【正文】 ................ 29 附 錄 ................................................................................................................................... 30 致 謝 ................................................................................................................................... 55 1 1 緒論 論文 研究的目的和意義 近年來，隨著我國人民生 活水平的不斷提高和汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車已迅速成為人們的工作和 生活中不可缺少的代步工具，但車輛的頻繁被盜又成為當(dāng)今普遍關(guān)注和急需解決的社會(huì)問題。雖然各種各樣的汽車防盜技術(shù)已得到普遍應(yīng)用，但傳統(tǒng)的汽車防盜 裝置已不適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的要 求，主要存在以下 幾點(diǎn) 不足：防盜方式比較單一；報(bào)警范圍??；容易產(chǎn)生誤報(bào)； 其聲控報(bào)警的噪音干擾周圍居民生活等等。 我國目前已建成了覆蓋全國的 GSM 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)， 是公眾陸地移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。短消息業(yè)務(wù) SMS(Short Message Service)是 GSM 數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供的主要電信業(yè)務(wù) ，它通過無線控制信道進(jìn)行傳輸，是 GSM 通信網(wǎng)所特有的。短消息業(yè)務(wù)是利用短消息業(yè)務(wù)中心的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)功能，直接把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送 到短消息中心，由短消息中心再發(fā)送給最終 接收端 ，這種方式非常適合于將采集到的數(shù) 據(jù)隨時(shí)發(fā)送到手機(jī) (或監(jiān)控中心 )。短消息業(yè)務(wù)可以 查詢 網(wǎng)絡(luò)端被叫方是否已經(jīng)收到短消息，如果傳送失敗，被叫方?jīng)]有回答確切消息，網(wǎng)絡(luò)一側(cè)會(huì)保留所發(fā)的消息，一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)被叫方能被叫通時(shí)，消息重發(fā)以確保被叫方能收到。由此可見，短消息業(yè)務(wù)是 GSM 網(wǎng)絡(luò)的一種傳遞可靠性高的電信業(yè)務(wù)。 GPS 是 20 世紀(jì) 70 年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過 20 余年的研 究實(shí)驗(yàn)，耗資 300 億美元，到 1994 年 3 月，全球覆蓋率高達(dá) 98%的 24 顆 GPS 衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，在美國，單單是汽車 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)， 2021 年后的市場將達(dá)到 30 億美元，而在我國，汽車導(dǎo)航的市場也將達(dá)到 50 億元人民幣。可見， GPS 技術(shù)市場的應(yīng)用前景非?？捎^。 本文研究的汽車遠(yuǎn)程防盜報(bào)警系統(tǒng) 就 是利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)的短消息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，用于對汽車運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控，并利用 GPS 導(dǎo)航定位模塊通過 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) 隨時(shí)監(jiān)測查詢汽車的當(dāng)前位置。 重點(diǎn)探討通過采用 處理器 控制 GSM 模塊進(jìn)行短消息收發(fā)的實(shí) 現(xiàn)和 GPS 定位數(shù)據(jù)的提取 過程。其中 GSM 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的 低收入、高效率的特性帶動(dòng)起一個(gè)全新的通訊技術(shù)的推廣應(yīng)用 ，而隨著 GPS 定位技術(shù)的發(fā)展，GPS 技術(shù) 被 廣泛應(yīng)用到 車輛的定位與導(dǎo)航系統(tǒng)中。 