【文章內(nèi)容簡介】 范圍，凡是能打移動電話的地方均可收發(fā)短消息。②費用低廉短消息的收費目前是按條計費的，而且一條的費用低于一分鐘的電話費，這使得在信息量較少時短消息相對于電話有一定的成本優(yōu)勢。很多情況下，正是因為短消息具有通訊成本低、可靠性高、抗干擾能力強、不受通訊線路限制、使用方便、靈活、通訊快捷、覆蓋廣、存儲轉(zhuǎn)發(fā)、費用低廉、穩(wěn)定性高等優(yōu)點，它比較適合于小流量的遠距離數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。如樓宇設(shè)備安全監(jiān)控、車輛監(jiān)控調(diào)度、野外數(shù)據(jù)采集、水利水情監(jiān)控、環(huán)境遠程監(jiān)測、GPS 定位數(shù)據(jù)回傳等。3 硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)總體框圖如圖所示， 它由STC12C5A60S2單片機模塊、GSM 模塊、GPS模塊、汽車傳感器模塊、12864顯示模塊組成。本系統(tǒng)通過單片機的串口與GPS模塊和GSM模塊通信，通過串口讀取GPS信息。單片機還連接的車窗車門的震動傳感器，發(fā)生異常時便將從串口一接受的GPS數(shù)據(jù)信息利用串口二控制SIM300模塊以SMS的方式發(fā)送至車主的手機上。車主可以通過短信發(fā)送指令，控制系統(tǒng)切斷車輛的點火電路，使車輛熄火，進一步控制器通過繼電器控制油路，還可以控制鎖死車門、車窗。 GPS芯片的輸出電路介紹GPS 模塊主要完成汽車 GPS 數(shù)據(jù)的接收，系統(tǒng)采用瑞士ublox公司的NEO5M主芯片，該芯片擁有50個通道的ublox引擎，1百多萬個有效相關(guān)器，熱啟動和輔助啟動首次定位時間小于1秒；支持AssistNow Online及AssistNowOffline并采用了ublox KickStart微弱信號攫取技術(shù)，能確保采用此模組的設(shè)備在任何可接收到信號的位置及任何天線尺寸都能夠有最佳的初始定位性能并進行快速定位。且具有成本低廉，體積小，功能強等優(yōu)點。圖6 GPS硬件連接電路 SIM300模塊輸出電路設(shè)計介紹SIM300模塊SIM300模塊是Sim公司研制的GSM通信模塊 。該模塊尺寸小、功耗低，內(nèi)嵌強大的TCP/IP協(xié)議，提供通用的AT控制命令。SIM300內(nèi)部集成了完整的射頻電路和GSM 基帶處理器，提供2個串口、1個SIM卡接口、通用I/O接口等。 產(chǎn)品，內(nèi)嵌強大的TCP/IP協(xié)議棧，實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。只需單片機通過發(fā)送AT命令即可對SIM300模塊進行控制。SIM300模塊為用戶提供了：通用串口和調(diào)試串口。因為模塊提供的2個串口都是 TTL 電平，需通過電平轉(zhuǎn)換芯片，將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成 RS232 電平。 設(shè)計中采用MAXIM公司的MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)換，使用TXD、RXD、GND3根線構(gòu)成3線串口 。SIM卡與模塊之間通過SIM卡座進行連接，設(shè)計中采用6針SIM卡座，其信號線主要有：電源(VCC)、地(GND)、復(fù)位(RST)、狀態(tài)(VPP)、時鐘(CLK)、數(shù)據(jù)(I/O)，其中狀態(tài)線VPP不接。，RST、CLK、I/O3個引腳分別連接22 Ω電阻后，再與SIM300的SIMRST、SIMCLK、SIMDATA相連，SIMDATA與VSIM間還需要接一個上拉電阻。圖7：SIM300模塊電路 顯示模塊電路設(shè)計 12864概述系統(tǒng)采用12864液晶作為顯示模塊，12864 液晶顯示模塊是 12864 點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置國標(biāo) GB2312碼簡體中文字庫（16X16點陣）、128個字符（8X16 點陣）及64X256 點陣顯示 RAM（GDRAM） ?？膳cCPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。 