒng)模塊處理器之間采用串行端口相連，電路檢測部分及輔助電路可直接采用STM32處理器中I/O端口。GSM模塊在接收到命令后可通過串口向STM32處理器發(fā)送短消息對對應數據進行處理，并采集GPS接收器模塊的消息，再通過SMS方式發(fā)送給主人手機。第3.3節(jié)STM32單片機STM32F103C8T6作為32位微控制器擁有以ARM核心閃存512K字節(jié)、72MHz工作頻率、內置高速內存、豐富擴展I/O端口和與2條APB總線相連的外圍設備。ARM的CortexTM-M3采用32位RISC處理器可以提升代碼效率，在8位、16位典型系統(tǒng)存儲空間內充分展示ARM核心高性能。3.3.1STM32單片機結構特點STM32系列單片機采用Cortex-M3內核，而在結構上又有許多改進，從而使性能有所提高，但也使代碼密度Thumb-2指令集與中斷響應緊禍合嵌套向量中斷控制器。本系列單片機片集成512KFlash存儲器，使工作時節(jié)點及程序采集的數據能夠保存下來：72MHZ為其工作頻率；包括三個通用16位定時器，一個PWM定時器，一個USB接口，一個CAN，兩個SP工，三個USART和兩個工°C；采用五個通用串行接口可與PC上位機進行指令與數據通信，采用兩個12位ADC可使聲傳感器采集到的信號從模擬變?yōu)閿底?，再傳輸給單片機IO執(zhí)行運算處理，單片機在運行過程中支持低功耗工作方式，睡眠方式及停機方式3種，還內置快速中斷控制器，減少中斷之間延遲時間。這種低功耗工作方式很適合于該系統(tǒng)。芯片上有四種不同封裝，從48腳至100腳不等，根據封裝器件內部外設配置不應一樣。芯片供電電壓為2V-3.6V，工作時溫度為一40度~150度。這種單片機在改善性能，簡化復雜編程的同時也改善了性能，降低功耗與成本。3.3.2STM32單片機的引腳與接口電子技術的正處于高速發(fā)展中，低電壓，高性能，通用性及價格低廉是STM32單片機在保持高集成度及開發(fā)簡單等特點下，使STM32非常適合各種中小項目及完整平臺的解決方案。STM32的引腳圖如圖3.2。此外，LQFP這一可靠性強的包裝被用作STM32微控制器包裝，使單片機穩(wěn)定性得到了增強，該封裝的外形尺寸小、寄生參數低、多數管腳能有復用功能。圖3.2STM32引腳圖STM32引腳可以分為這么幾大類：（1）電源引腳：引腳圖中的VDD、VSS、VREF+、VREF-、VSSA、VDDA等都屬于電源引腳。（2）晶振引腳：引腳圖中的PC14、PC15和OSC_IN、OSC_OUT都屬于晶振引腳，不過它們還可以作為普通引腳使用。（3）復位引腳：引腳圖中的NRST屬于復位引腳，不做其他功能使用。（4）下載引腳：引腳圖中的PB3和PB4以及PA13、PA14、PA15屬于JTAG或SW下載引腳。但它們也可用作普通引腳或特殊功能，特定功能可在芯片數據手冊中查閱，并在手冊中提供額外的功能描述。當然STM32串口功能引腳可以當下載引腳。（5）BOOT引腳：引腳圖BOOT0與PB2（BOOT1）同屬BOOT引腳，PB2也可用作普通管腳。BOOT0與BOOT1電平確定起動，不同電平STM32會選用不同起動方式。（6）GPIO引腳：STM32多數引腳為GPIO引腳如引腳圖PA,PB,PC,PD均為GPIO。并且每一個端口都有16個引腳，比如PA端口，它有PA0-PA15。其他端口如PB、PC等也是如此。第3.4節(jié)控制器電路設計MCU為控制器主要部件，可對GSM模塊、GPS模塊、傳感器進行控制,GPS接收器與MCU之間通過RS232、CC2430協調器與GSM模塊相連。MCU同時與防盜報警電路及車輛供油控制電路相連，利用輸入/輸出端口會斷開供油而開啟車輛報警電路。單片機能夠實現對系統(tǒng)的整體操作，對系統(tǒng)進行基本的控制。即信息向GPS單元收發(fā)，GSM單元向SMS收發(fā)。GSM模塊，GPS模塊與STM32串口通訊。圖3.3單片機最小系統(tǒng)圖第3.5節(jié)電源電路設計對一個系統(tǒng)來說，它的正常工作依賴于一個恒定電源。所以電源單元設計對系統(tǒng)功能至關重要。汽車電池的電壓是12v,本系統(tǒng)需12v、5v、3.3v及可調電源備用。