【文章內(nèi)容簡介】 ，由于它具有極低的功耗、豐富的片內(nèi)外設(shè)和方便靈活的開發(fā)手段，已成為眾多單片機(jī)系列中一顆耀眼的新星。MSP430 系列由于具有 Flash 存儲器，在系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)調(diào)試及實際應(yīng)用上都表現(xiàn)出較明顯的優(yōu)點。這是 TI 公司推出具有 Flash 型存儲器. MSP430 系列單片機(jī)的特點MSP430 系列單片機(jī)還具有以下的顯著特點：（1）低電壓、低功耗MSP430 系列單片機(jī)能夠在穩(wěn)定的工作在 之間，在系統(tǒng)時鐘頻率較低的情況下，其消耗電流能降低到 400us。（2）強大的處理能力MSP430 系列單片機(jī)具有 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，簡潔的內(nèi)核指令系統(tǒng)，當(dāng)工作在 8MHZ 系統(tǒng)時鐘下時，指令周期為 125us。（3）穩(wěn)定的工作性能初始化 TC35延時 5 秒查詢網(wǎng)絡(luò)運營商設(shè)置發(fā)送方式及中心號碼發(fā)送短信息有無 SIM 卡YNMSP430 單片機(jī)中，內(nèi)置看門狗，同時系統(tǒng)能夠在多個時鐘源之間切換，保證系統(tǒng)正常工作。（4）豐富的片內(nèi)資源MSP430 系列內(nèi)置了豐富的片內(nèi)資源模塊，主要包括看門狗（WDT） 、定時器A（TimerA） 、定時器 B（T imerB） 、比較器、串口 0、串口 1（USTRA0,USTRA1） 、 硬件乘法器、模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC） 、基本 I/O、基本定時器等。 MSP430F149 單片機(jī)簡介設(shè)計中所選用的控制核心為 MSP430F149 單片機(jī)是 TI 公司推出的 MSP430 系列單片機(jī)的一種， MSP430F149 單片機(jī)主要特征如下：（1）低工作電壓：。（2）基本的時鐘模塊：高速晶體振蕩器（8MHz） 、低速晶體振蕩器（32768Hz） 、內(nèi)部的 DCO 振蕩器。如圖 24 所示：（3）內(nèi)置的 12 位 ADC。（4）具有 3 個捕獲/比較寄存器的 16 位定時器 Timer A。（5）具有 7 個捕獲/比較寄存器的 16 位定時器 Timer B。（6）多達(dá) 60KB 的 FlashROM 和 2KB 的 RAM。（7）內(nèi)部帶有 256B 的 Flash 存儲器模塊。（8）6 個可配置第二功能的 I/O 端口（P1~P6） 。MSP430F149 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖如 25 所示： 圖 a 低速晶體振蕩器 圖 b 高速晶體振蕩器 圖 24 晶振電路設(shè)計原理圖圖 25 單片機(jī)電路 單片機(jī)處理電路單片機(jī)電路作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，主要是完成與 TC35 等模塊的通信。MSP330F149 與 TC35 之間采用串口 1 進(jìn)行通信。 在單片機(jī)的時鐘設(shè)計上與其他單片機(jī)有一定的區(qū)別，MSP330F149 單片機(jī)采用兩個時鐘輸入，既一個 32KHZ 的時鐘信號，一個 8KHZ 的時鐘信號?？紤]到電源的輸入紋波對單片機(jī)的影響，在電源的管腳增加一個 的電容來實現(xiàn)濾波，以減小輸入端受到的干擾。另外單片機(jī)還有模擬電源的輸入端，因此也要考慮干擾問題，在本系統(tǒng)中的干擾比較小，因此模擬地和數(shù)字地共地，模擬電源輸入端增加一個濾波電容以減小干擾。 系統(tǒng)的定位技術(shù) 定位技術(shù)的選擇目前可以應(yīng)用在車輛監(jiān)控系統(tǒng)的定位技術(shù)很多，例如全球定位系統(tǒng) GPS 技術(shù)、GSM手機(jī)定位技術(shù)等。其中 GPS 定位技術(shù)在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。GPS 技術(shù)的定位精度完全滿足了車輛監(jiān)控的要求。GPS 接收機(jī)種類繁多，價格相對便宜，便于選擇合適系統(tǒng)要求的接收機(jī)。從實現(xiàn)性、精度、成本等方面考慮，系統(tǒng)選擇了 GPS 定位技術(shù)。 