【文章內(nèi)容簡介】 LPC1768 的外圍電路 圖 23 LPC1768的外圍電路 設(shè)計(jì)中總共使用了處理器的 3 個(gè)通用異步收發(fā)器，其中 UART1 的發(fā)送和接收接口連接上 SIM900A GPRS 模塊，用于 GPRS 模塊通信； UART2 的發(fā)送和接收接口用于外部通信，作用于 GPS 導(dǎo)航定位模塊 ； UART0 的發(fā)送和接收接口 連接上 TTL 電平轉(zhuǎn)換模塊，作用與 RS232 串口，用于程序下載和測試通信串口。 在微處理器的第 4 45 引腳接入了兩個(gè) LED 燈，其中第 44 引腳的 LED1 用于查看 SIM900A GPRS 短信收發(fā)模塊是否初始化完成，而第 45 引腳的 LED2 是用于顯示整個(gè) 汽車防盜報(bào)警 模塊是否上電運(yùn)行正常。 傳感器的選型 在實(shí)際應(yīng)用中決定采用多路傳感器檢測遇警信息并 通過微處理器進(jìn)行信息融合，對汽車被盜情況 進(jìn)行多方面地檢測，從而獲得較為可靠的信息，達(dá)到了準(zhǔn)確預(yù)警的目的，可以提高報(bào)警系統(tǒng)的可靠性。 多種傳感器的選擇 主要是針對竊賊的盜竊手段 來 決定 的 ，一般盜竊手段有以下幾 8 種： 竊取車載物件；復(fù)制鑰匙或開鎖高手直接將車開走；破壞車體法；整體搬運(yùn)法 等。竊賊的這些行為會引起車體 傾斜 、 振動 等現(xiàn)象，同時(shí) 伴有中心波長 為 9~10m? 的紅外輻射等人體生物信息。所以根據(jù)以上信息我 選擇了幾款傳感器用以檢測 這些信息。 （ 1） 微波多普勒傳感器 該傳感器在人或物體靠近時(shí)接收器接收的頻率 會 發(fā)生變化，當(dāng)頻率變化至設(shè)定值時(shí)，可以判斷為有人或物體進(jìn)入防盜系統(tǒng)的預(yù)警范圍 內(nèi) 。采用 MX1052(HB100)型微波多普勒 傳感器 ， 微波頻，非接觸式，不受熱、 氣流、 濕度、 噪音、 塵埃等影響，抗干擾探測范圍超過 15m。 （ 2） 振動傳感器 該傳感器能夠?qū)圀w特殊頻段的振動進(jìn)行監(jiān)測，在車體被外力破壞的情況可以產(chǎn)生警報(bào)，振動傳感器可采用 ND1 型高靈敏振動位移傳感器。它是一種集振動和位移測量于一身的全方位固態(tài)控制器件，對振動有很高的檢測靈敏度，對周圍環(huán)境的聲音信號抑制并具有很強(qiáng)的抗干擾能力，其靈敏度 可通過電容 調(diào) 節(jié) 。 （ 3） 傾角傳感器 傾角傳感器 監(jiān)測車體相對于初始位置是否出現(xiàn)傾角變化，如果這種角度的變化是以特定頻率出現(xiàn)或達(dá) 到設(shè)定的閾值，就可以判斷為汽車整體被搬運(yùn)，實(shí)際應(yīng)用中可采用 DAS20 雙軸傾角傳感器。它是將兩個(gè)單軸傾角產(chǎn)品相結(jié)合，使用雙軸傾角測量，在性能上比較水銀開關(guān)和其他水平傳感器更優(yōu)越。 （ 4） 熱釋電紅外傳感器 熱釋電紅外傳感器只對中心波長為 9~10m? 的紅外線輻射敏感，能夠檢測到人體輻射的紅外信息，可以用作人體入侵車內(nèi)的監(jiān)測器件。熱釋電紅外傳感器通過檢測人或動物發(fā)射的紅外線而輸出電信號，作用角度為 o110 ?？墒褂?BISS001 型紅外成品組件，作用距離通過菲聶爾透鏡調(diào)節(jié)。 （ 5） 霍爾開關(guān)器件 通過霍爾開關(guān)器件可以對汽車的車門、發(fā)動機(jī)艙及后備箱蓋的非法開啟進(jìn)行監(jiān)測。CS1020 霍爾開關(guān)電路由反向電壓保護(hù)器、電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器和集電極開路輸出級組成，能將變化的磁信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓輸出。 GSM/GPRS 模塊 對無線技術(shù)的分析和研究可知，開發(fā) GSM 智能監(jiān)測模塊的關(guān)鍵是 GSM 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 9 的實(shí)現(xiàn)。