繼電器工作電壓12V;單片機工作電壓3.3V,采用TPS70633作為穩(wěn)定電壓,GPS模塊與GSM模塊工作電壓5V,且GSM工作時需負載較多的電流才能保證連接穩(wěn)定，原本需采用LM2576-5.0供電5伏。LM2576系列芯片為半導體公司制造，輸出電流為3A,降壓穩(wěn)壓集成電路。LM2576由放大器、比較器、熱關斷、電流限制電路、內部穩(wěn)壓器電路、參考穩(wěn)壓器等組成。其能耗很低，需要散熱器小甚至可忽略。圖3.4所示是控制部分的電源電路。圖3.4控制部分電源電路第3.6節(jié)加速度傳感器接口電路加速度計與系統(tǒng)相連，主要用于探測汽車的不正常運動，所以在汽車不正常運行過程中，不論在東西向、南北向或垂直方向上運動，傳感器均要對應輸出信號。經過對電路參數的對比分析，本系統(tǒng)選用MMA7660FC為運動檢測傳感器。所述傳感器為3軸加速度傳感器。MMA7660FC有3種工作模式可供選擇：待機、活動、關機。這三種模式的工作電流相對較小，從而降低了功耗。關機模式下的電流消耗為0.4μA，待機模式下的電流消耗為2μA，活動模式下的采樣速度為1/s，唯一的電流消耗為47μA。當MMA7660FC加速器傳感器完成加速信號的轉換后，INT（中斷引腳）將產生低電平。這時微控制器可從I2C總線上獲取加速度有關參數。操作簡單便捷，易于實施。圖3.5是MMA7660FC加速度傳感器的電路。圖3.5加速度傳感器電路第3.7節(jié)震動傳感器電路模塊當汽車搖晃的時候，該系統(tǒng)自動給目標手機發(fā)送信息，其傳感器電路如圖3.6中所描述的那樣，其工作流程如下所示：1.未檢測到外部振動時；傳感器產生低電平信號，綠色指示燈點亮；2.當檢測到振動時，傳感器輸出高電平信號并關閉綠色指示燈。3.傳感器直接連接到SMT32，用于直接檢測高電平和低電平信號。圖3.6震動傳感器電路第3.8節(jié)執(zhí)行部分電路設計本電路具有以下作用：當汽車出現異常情況，使用者手機可發(fā)送信息，從而導致汽車不能正常行駛和失竊，配合GPS和其他定位設備顯著增強汽車防盜性能。為了控制汽車發(fā)動機在行駛過程中停止工作，僅需對汽車電子噴射系統(tǒng)電源進行控制，繼電器即可實現這一功能。在電子車輛噴射裝置電源上增加常閉繼電器，并可采用繼電器控制方式對電源進行實時控制。然而STM32引腳驅動能力比較弱，所以不能直接驅動繼電器，所以需要中間繼電器來傳遞。中間繼電器接合面見下圖3.7。圖3.7中間繼電器電路第3.9節(jié)GSM電路模塊電源芯片與手機卡插槽位于后側，電源接口可接入5V-26V直流電壓，但最大電流要超過2A才能使sim300正常使用。sim300模塊波特率具有自適應功能，通常無需設定，可以根據所發(fā)波特率對內部波特率進行調整。模塊通電后需要按下復位按鍵三秒，待藍燈亮時松開，這時sim300就會正常啟動。第3.10節(jié)GPS電路模塊系統(tǒng)采用高性能CPS模塊，靈敏度高、響應速度快、使用方便、接線方便。表3.1GPS模塊接線說明表序號名稱說明1RXD塊串口接收腳，可接單片機的TXD2TXD模塊串口發(fā)送腳，可接單片機的RXD3GND地4VCC電源2.7V-5.0V此外模塊還自帶狀態(tài)指示燈PPS。指示燈與UBLOXNEO-6M中TIMEPULSE接口相連，此接口輸出特性可由軟件進行設定。PPS指示燈，默認情況下（未由軟件設置），有兩種情況：1.持續(xù)點亮，表示設備已啟動，但尚未到達定位位置。2.閃爍（關閉100毫秒，持續(xù)900毫秒），表明已成功安裝設備。PPS指示器可用于輕松評估設備的當前狀況，以便于使用。ATK-NEO-6M預設采用NMEA-0183協議來輸出GPS定位數據并可采用UBX協議對其進行分配。通過ATK-NEO-6MGPS模塊，任何單片微型計算機（3.3V/5V電源）都可以很方便地實現GPS定位，也可以連接到計算機上，利用計算機軟件進行定位。ATK-NEO-6M-V12GPS模塊的示意圖如圖3.8表示。圖3.8GPS電路圖第3.11節(jié)汽車供油控制模塊當高電平進入ULN2003A“IN1”引腳后，輸出引腳“OUT1”會產生低電壓。作用在繼電器線圈兩端電壓為++12V,0。這時繼電器的輸出就會被開啟，從而點火電路動作。