隨著移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，利 2 用移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制有著越來越廣闊的理論和實(shí)踐方面的研究價(jià)值，基于GSM 短信收發(fā)模塊的車載防盜系統(tǒng)就是充分利用了移動(dòng)通信技術(shù)，它區(qū)別于一般報(bào)警系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)在于它能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)雙向通信和不受地域范圍的限制。這種車載防盜系統(tǒng)具有一般防盜器的普遍功能又具有 GPS 的定位功能，還能利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)及時(shí)安全控制 等特點(diǎn)，是一種值得廣泛應(yīng)用的車輛防盜系統(tǒng)，具有其廣闊的市場前景。 汽車防盜系統(tǒng)的現(xiàn)狀以及發(fā)展方向 國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外汽車防盜技術(shù)起步較早，主要原因是國外汽車保有量很大，而且盜竊案件逐年上升，廣大汽車用戶對汽車 在 防盜性能方面有更高的需求，另一方面國外政府也針對汽車防盜性能制定了嚴(yán)格的法律法規(guī) ， 同時(shí)微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的進(jìn)步也推動(dòng)了汽車制造廠商對汽車防盜技術(shù)進(jìn)行研究和升級。相反，國內(nèi)對汽車防盜技術(shù)的研究起步較晚，但對新技術(shù)的跟進(jìn)十分迅速，特別是對 GPS、 GPRS、 GSM、短信、RFID 以及跳碼等最新技術(shù)在汽車防盜上應(yīng)用進(jìn)行了卓有成效的研究。 最初的防盜設(shè)備為機(jī)械防盜裝置，它是市面上最簡單最廉價(jià)的一種防盜器。其原理很簡單，只是將轉(zhuǎn)向盤和控制踏板、擋柄或車輪等鎖住。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜、安裝簡便；缺點(diǎn)是防盜不徹底，每次拆裝麻煩，不用時(shí)還要找地方放置。 比較常見的有轉(zhuǎn)向盤鎖、排擋鎖和車輪鎖。 之后推出了電子 防盜報(bào)警裝置，它克服了機(jī)械鎖只能防盜不能報(bào)警的缺點(diǎn)。主要靠鎖定點(diǎn)火或起動(dòng)來達(dá)到防盜的目的，同時(shí)具有聲音報(bào)警等功能。汽車電子防盜器一般都具有遙控功能，安裝隱蔽，操作簡便，但容易誤報(bào)，不能從根本上解決 車輛丟失問題。 同時(shí) 隨著科技的發(fā)展，汽車電子防盜器 也 增加了許多方便、實(shí)用的附加功能?，F(xiàn)在市場上出現(xiàn)了 一種 具有雙向功能的電子防盜器，它不僅能由車主遙控車輛，車輛還能將自身狀態(tài)傳送給車主。 現(xiàn)在的最新技術(shù)是基于 GPS 全球定位系統(tǒng)和移動(dòng)公司 GSM、 GPRS 以及短消息技術(shù)的綜合防盜系統(tǒng)，這是國內(nèi)外目前最先進(jìn)的防盜系統(tǒng)，具有車輛定位、反劫報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)防盜、人工導(dǎo)航等功能， 同時(shí)可以 利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 的優(yōu)勢，對所在車輛實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)程防盜和追回，這一功能機(jī)械式和電子式都 是 無法做到 的 。 汽車遠(yuǎn)程防盜報(bào)警技術(shù)的發(fā)展 趨勢 3 未來汽車防盜系統(tǒng)將向多功能化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化和便捷化發(fā)展。 多功能化就是在 一輛車上使用兩種或兩種以上的防盜技術(shù)， 用來 增加竊賊 的盜竊難度 和 延長其作案時(shí)間，迫使竊賊 最后 放棄 盜竊 。如超安超音波傳訊鎖 就是 屬于機(jī)械式防盜器和電子防盜器的組合： 其中 方向盤鎖利用鋼制材質(zhì)制造 而 不易鋸斷 ,感應(yīng)器采用 震動(dòng) 感應(yīng)與 超音波 感應(yīng) , 在收到異常狀態(tài) 時(shí)，將會(huì)第一時(shí)間 呼叫車主 ,距離可達(dá) ～3 公里。 在汽車未來發(fā)展中 ， 只有網(wǎng)絡(luò)化 能 進(jìn)行遠(yuǎn)程跟蹤、遙控并在 竊賊得手后找回被盜汽車，因此汽車防盜 的 網(wǎng)絡(luò)化是大勢所趨，是主流發(fā)展產(chǎn)品。在 GPS 定 位、 GSM、電子地圖這些技術(shù)的基礎(chǔ)上未來 還可能和可視化設(shè)備 相融合，從而 實(shí)現(xiàn)對竊賊進(jìn)行拍照取證；另一方面通過和公安機(jī)關(guān)的機(jī)動(dòng)車防盜警務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)向警方報(bào)警 的 功能。 