12864 管腳功能12864液晶管腳說明如表2所示：表2 12864液晶管腳說明管腳號管腳名稱管腳功能描述1VSS電源地2VDD電源電壓 3V0液晶顯示器驅(qū)動電壓 4D/I(RS)D/I=“H”，表示DB7∽DB0為顯示數(shù)據(jù) D/I=“L”，表示DB7∽DB0為顯示指令數(shù)據(jù) 5R/WR/W=“H”，E=“H”數(shù)據(jù)被讀到DB7∽DB0 R/W=“L”，E=“H→L”數(shù)據(jù)被寫到IR 或DR 6ER/W=“L”，E 信號下降沿鎖存DB7∽DB0 R/W=“H”，E=“H”DDRAM數(shù)據(jù)讀到DB7∽DB0 7DB0數(shù)據(jù)線08DB1數(shù)據(jù)線19DB2數(shù)據(jù)線210DB3數(shù)據(jù)線311DB4數(shù)據(jù)線412DB5數(shù)據(jù)線513DB6數(shù)據(jù)線614DB7數(shù)據(jù)線715CS1H:選擇芯片(右半屏)信號16CS2H:選擇芯片(左半屏)信號17RET復(fù)位信號，低電平復(fù)位18VOUTLCD驅(qū)動負電壓19LED+ LED背光板電源 20LED LED背光板電源 顯示模塊的電路連接如圖所示：12864 液晶與單片機的連接如圖8所示：圖8 12864 與單片機連接示意圖 傳感器模塊電路設(shè)計系統(tǒng)傳感器部分如圖9所示，在系統(tǒng)工作狀態(tài)下，若汽車有異常情況，如車門被打開、車窗被砸破，產(chǎn)生的強烈震動或聲音等只要觸發(fā)其中的一個傳感器，使與傳感器相連的單片機管腳的電平發(fā)生變化(由低電平變成高電平)，此變化作為信號，經(jīng)單片機判斷后確認是警情信號，單片機將控制SIM300將GPS位置信息通過短信方式發(fā)送給給預(yù)設(shè)的個人監(jiān)控號碼。車門控制器油門踏板傳感器油路控制器車窗控制器震動傳感器圖9 系統(tǒng)傳感器示意圖4 軟件程序設(shè)計 軟件總體模塊介紹本防盜系統(tǒng)軟件由界面程序、信號處理和信號輸出等三部分組成。信號處理程序?qū)崿F(xiàn)了單片機對GPS和傳感器信號的采集、解析等以及通過GSM網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送車輛定位信息等；界面程序主要完成鍵盤處理、液晶顯示等，實現(xiàn)了與用戶良好的溝通；控制信號程序?qū)崿F(xiàn)對GSM信號的接收與分析并執(zhí)行指令完成對車輛開關(guān)的控制；其軟件總框圖如圖所示。圖10 汽車被盜處理流程圖11 用戶控制程序流程圖12 總體程序框圖 串口通信處理單片機與GPS模塊和單片機與SIM300模塊之間的通訊依靠串口通信。STC12C5A60S2擁有兩個獨立的串口，可以同時與GPS模塊和SIM300模塊通信。本設(shè)計中，利用串口1讀取GPS數(shù)據(jù)，串口二與SIM300模塊通信。串口使用獨立波特率發(fā)生器，獨立波特率發(fā)生器1T，波特率發(fā)生器9600bps，數(shù)據(jù)格式為8位，無校驗位，一位停止位。圖14 GSM信號串口發(fā)送流程圖 圖13 GPS串口信號接收流程圖 GPS定位數(shù)據(jù)處理UBLOX NEO5系列GPS芯片采用了NMEA0813標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式。NMEA0183是美國國家海洋電子協(xié)會(National Marine Electronics Association )為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式。輸出采用ASCII 碼，其串行通信的參數(shù)為：波特率＝9600bps，數(shù)據(jù)位＝8bit，開始位=1bit，停止位＝1bit，無奇偶校驗。數(shù)據(jù)包中包含以下數(shù)據(jù)：GPRMC（Remended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data－RMC推薦定位信息）對于一般的GPS動態(tài)定位應(yīng)用，GPRMC語句完全滿足要求。該語句中包括經(jīng)緯度、速度、時間和磁偏角等字段，這些數(shù)據(jù)為導(dǎo)航定位應(yīng)用提供了充分的信息。GPGGA（Global Positioning System Fix Data－GGA，GPS定位信息）GPS定位主要數(shù)據(jù)，該語句中包括經(jīng)緯度、質(zhì)量因子、HDOP、高程、基準(zhǔn)站號等字段。GPGSV語句（GPS Satellites in View－GSV，可見衛(wèi)星信息）GPS可見星的方位角、俯仰角、信噪比等 每條語句最多包括四顆衛(wèi)星的信息，每顆衛(wèi)星的信息有四個數(shù)據(jù)項。$GPVTG語句(Track Made Good and Ground Speed－VTG，地面速度信息）；$GPGSA語句（GPS DOP and Active Satellites－GSA，當(dāng)前衛(wèi)星信息）。GPGSA : GNSS 的當(dāng)前衛(wèi)星和精度因子，包括可見衛(wèi)星PRN號，以及PDOP、HDOP、VDOP。$GPGLL語句（輸出大地坐標(biāo)信息）。$GPGST 語句（GPS 偽距噪聲統(tǒng)計，包括了三維坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)偏差信息）。