當低電平輸入ULN2003A的“IN1”引腳時，“OUT1”輸出端子電壓為I2V，繼電器線圈兩端之間沒有電壓差，即沒有電流流過線圈，可以斷開電源繼電器線圈。具體見圖3.9。圖3.9電路原理圖第3.12節(jié)防盜報警模塊本系統(tǒng)采用小型單片機，實現了GPS模塊，GSM通信模塊之間的通訊。在車輛出現異常的情況下，該系統(tǒng)通過GSM模塊迅速給車輛發(fā)送信息，車主能夠及時對車輛進行排查。很遺憾，失車后車主可利用GPS查看汽車位置或發(fā)現失竊汽車。車上裝有電子防盜警報器，可制止小偷的行為。在汽車無振動和異常運動的情況下，事故燈不發(fā)出信號，在無電流流過的情況下汽車喇叭不報警。在汽車受震動或者異常移動的情況下，事故燈發(fā)出信號并通過汽車喇叭報警。當車輛被盜狀態(tài)得到確認后，光禍維持十秒鐘的警報信號，這時TC35會由單片機STM32進行控制并向車主發(fā)送信息。隨后，車主就是否鎖車進行了判斷。具體見圖3.10。圖3.10光耦驅動報警電路原理圖第3.13節(jié)復位電路模塊設計復位電路介紹：鑒于實際應用情況較為復雜，為了避免微控制器工作時不能正常復位而造成不能正確地記錄目前水表數值，故在本設計中采用了專門的3.0V/3.3V低功耗微處理器監(jiān)控電路SP708S。電路設計如圖3.11。圖3.11系統(tǒng)上電復位模塊電路設計

第4章系統(tǒng)軟件的設計與實現第4.1節(jié)系統(tǒng)軟件結構設計主控制單元在整個系統(tǒng)中處于核心地位，對有關單元進行分配、控制、管理。在每個單元設備上執(zhí)行初始化操作，首先是防御臂，如部署不成功，警報不起作用，部署成功，警報被激活，傳感器啟動探測，對傳感器進行取樣，取樣異常，取樣持續(xù)，取樣正常，GSM單元調用，與GPS單元相連，調用中繼單元。其中GPS模塊與中繼單元之間還由用戶的指令控制來執(zhí)行。主程序流程圖見圖4.1。圖4.1主程序流程第4.2節(jié)傳感器模塊軟件設計傳感器單元在系統(tǒng)防盜系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。設備初始化開始后，系統(tǒng)處于防盜狀態(tài)下啟動，處理器將持續(xù)對傳感器狀態(tài)進行查詢。所述系統(tǒng)與所述振動傳感器相連。在有振動的情況下傳感器輸出高電平。當處理器探測到高電平信號時，則進行對應運算。它的軟件設計流程圖見圖4.2。圖4.2傳感器模塊程序流程圖第4.3節(jié)GSM通信模塊軟件設計與GSM任務相關的過程包括啟動GSM設備，處理SMS和發(fā)送SMS。在此詳細介紹部分功能模塊的設計。4.3.1GSM任務處理過程整個軟件設計中，GSM的有關處理都是通過主程序指派給計劃任務來完成。GSM任務程序流程圖見圖4.3：微控制器須與GSM串行端口相連，通過串行端口運行來控制裝置。首先判斷是否配置了GSM模塊（如果沒有被配置，該裝置不能接受移動網絡）。組態(tài)成功之后，可對SMS進行接收處理，再關閉GSM串行端口，退出工作。若沒有配置，格式化之后需讓它收到短消息。圖4.3GSM任務流程圖4.3.2發(fā)送短信息處理過程在SMS發(fā)送程序中，其過程見圖4.4。發(fā)送SMS應用程序意味著向GSM單元發(fā)送AT命令“AT+CMGS=\”數字“\r”，其中數字是接收SMS的手機號，如果GSM單元在發(fā)送短消息時允許接收此短信，則該字母將返回“>短消息內容會被發(fā)送給GSM單元。如不返回“>”，則需要重新發(fā)送SMS應用程序。在程序設計中，這不是無限循環(huán)。發(fā)送5次后，如果設備仍然無響應，請設置全局變量以指示需要初始化設備。能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。圖4.4發(fā)送短信息流程圖4.3.3接收并處理短信息本模塊為GSM任務核心中的一個。它的程序流程圖見圖4-5。短信處理時，對短信關鍵詞進行判斷以達到短信處理是否合理。所設計命令代碼結構簡單，使用方便。圖4.5短消息處理流程圖第4.4節(jié)GPS模塊軟件設計4.4.1GPS任務處理過程與GPS打交道的工作是該系統(tǒng)工作中的一項。