GPS 定位系統(tǒng)介紹GPS 是英文 Global Positinging System 的簡稱。它的含義是，利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測距和測時，以構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。GPS 系統(tǒng)包括三部分：空間部分GPS 衛(wèi)星星座；地面控制系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分GPS 信號接收機(jī)。三者有各自獨立的功能和作用，但又是有機(jī)配合而不可缺一體系統(tǒng)。（1）GPS 衛(wèi)星: 空間部分由 24 顆 GPS 衛(wèi)星組成。分布在 20200KM 高空中固定的 6 個軌道上，每個軌道 4 顆。（2）地面控制部分：有一個主控站、5 個全球監(jiān)控站和 3 個地面控制站組成。他們?yōu)樾l(wèi)星提供準(zhǔn)去的衛(wèi)星軌道和時鐘參數(shù)。（3）GPS 接收機(jī) :.主要功能是捕獲衛(wèi)星的一些信息計算出用戶堆在位置的經(jīng)緯度、高度、速度時間等性息。接收機(jī)由接受單元和天線單元組成，而用戶設(shè)備則由接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件構(gòu)成。作為 GPS 用戶主要部件的 GPS 接收機(jī)，用來接收處理 GPS 衛(wèi)星送來的衛(wèi)星位置信息。接收機(jī)又主機(jī)天線、運算單元、輸出通道等部分組成。主機(jī)的核心是由低噪放大器、信道電路、中央處理器、存儲器等組成。在軟件的操作下，接收機(jī)將衛(wèi)星信息接收、采集、放大、識別、存儲、處理，并輸出有用的定位信息、速度信息和時間信息。 GPS 定位基本原理 GPS 定位方法常用的是偽距定位方法，偽距定位測量是基于到達(dá)時間（TOA）測距原理。從已知位置上的衛(wèi)星發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號到達(dá)地面用戶接收機(jī)所需的時間間隔乘以信號傳播速度，可以得到發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的距離。由于衛(wèi)星和接收機(jī)間的時鐘偏差、傳播延遲和其他誤差，不可能測出實際距離，而是偽距。衛(wèi)星和接收機(jī)時鐘的讀時偏差是常數(shù)。為了確定接收機(jī)的位置，接收機(jī)需要知道跟蹤衛(wèi)星的偽距和衛(wèi)星的位置。視在信號傳播時間乘以光速等于偽距。GPS 偽距定位的基本定位原理是：衛(wèi)星不間斷的發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時間信息。GPS 接收機(jī)通過接收觀測范圍內(nèi)的幾個衛(wèi)星，可以得到幾個關(guān)于偽距的方程，將這幾個方程結(jié)合所接收的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理以及計算，可以求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運動速度和時間信息。GPS 偽距定位原理如圖 2－6GPS接收機(jī)接收機(jī)PXYZS1 S2 S3 S4?1?2 ?3?4圖 26 GPS 定位原理由此可見，GPS 定位中，要解決的問題就是兩個：一是觀測瞬間 GPS 衛(wèi)星的位置。二是觀測瞬間測站點至 GPS 衛(wèi)星之間的距離。站星之間的距離是通過測定 GPS 衛(wèi)星信號在衛(wèi)星和測站點之間的傳播時間來確定的。串行數(shù)據(jù)輸出與單片機(jī) URXD0 連接串行數(shù)據(jù)輸入與單片機(jī) UTXD0 連接5V圖 27 GPS 功能電路 GPS 功能電路GPS 只需通過一個 12 針的引腳和系統(tǒng)相連，如圖 27 所示。其中，TXD1 和 RXD1 是通訊端口，為 5V 的邏輯電平，可以直接與 MSP430F149 的串口 0 相連：引腳 10 是供電電源，為了保證其工作穩(wěn)定性，在引腳 10 和引腳 8 間可加一個 10MF 的保持電壓。 防盜系統(tǒng)的設(shè)計本文研究的汽車防盜系統(tǒng)是一個綜合運用嵌入式技術(shù)，GPS 技術(shù)，GSM 無線通信技術(shù)TXD2RXD1PPSTXD1RXD1PWR DNVAUXGNDReservedVINNCNMEA123456789101112的平臺。