由于 GSM 功能突出、應(yīng)用廣泛，目前國內(nèi)外許多無線通訊公司均推出了自己的工業(yè)級 GSM 協(xié)議的產(chǎn)品，如 FalCom AZD、 WaveCom WM0 Simense Tc35 以及 Motorola Dl5 等，這些產(chǎn)品都是以 AT 指令集為用戶接口，并且都與 GSM 標(biāo)準(zhǔn)兼容，對應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)人員來說，只需知道 GSM 模塊的型號以及搞清 GSM 模塊與微控制器的接口關(guān)系，而 GSM 協(xié)議可由 GSM 模塊自動實(shí)現(xiàn)。 在開發(fā)本系統(tǒng)的通信接口時(shí)，采用了 SIMCom提供的 SIM900A GSM/GPRS 短信收發(fā)模塊。 SIM900A 是一個(gè)專為中國大陸市場設(shè)計(jì)的 2 頻的 GSM/GPRS 模塊， 是緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用 SMT 封裝的雙頻 GSM/GPRS 模 塊解決方案，采用功能強(qiáng)大的處理器 ARM9216EJS 內(nèi)核，能滿足低成本、緊湊尺寸的開發(fā)要求。使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)界面，使得具備 GSM/GPRS 900/1800MHz 功能的 SIM900A 以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、 SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。 SIM900A 總共有 68 個(gè)引腳， 3 種工作模式。模塊的 SIM 卡接口支持 GSM Phase1規(guī)范，同時(shí)也支持新的 GSM Phase2+規(guī)范和 FAST 64 kbps SIM 卡 ， SIM 卡的接口電源由模塊內(nèi)部的電壓穩(wěn)壓器提供，正常電壓值為 。 SIM900A 在 使用中具有以下特點(diǎn)： （ 1） 鍵盤和 SPI 顯示接口滿足用戶的靈活應(yīng)用 ； （ 2）主串口和調(diào)試串口可以幫助用戶輕松地進(jìn)行調(diào)試開發(fā) ； （ 3）一路音頻接口，包含一個(gè)麥克風(fēng)輸入和一個(gè)受話器輸出 ； （ 4） 可編程的通用輸入輸出接口 ； （ 5） 支持 GPRS multislot class 10/class 8（ 可選 ） 和 GPRS 編碼格式 CS CS CS3和 CS4。 SIM900A 采用單電源供電，在 VBAT 引腳上的電壓輸入為 4V，而電源的供流能力不能小于 2A，所以 在 VBAT 引腳還加了一個(gè)旁路電容用來保護(hù)模塊 ； 在 RF_ANT 上接了一個(gè)天線，將 STATUS 工作狀態(tài)指示引腳接入到微控制器中，用來判斷模塊是否開啟。將第 9 引腳的 TXD 和第 10 引腳的 RXD 分別接到微控制器的第 74 引腳的 RXD1 和第 75 引腳的 TXD1 上。在其外圍還接入了一個(gè) SIM 卡座和一個(gè)靜電保護(hù)裝置 。 其外圍電路如下所示： 10 圖 24 GSM/GPRS模塊外圍電路 GPS 定位 模塊 GPS 模塊就是集成了 RF 射頻芯片、基帶芯片和核心 CPU，并加上相關(guān)外圍電路SIM卡插座 靜電保護(hù) 11 而組成的一個(gè)集成電路。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的定位模塊是 HOLUX 生產(chǎn)的 M89 芯片 。 M89 芯片 采用的是 SIRF 第三代 技術(shù) ，其定位靈敏度大，在汽車上使用時(shí)，只需靠近車窗 就能較好工作，使用方便，定位也很準(zhǔn)確。模塊使用 ，默認(rèn)每秒輸出一次 TTL 的 NMEA0183 信號（定位信息）。其定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點(diǎn)的位置。 此定位模塊在使用中有如下特點(diǎn)： （ 1） 使用 SiRF 第三代低耗電量 （ LP） 高效能晶片，大大降低耗電量 ； （ 2） 晶片內(nèi)建 1920 次 /頻率硬件，能夠快速定位及追蹤 12 顆衛(wèi)星的能力 ； （ 3） 超強(qiáng)定位運(yùn)算程式，在戶外任何環(huán)境，皆可提供優(yōu)越導(dǎo)航效果 。 