其功能是從串行端口讀取GPS信號信息，確定是否檢測到并定位了GPS信號，如果是，則獲取GPS位置，速度，時間數據和其他信息。若否，則持續(xù)進行檢測查詢。GPS任務流程圖見圖4.6。圖4.6GPS任務流程圖4.4.2GPS接收機初始化GPS接收器一定要配置到整個系統(tǒng)的啟動過程中，也就是GPS接收器被設定到規(guī)定的運行狀態(tài)下。本設計GPS接收器只輸出指定位置格式且速率設定19200b/s。程序流程圖見圖4.7。由于GPS模塊的默認速率為4800b/s，因此要設置GPS接收器，應將串行端口速率設置為4800b/s，以便可以正確設置GPS模塊。圖4.7GPS初始化流程圖4.4.3GPS數據的接收和處理當GPS接收器被啟動并且被正確地設定好之后，只需在此期間電源不間斷，GPS接收器便開始不斷地將GPS數據從串行端口送出。所以當你需要收到GPS數據的時候，只要將GPS接收器與處理器串行端口相連就可以得到GPS數據。經由串行端口接收數據保存于ReceiveBuffer數據緩沖區(qū)。為了得到完整GPS數據需要對ReceiveBuffer長度進行設定。僅查看GPS模塊，ReceiveDatasize的值應設置為GPS數據的最大長度的雙倍。程序流程圖見圖4.8。圖4.8GPS數據接收和處理

第5章系統(tǒng)測試方案通過對GSM模塊、GPS模塊、振動傳感器和繼電器模塊的測試，說明各模塊能夠實現各自的功能，但是系統(tǒng)能否完成所設計要求的防盜報警功能，還需要對系統(tǒng)整體進行測試。第5.1節(jié)GSM模塊測試（1）測試條件:GSM模塊、串口調試助手軟件、SIM卡一張(插入系統(tǒng)的SIM卡座中)將電話卡裝入底面的電話卡插槽。把電源接入電源接口，按下電源開關，此時電源指示燈亮，證明電源正常了。（2）測試儀器:5V-2A電源、帶串口的電腦一臺；（3）測試方法:GSM模塊要通過串口跟電腦連接，打開串口調試助手。①短信模式設置:手動發(fā)送AT+CMGF=1回車，數據接收為AT+CMGF=1。測試如圖5.1所示。圖5.1短信模式設置②選擇TE特性設置:手動發(fā)送AT+CSCS="GSM’回車‘數據接收為OK.測試如圖5.2所示。圖5.2TE特性設置③寫手機號:手動發(fā)送AT+CMGS="+8615290081523’回車.數據接收為:AT+CMGS="+8615037123156"圖5.3寫手機號④發(fā)送短信息內容:手動發(fā)送HELLO~回車。接收數據:+CMGS:33測試如圖5.4所示。圖5.4發(fā)送短信信息內容（5）數據測試及結果分析:通過以上的測試，短信的發(fā)送和接收過程可以通過串口調試軟件，在調試串口顯示處理，表明GSM模塊工作正常。第5.2節(jié)GPS模塊設計(1)測試條件:GPs模塊(2)測試儀器:5V-2A電源或電池，STM32實驗開發(fā)板;(3)測試方法:把測試程序下載到實驗開發(fā)板的芯片里，GPS模塊的四個接口分別接到開發(fā)板上。測試前將模塊放置到靠近窗戶的位置或者戶外，上電后藍色指示燈亮，觀察藍色指示燈均勻閃爍，說明模塊定位成功。(4)數據測試及結果分析:在液晶屏上顯示經度為:東經109.12102，緯度為北緯21.48297;高度為45.7m所接受到的定位信息最終在開發(fā)板的顯示屏上。通過測試，只要GPS模塊定位成功，經緯度信息就是可以實時、快速地在屏幕上顯示處理。這些成果都是由STM32控制器的強大處理數據能力帶來的。第5.3節(jié)振動傳感器測試(1)測試條件:給振動傳感器周圍一個振動。(2)測試儀器:5V-2A電源;(3)測試方法:模塊上電后輕輕敲打振動傳感器。(4)數據測試及結果分析:此時振動傳感器接收到信號后產生一個高電平，指示燈亮。表明系統(tǒng)振動傳感器模塊工作正常。如圖5.5所示圖5.5指示燈信號

第6章總結為解決市面上傳統(tǒng)自動防盜設備易受干擾、防盜效果弱等不足，設計出基于網絡車輛防盜系統(tǒng)。完成的主要工作有：（1）本文對汽車防盜系統(tǒng)現狀進行了分析，闡述了它的優(yōu)點和防盜系統(tǒng)存在的不足，在未來發(fā)展過程中利用好現在的優(yōu)點，規(guī)避現在的不足。（2）按照系統(tǒng)的設計目標及圖表可以將該系統(tǒng)劃