$GPCN0語句各顆用于解算的衛(wèi)星信噪比。在本系統(tǒng)中只需要讀取GPRMC數(shù)據(jù)段已然足夠，下面詳細GPRMC語句中的各個字段：$GPRMC，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，ll，12字段$GPRMC語句意義——取值范圍1UTC時間：——~ 2狀態(tài)，有效性——A表示有效；V表示無效3緯度格式：——0000．00000~ 4南北半球——N北緯；S南緯5經(jīng)度格式：——~6東西半球——E表示東經(jīng)；W表示西經(jīng) 7地面速度——~8速度方向——~ 9日期格式，月日年——010100~123199 10磁偏角，單位：度——~ ll磁偏角方向——E表示東；W表示西 12模式指示及校驗和——A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效 短信處理及AT指令當(dāng)單片機檢測到汽車被盜時，系統(tǒng)就會通過串口控制SIM300將GPS信息通過短信發(fā)送給機主，發(fā)送短信一般使用Text模式和PDU(Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元)模式。使用Text模式收發(fā)短信方法簡單，缺點是不能收發(fā)中文內(nèi)容。PDU模式可以支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。系統(tǒng)中視情況使用text模式或PDU模式。傳送GPS信息利用text格式，應(yīng)為GPS數(shù)據(jù)無需中文內(nèi)容，text代碼簡單足夠使用；發(fā)送汽車的狀態(tài)和控制信息則利用PDU模式，由于PDU模式的純英文短消息解碼不方便，因此收發(fā)純英文字符和數(shù)字字符時，采用Text模式。GSM的控制指令都是通過AT指令達到的，下面列出系統(tǒng)用到的部分AT指令。 表3 常用AT指令表 命令 功能 命令 功能AT 檢測模塊是否正常工作 AT+CMGS 發(fā)送短消息AT+CLIP 顯示呼叫方標(biāo)志 AT+CMGW 向內(nèi)存寫短消息AT+CMGD 刪除短消息 AT+CMSS 發(fā)送內(nèi)存忠存儲的消息AT+CMGF 選擇短消息格式 AT+CNMI 新短消息到來提示AT+CMGL 從內(nèi)存中列出短消息 AT+CSCA 設(shè)置短消息中心地址AT+CMGR 讀短消息 AT+CSCB 選擇蜂窩廣播消息5 總結(jié)經(jīng)過實際硬件的搭建和軟硬件的調(diào)試，本防盜系統(tǒng)的各項功能都能很好地實現(xiàn)了報警功能。該防盜系統(tǒng)基于單片機控制將廣泛使用的SIM300功能模塊與流行GPS技術(shù)相結(jié)合，不但充分利用了技術(shù)成熟的GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)，克服了普通監(jiān)控系統(tǒng)中的諸多局限性，而且利用GPS技術(shù)可為車輛防盜以及追查被盜車輛提供極為有效的幫助。GSM與GPS相結(jié)合的思想還可以用于家用電器控制、車輛監(jiān)控系統(tǒng)等。該設(shè)計的主要創(chuàng)新點體現(xiàn)在將SMS技術(shù)、GPS全球定位技術(shù)傳感器技術(shù)配合單片機控制技術(shù)統(tǒng)一起來完成了汽車防盜定位系統(tǒng)的設(shè)計，在實驗室階段的測試中獲得了較理想的效果。系統(tǒng)的兩大優(yōu)點，一是利用了最普遍使用的GSM網(wǎng)絡(luò)通訊，能夠快速建網(wǎng)，通信可靠，投資少，應(yīng)用前景良好。其次，利用免費的GPS技術(shù)進行定位定位準(zhǔn)確。采用GSM技術(shù)和GPS技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)聲光報警器報警距離較短，報警形式較單一等不足。通過利用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)，成功地解決汽車報警系統(tǒng)的通信問題。在系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，短信的傳輸實時性不強等問題可以考慮利用3G移動網(wǎng)絡(luò)和未來的4G移動網(wǎng)絡(luò)。具體實現(xiàn)手段要根據(jù)對系統(tǒng)性能、軟件及硬件條件的實際要求來決定。參考文獻[1] 李建平，閏科，[J].長沙大學(xué)學(xué) 報，2001，(1).[2] [D].成都:成都理工大學(xué)，2008．[3] [D].武漢:武漢理工大學(xué)，2005．[4] [D].山東:山東科技大學(xué)，2004，[5] [J].上海:汽車與配件，2004.[6] [D].哈爾濱:哈爾濱理工大學(xué)，2007.[7] [D].中國科學(xué)