系統(tǒng)采用移動電話網(wǎng)做為通信媒體，利用 GPS 定位技術(shù)及電子技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)等手段，對被監(jiān)控的車輛進(jìn)行全方位的監(jiān)控和跟蹤，并把相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)控中心。車載終端檢測車輛的狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)車輛出現(xiàn)異常，向監(jiān)控中心和用戶發(fā)出報警信息；同時，也接收來自監(jiān)控中心和用戶的命令，并解析命令執(zhí)行相應(yīng)操作。該防盜系統(tǒng)主要由車載終端，無線通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。系統(tǒng)的組成原理如圖28 所示圖 28 防盜系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 防盜系統(tǒng)的總體設(shè)計汽車上裝設(shè)的點火鎖和手控鎖并不能有效的防止汽車被偷盜，所以現(xiàn)代很多汽車安裝了電子防盜報警器。當(dāng)發(fā)生偷盜情況時，報警喇叭會持續(xù)響一段時間，同時關(guān)閉汽車發(fā)動系統(tǒng)。但是如果用戶離汽車較遠(yuǎn)時，當(dāng)有人試圖進(jìn)入汽車或其他東西碰撞汽車時，用戶并不能聽見喇叭的報警聲，從而造成一點不明的損失，所以僅僅有喇叭并不能達(dá)到防盜的目的。本防盜系統(tǒng)可以將報警器的報警信號轉(zhuǎn)為短消息“您的汽車被人動，快去看看”并發(fā)送給用戶提醒注意，完全實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控汽車的目的。利用檢測報警喇叭線的狀態(tài)判斷是否有偷盜情況，如圖 29 所示：圖 29 防盜報警電路當(dāng)發(fā)生偷盜情況時，汽車的防盜報警器會通過繼電器將喇叭線置位高電平一段時間，此時喇叭報警，光耦也會導(dǎo)通， 為低電平；無偷盜情況時，喇叭繼電器斷開，喇叭線相當(dāng)于斷路，此時光耦不會導(dǎo)通， 為高電平。通過判斷 的狀態(tài)，我們可以判斷報警器是否報警。一旦檢測到 持續(xù) 10 秒都為低電平，可以確定車輛發(fā)生盜竊情況。MSP430F149 控制 TC35 自動編輯短消息“您的汽車被人動，快去看看”發(fā)送給用戶手機(jī)。同時，汽車的左前后門、右前后門及前蓋箱和后蓋箱被非正常打開時都會把信息以開關(guān)量的形式送給單片機(jī),然后系統(tǒng)再通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)把相應(yīng)的信息發(fā)送給用戶。1．車載防盜終端 車載防盜終端是本系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收 GPS 衛(wèi)星定位信息并提取所需的信息，采集有關(guān)車輛狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)，按照通信協(xié)議，傳送到監(jiān)控中心；同時把必要的信息傳送到用戶手機(jī)。同時，車載防盜終端接收來自監(jiān)控中心或用戶手機(jī)的命令，并分析執(zhí)行。2．無線通信網(wǎng)絡(luò)無線通信網(wǎng)絡(luò)有連接車載防盜終端與監(jiān)控中心的用戶紐帶，是組成車載防盜系統(tǒng)的關(guān)鍵，系統(tǒng)不僅要使通信系統(tǒng)覆蓋范圍廣，而且報保證數(shù)據(jù)信息傳輸正確和實時。3．監(jiān)控中心和用戶手機(jī)監(jiān)控中心有計算機(jī)和監(jiān)控軟件組成。監(jiān)控中心接收車載防盜終端上傳的車輛位置、狀態(tài)等信息，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理后，與監(jiān)控計算機(jī)的電子地圖進(jìn)行比對，并在電子地圖上實時顯示車輛位置，并可以根據(jù)需要顯示車輛軌跡。對于車輛防盜終端檢測的報警信息，將給以報警提示。