本模塊共有 30 個(gè)引腳，其外圍電路如下所示 ： 圖 25 GPS外圍電路 在第 8引腳上外接了一個(gè) LED，用來顯示模塊的工作狀態(tài)；將第 5引腳上的串行收發(fā)口接入到微處理器中用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)；在第 17引腳 （ RFIN） 上外接一天線，用來接收信號。 本章小結(jié) 本章論述了防盜報(bào)警系統(tǒng)硬件部分的主要設(shè)計(jì)，包括微處理器的外圍電路、傳感 12 器的選用、 GSM/GPRS 通訊模塊的外圍電路和 GPS 導(dǎo)航模塊的外圍電路等。 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) AT 指令 GSM 模塊提供的指令接口符合 和 規(guī)范。 中定義的 ATCommand 接口提供了一種移動平臺與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口； 對 短 消息作了詳細(xì)的規(guī)定。 在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時(shí)， 能夠通過串口發(fā)送 指示 短消息，數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以向 GSM 模塊發(fā)送各種 命 令。 與本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有關(guān)的 AT 指令總共 有 8 條，其如表 31 所示。 表 31 部分 AT指令 AT指令 功能 A/ 重復(fù)最后一次操作 AT+IPR=rate 用于設(shè)置串行接口上的數(shù)據(jù)傳輸速率（波特率） AT+CSMINS 用于查詢 SIM卡是否插入 SIM卡座 AT+CREG 用于查詢當(dāng)前 SIM卡是否注冊到網(wǎng)絡(luò) AT+CSQ 查詢當(dāng)前信號質(zhì)量 AT+CMGF 設(shè)置當(dāng)前發(fā)送短消息的格式 AT+CMGD 刪除短消息 AT+CSCS 選擇 TE字符集，用于適應(yīng)短信的收發(fā)模式 下面是介紹短消息的發(fā)送 與 接收案例： （ 1） 設(shè)置短消息的波特率 AT+IPR=115200bps 回車 響應(yīng) OK；表明模塊已經(jīng)將串行接口上的數(shù)據(jù)傳輸速率固定 為 115200bps （ 2） SIM卡狀態(tài)信息 AT+CSMINS? 回 車 響應(yīng) +CSMINS: n,SIM inserted；其中 n表明是否提示 SIM卡插入或拔出到終端； SIM inserted表明是否已經(jīng)插入 SIM卡 （ 0 未插入， 1 插入 ） 。 （ 3） 網(wǎng)絡(luò)注冊信息 AT+CREG? 回車 13 響應(yīng) +CREG: n,stat； 其中 n表明是否顯示網(wǎng)絡(luò)注冊未知結(jié)果 ； stat表明SIM 卡是否注冊到網(wǎng)絡(luò)，只有當(dāng)其為 1 或者 5 的時(shí)候才說明 SIM 卡可以使用 （ 1 注冊的為歸屬網(wǎng)絡(luò)， 5 注冊網(wǎng)絡(luò)處于漫游中 ） 。 （ 4） 信號質(zhì)量查詢 AT+CSQ 回車 響應(yīng) +CSQ: rssi,ber；其中 rssi就是所要查詢的信號質(zhì)量。 （ 5） 選擇短消息格式 AT+CMGF=1 回車 響應(yīng) OK；表明設(shè)置指定短消息的輸入和發(fā)送格式為文本模式。 （ 6） 選擇 TE 字符集 AT+CSCS=GSM 回車 響應(yīng) OK；表明設(shè)置模塊使用的字符集為 GSM（ 7 位 ） 默認(rèn)字符。 （ 7） 刪除短消息 AT+CMGD=index[,delflag] 回車 響應(yīng) OK；其中 index表明刪除的是什么位置的短消息； delflag表明刪除什么類型的短消息 （ 3 刪除所有已讀短消息， 4 刪除所有短消息 ） 。 