在可視化方面 主要有兩種設(shè)備： （ 1） 秘密照像機(jī)，該照像機(jī)體積極小，可隱蔽安裝在汽車內(nèi)。秘密照下盜賊強(qiáng)行進(jìn)入汽車的影像，并通過全球定位系統(tǒng)，傳送到控制中心隨時(shí)掌握車輛所在的位置及盜賊的動(dòng)向，以便抓獲 。 （ 2） 微型間諜相機(jī)，該相機(jī)體積小，可以安在汽車 的任何部位而不被人發(fā)現(xiàn)，并且能在很弱的光線下工作，同時(shí)可拍攝多達(dá) 12 幅的照片，與蜂窩式無線電 話網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接之后可將闖入汽車盜賊的照片直接傳送到控制中心，使盜賊立即被辨認(rèn)出來，以供警方采取相應(yīng)的措施。 便捷化， 在車主離開汽車后汽車可 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)車門的加解鎖和車窗玻璃的升降，如最新的 PKE 技術(shù)，也 被 稱 為 “被動(dòng)式免鑰匙進(jìn)入”技術(shù)，車主將“智能鑰匙”放入口袋或皮包中隨身攜帶后，可以實(shí)現(xiàn)車主 一旦 離開汽車超過 米系統(tǒng) 就 將自動(dòng)為 車主鎖好車門并伴有聲光提示。 如果 在 下車時(shí)沒有關(guān)好車門，系統(tǒng)會(huì)有聲光報(bào)警提醒 車主回去關(guān)好車門。如果 車主 忘記了關(guān)車窗，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)為 車主 升窗。當(dāng)需要開車時(shí)，不用做任何操作直接可以開啟車門。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及 本論文的主要研究內(nèi)容 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車防盜技術(shù)與其他新技術(shù)的不斷相融合，開發(fā)出一種性價(jià)比高的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，使汽車防盜報(bào)警產(chǎn)品的實(shí)用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性得到進(jìn)一步提高。 汽車遠(yuǎn)程控制防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路是：當(dāng)啟動(dòng)防盜報(bào)警模式后，系統(tǒng)中的傳感器檢測模塊便處于工作狀態(tài)，一旦傳感器檢測到相應(yīng)的外界干擾信號，系統(tǒng)便被觸發(fā)，單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷處理后，利用無線網(wǎng)絡(luò)將短消息發(fā)送至用戶手機(jī)（或監(jiān) 4 控中心），告知車輛遭受外部入侵或盜竊，并將車輛的當(dāng)前位置提取出來發(fā)給車主，以便車主即時(shí)的采取防 范措施。 在實(shí)際 實(shí)現(xiàn) 時(shí)，由于傳感器的尋找問題 ，故將傳感器 數(shù)據(jù)采集 這一塊暫時(shí)省略，用一短消息 ―Start‖命令 來代替 啟動(dòng)報(bào)警 。 論文的主要內(nèi)容： 首先介紹了 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，在這一章中我將要完成整個(gè)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)和 PCB板的制圖，將會(huì)介紹在實(shí)際的防盜報(bào)警器中所要用到的各類傳感器 以及系統(tǒng)所要用的GPS 導(dǎo)航 定位 器和 GSM 短信收發(fā)模塊。 接著介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)包括短信收發(fā)方式及其初始化方式， GPS編碼格式，整個(gè)系統(tǒng)的 軟件 流程圖 ，每個(gè)模塊的 設(shè)計(jì)思路及流程圖。 最后 是對整個(gè)做好的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，首先用 keil 對 整個(gè)軟件程序進(jìn)行了編譯，再下載到模塊上進(jìn)行調(diào)試，最后得出了我想要的結(jié)果。 2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 汽車的防盜系統(tǒng)由車主手機(jī)、 GSM 通信模塊、中央處理模塊、 GPS 導(dǎo)航模塊、RS232 通訊接口等組成，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如下所示。 