這樣監(jiān)控中心就可以實時掌握車輛的動態(tài)信息，監(jiān)控中心具有大型數(shù)據(jù)庫的支持，所以可以同時對車輛的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和存儲，以后事后查詢。除了接收到車載終端的上傳數(shù)據(jù)外，監(jiān)控中心還具有下發(fā)命令的功能。以后手機(jī)可接收到車載防盜終端發(fā)過來的信息，提示車輛的狀態(tài)，也可以通過以后手機(jī)對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。 防盜系統(tǒng)的功能設(shè)計重要功能如下：（1）精確定位：防盜系統(tǒng)全天 24 小時連續(xù)不斷地接受 GPS 衛(wèi)星信號，為系統(tǒng)提供車輛的位置和速度，定位精度為10 米。（2）狀態(tài)檢測: 采集車輛的狀態(tài)信息，并把采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心。（3）功能控制: 接受到監(jiān)控中心或用戶的控制命令后，對車輛進(jìn)行控制動作。（4）通信功能：在 GSM 網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍內(nèi)，車載監(jiān)控終端可以與控制中心和用戶手機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。（5）防盜報警：在用戶設(shè)置防盜功能后，監(jiān)視車門及點火系統(tǒng)的打開和關(guān)閉，一旦出現(xiàn)情況，向監(jiān)控中心和用戶手機(jī)發(fā)送報警信息。 系統(tǒng)電源高品質(zhì)的電源是硬件性能穩(wěn)定的基礎(chǔ)。穩(wěn)定的輸出電壓、較大的輸出電流、較小的溫度漂移和發(fā)熱量是衡量電源品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，如何設(shè)計系統(tǒng)可靠穩(wěn)定的電源系統(tǒng)，是整個硬件設(shè)計的重點。先分析系統(tǒng)對電源的要求。由于本系統(tǒng)需要采用汽車電瓶供電，要求輸入電壓為 12V 左右，輸出電壓有 3 種：TC35 需要供電電壓 ~，這里我們選擇：MSP430F149 需要供電電壓 ：其他器件需要的 5V 供電電壓：各模塊主要消耗電流情況： TC35 空閑時輸入電流很小，但當(dāng)有 數(shù)據(jù)傳輸時峰值電流可達(dá) 2A，其他電路功耗較小，大概為幾十毫安。從以上要求可以看出，系統(tǒng)電流消耗很大，而對輸出電壓的精確度要求不高，可以選用開關(guān)式 LM2576 先將 12V 轉(zhuǎn)為 和 供電電壓由 5V作為輸入，這樣大大降低了功耗。系統(tǒng)電源部分電路由圖 210 所示。汽車電瓶通過 J2輸入系統(tǒng)，先經(jīng)過 LM25765V 降壓為 最大輸出電流為 3A，完全可以滿足系統(tǒng)的需要。LM2576 允許的輸入電壓范圍為 7~40V，即使汽車電瓶電壓下降時也不影響本系統(tǒng)的正常工作。它的輸出電壓也較穩(wěn)定，在輸出端再加上 1000MF 的大電容，可以保證輸出電流有較大變化時（如 TC35 有數(shù)據(jù)傳輸時）不會使輸出電壓發(fā)生大幅度波動。這里需要注意的是，為了更好的保護(hù)系統(tǒng)，正、負(fù)端都串入保險，并增加二極管 D1 防止電源加反燒壞電路。圖 210 系統(tǒng)的電源電路考慮到硬件系統(tǒng)對電源要求具有穩(wěn)壓功能和紋波小等特點，另外也考慮到硬件系統(tǒng)的底功率等特點，因此該硬件系統(tǒng)的 電源部分采用 TI 公司的 TPS76033 芯片實現(xiàn)。 輸出電源的紋波小。在輸出部分用了一個 和 的電容，另外在芯片的輸入端也放置一個 的 35 濾波電容，減小輸入端的干擾。對于 TC 模塊采用 供電，由于該電源部分的輸出電流必須滿足電流峰值能達(dá)到2A，在此采用 NATIONAL 公司 LP3966ADJ 芯片，該芯片的管腳 1 為 shutdown 管腳，再設(shè)計的時候必須通過一個 10K 的電阻拉高到 5V。該芯片的輸出為可調(diào)類型，該芯片通過電阻 R2 和 R1 實現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)。輸出電壓調(diào)節(jié)換算公式為：R2=R1(Vout/12161) 通過上式可以知道：只要給定電阻 R1 和確定輸出電壓 Vout 的情況下，就可以計算得到電阻 R2 的值。為了使 輸