短消息的編碼方式 目前，接收和發(fā)送 SMS 信息主要有三種模式： Block Mode 協(xié)議、 基于 AT 命令的 Text Mode 協(xié)議、基于 AT 命令的 PDU Mode 協(xié)議。 Block Mode 協(xié)議產(chǎn)生得比較早，通過終端設(shè)備或電腦來控制 SMS，其不能進(jìn)行文本控制，目前已經(jīng)基本上不再使用。 Text Mode 協(xié)議是純文本方式，可使用不同的字符集。 在 該模式下信息傳送和接收的編碼比較簡單，但國內(nèi)手機(jī) 在 Text 模式下 不支持收發(fā)中文漢字字符 的 短消息。 PDU Mode 協(xié)議被所有手機(jī)支持，可 以使用任何字符集 。 PDU模式下 短消息正文是經(jīng)過十六進(jìn)制編碼后被傳送，它 可 以 采用 3 種編碼方式，分別 是 7bit 編碼、 8bit編碼和 UCS2 編碼 ，分別用于發(fā)送普通的 ASCII 字符、數(shù)據(jù)消息和 Unicode 字符 。 按照 協(xié)議規(guī)定，手機(jī)短信息中的漢字編碼均采用 Unicode 碼 。 經(jīng)研究比較發(fā)現(xiàn)，所要提取的短信信息包括手機(jī) 號碼、時(shí)間和短信內(nèi)容 。 在 Text模式下時(shí)間和日期均為 ASCII 碼，可直接讀取，只需將內(nèi)容中漢字部分的 Unicode 碼轉(zhuǎn)換成國標(biāo)碼；而 在 PDU模式下除漢字編碼轉(zhuǎn)換外，還需將號碼、時(shí)間部分編碼進(jìn)行 14 兩兩顛倒的轉(zhuǎn)換，才能得到所需的正確信息 。 故在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將 GSM 模塊設(shè)為 Text模式，更能簡化程序設(shè)計(jì) 。 GPS 編碼格式及讀取 GPS 定位模塊 只要處于工作狀態(tài)就會源源不斷地把接收并計(jì)算出的 GPS 導(dǎo)航定位信息通過串口傳送到 微處理器 中。前面的代碼只負(fù)責(zé)從串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存 中 ，在沒有進(jìn)一步處理之前緩存中 只 是一長串字節(jié)流，這些信息在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。因此， 在使用時(shí) 必須通過程序?qū)⒏鱾€(gè)字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來，將其轉(zhuǎn) 換 成有實(shí)際意義的，可供高層決策使用的定位 數(shù)據(jù) 信息。同其他通訊協(xié)議類似，對 GPS 進(jìn)行信息提取 前 必須首先明確其幀結(jié)構(gòu)，然后才能根據(jù)其結(jié)構(gòu) 通過程序 完成對各定位信息的提取。 對于本文所使用 的 M89 定位模塊 ，其發(fā)送到 微處理器 的數(shù)據(jù) 信息 主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的 內(nèi)容 不同，幀頭也不相同，主要有 $GPGGA、$GPGSA、 $GPGSV以及 $GPRMC等。這些幀頭標(biāo)識了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)，各幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識一幀的結(jié)束。 對于通常的情況，我們所關(guān)心的定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度、 時(shí)間等均可以從$GPGGA 幀中獲取得到， 故在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)采用了此種幀結(jié)構(gòu)， 該幀的結(jié)構(gòu)及各字段釋義如下： $GPGGA,S,E,1,04,M,0000*1F 字段 0： $GPGGA，語句 ID，表明該語句為 Global Positioning System Fix DataGPS定位信息 字段 1： UTC 時(shí)間