圖 21 系統(tǒng)的總體框圖 GSM 網(wǎng)絡(luò) GSM 通訊模塊 車主手機(jī) 中央處理模塊 GPS 導(dǎo)航模塊 數(shù)據(jù)采集模塊 5 處理器 的選用 簡介 系統(tǒng)選用的中央處理模塊是 NXP（恩智浦半導(dǎo)體）公司生產(chǎn)的 LPC1768，它是基于第二代 ARM CortexM3 內(nèi)核的微控制器，是為嵌入式系統(tǒng) 應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高性能、低功耗的 32 位 微處理器，適用于儀器儀表、工業(yè)通訊、電機(jī)控制、燈光控制、報(bào)警系統(tǒng)等領(lǐng)域。 其操作頻率高達(dá) 120MHz，采用 3 級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，帶獨(dú)立的本地指令和數(shù)據(jù)總線以及用于外設(shè)的稍微低性能的第三條總線，使得代碼執(zhí)行速度高達(dá)，并包含 1 個(gè)支持隨即跳轉(zhuǎn)的內(nèi)部預(yù)取指單元。 LPC1768 的外設(shè)組件 包含 512KB 的 Flash 存儲(chǔ)器、 64KB 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)MAC、 USB 主機(jī)∕從機(jī)∕ OTG 接口、 8 通道的通用 DMA 控制器、 4 個(gè) UART、 2 條CAN 通道、 2 個(gè) SSP 控制器、 SPI接口、 3 個(gè) 2IC接口、 2輸入和 2輸出的 2IS接口、 8通道的 12 位 ADC、 10 位 DAC、電機(jī)控制 PWM、正交編碼器接口、 4 個(gè)通用定時(shí)器、6輸出的通用 PWM、帶獨(dú)立電池供電的超低功耗 RTC 和多達(dá) 70 個(gè)的通用 I/O 管腳。 特性 LPC1768 有 100 個(gè)引腳， 其引腳布局如下圖所示。 圖 22 LPC1768 的引腳布局 其特性如下： （ 1） 可在高至 100MHz 的頻率下運(yùn)行，并包含一個(gè)支持 8 個(gè)區(qū)的 存儲(chǔ)器單元 ； 6 （ 2） 具有在系統(tǒng)編程和在應(yīng)用編程功能的 512KB 片上 Flash 程序存儲(chǔ)器 ； （ 3） 64KB 片上 SRAM； （ 4） 12 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ ADC） ，可在 8 個(gè)管腳間實(shí)現(xiàn)多路輸入，轉(zhuǎn)換速率高達(dá) 1MHz,并具有多個(gè)結(jié)果寄存器 ， 12 位 ADC 可與 GPDMA 控制器一起使用 ； （ 5） 10 位 數(shù) 模 轉(zhuǎn)換器 （ DAC） ,具有專用轉(zhuǎn)換定時(shí)器，并支持 DMA 操作 ； （ 6） 單個(gè) （ ） ； （ 7） 可采用 100 腳和 80 腳 LQFP 封裝。 通用異步收發(fā)器（ UART） LPC1768 總共有 4 個(gè) UART， UART0\UART1\UART2\UART3,本系統(tǒng)總共用了其中的 3 個(gè)。所有通用異步收發(fā)器中 均含有 16 字節(jié) FIFO,且接收器 FIFO 觸發(fā)點(diǎn)可為 8 和 14 字節(jié)；內(nèi)置波特率發(fā)生器，通過除數(shù)鎖存器 LSB 和 MSB 寄存器可以設(shè)置波特率，也可以 通過測量接收數(shù)據(jù)流中的 1 位所消耗的時(shí)間，來自動(dòng)設(shè)置除數(shù)鎖存寄存器；支持 DMA 的發(fā)送與接收；支持 RS458/EIA458 的 9 位模式和輸出使能。 UART 主要有 14 個(gè)寄存器，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要用了其中的 7 個(gè)寄存器 。 接收緩沖寄存器 RBR：它包含了最早接收到的字符，并且可通過總 線接口進(jìn)行讀取 ,為只寫寄存器。 發(fā)送保持寄存器 THR：它是 TX FIFO 中的最新字符，可通過總線接口進(jìn)行寫入，當(dāng)字節(jié)達(dá)到 FIFO 的出口并且發(fā)送器就緒時(shí)，字節(jié)就會(huì)被發(fā)送，其也為只寫寄存器。 除數(shù)鎖存器 DLL 和除數(shù)鎖存器 DLM： 除數(shù)鎖存器決定了串行口的波特率， DLL與 DLM 一起構(gòu)成了一個(gè) 16 位除數(shù) ,其中 DLL 包含了除數(shù)的低 8 位而 DLM 包含了除數(shù)的高 8 位 。通過設(shè)置這個(gè) 16 位除數(shù)就可以得到 UART 的波特率， 本系統(tǒng)中將波特率設(shè)置 為 115200bps。 中斷使能寄存器 IER：用于使能 3 個(gè)中斷源，字符接收超時(shí)中斷、 THRE 中斷 、RX 線中斷，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)將前兩個(gè)中斷開啟。 中斷標(biāo)識寄存器 IIR：識別等待處理的中斷，包括線錯(cuò)誤。 線控制寄存器 LCR：確定了發(fā)送或接收數(shù)據(jù)字符的格式 。 線狀態(tài)寄存器 LSR：確定了發(fā)送或接收的狀態(tài)信息。 7