【正文】 耗的功能。 E 圖為開關(guān)電源，采用電源管理芯片 。 不但能為傳感器及其信號處理電路提供高精度的電源電 壓，而且微處理器通過向其 SD 引腳輸入高低電平控制電源輸出的開閉，進(jìn)而可以控制整個模塊的開啟與關(guān)閉 [7]。 防盜系統(tǒng)的報警執(zhí)行模塊 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)的報警執(zhí)行模塊主要用于執(zhí)行遇警后的報警操作和汽車自鎖操作，含 GSM 報警、聲光報警和汽車自鎖幾個部分。防盜系統(tǒng)的報警主要采用無線網(wǎng)絡(luò) GSM 短消息的方式進(jìn)行，根據(jù)不同的警報級別發(fā)送不同的短消息，如“整車搬運(yùn)”、“車體破壞”、“非法開啟”和“入車盜竊”等。車主還可以利用手機(jī)對防盜系統(tǒng)進(jìn)行控制。另外系統(tǒng)仍延用傳統(tǒng)汽車防盜器的聲光報警方式，以起到警示、震懾 的作用：汽車自鎖主要是關(guān)閉發(fā)動機(jī)的點火電路，使汽車無法發(fā)動。 報警執(zhí)行模塊的 GSM 報警 (1) GSM 系統(tǒng)概述 GSM 系統(tǒng)是根據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會 (ETSI)指定的 GSM 技術(shù)規(guī)范研制而成的第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。 GSM 系統(tǒng)是一個全數(shù)字的蜂窩移動通信系統(tǒng)，它由幾個分系統(tǒng)組成，可以與各種公用通信網(wǎng)互聯(lián)互通。 GSM 系統(tǒng)是我國目前蜂窩移動通信系統(tǒng)的主體。 GSM 業(yè)務(wù)按照 ISDN 對業(yè)務(wù)的分類方法可分為基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)?；緲I(yè)務(wù)按功能可分為電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)。電信業(yè)務(wù)是指為用戶通信提供的包括終端設(shè)備 功能在內(nèi)的完整能力的通信業(yè)務(wù)，主要包括電話業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、緊急呼叫業(yè)務(wù)、短信息業(yè)務(wù)和傳真業(yè)務(wù)。承載業(yè)務(wù)提供用戶接入點間信號傳輸?shù)哪芰?。附加業(yè)務(wù)是對基本業(yè)務(wù)的改進(jìn)和補(bǔ)充，它不單獨(dú)向用戶提供，而必須與基本業(yè)務(wù)一起提供。同一附加業(yè)務(wù)可以應(yīng)用到若干基本業(yè)務(wù)中。 (2) TC35 GSM 模塊簡介 GSM 模塊 TC35 是西門子公司為工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)的無線通信模塊，主要技術(shù)參數(shù)如表 所示。 TC35 模塊可以工作在 GSM 900MHz 和 GSM 1800MHz 頻段下。它的設(shè)計目的就是為用戶提供一種方便的語音和數(shù)據(jù)無第 3 章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 25 線連接的解決方 案，它可以廣泛的應(yīng)用在 GSM 相關(guān)的平臺，讓用戶以最小的代價搭建自己的無線解決方案。 TC35 模塊集成了基帶處理單元和 RF 射頻模塊，對外提供 40pin 的 ZIP 連接器，用戶通過該連接器就可以實現(xiàn)包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)輸入輸出、語音輸入輸出和電源輸入等功能。 TC35 還為用戶提供了良好的用戶接口 —— RS232，通過該接口實現(xiàn)對模塊大多的控制功能 [8]。 報警執(zhí)行模塊的語音報警 報警執(zhí)行模塊在利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報警的同時，還能夠使用傳統(tǒng)的語音模式進(jìn)行報警。由于報警系統(tǒng)提高了警情確認(rèn)的可靠性，就能夠降低因誤 報警而產(chǎn)生的噪聲污染，減少了噪聲擾民情況的發(fā)生。 系統(tǒng)的語音報警音源存貯于掩膜型語音芯片的存儲器中。由于掩膜型語音芯片具有品種多、外圍電路簡單、體積小、使用方便、價格便宜等多種優(yōu)勢，且具有工作電壓范圍寬 (直流 ～ 5 V )、功耗低 (工作電流典型值 ～ )等特點，故可以將其選用于車載電子系統(tǒng)。 圖 310 語音報警原理圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 系統(tǒng)選用 HOLTEK公司的 HT8120D0 型數(shù)字脈沖編碼調(diào)制語音合成系列芯片。該系列芯片是將聲音的模擬信號變?yōu)閿?shù)字信號后存儲在芯片中，由電平信號觸發(fā)語音回放的語音芯片 。存儲器又可以劃分為多個段 (劃分的段數(shù)應(yīng)小于 124個 )，并且不同的段能夠組合成多個語音組以對應(yīng)不同的鍵值，外部輸入信號控制“ Key”引腳輸入不同的鍵值，就可以回放不同的語音組合。該芯片可以直接驅(qū)動外圍電路的三極管，并由其帶動揚(yáng)聲器進(jìn)行語音報警 [9]。 HT812D0 使用原理圖如圖 310 所示。操作電壓 5V，由報警系統(tǒng)提供的經(jīng)一次降壓后的電壓再經(jīng) 轉(zhuǎn)化得到。兩個“ FLAG”標(biāo)志位引腳低電平有效，可以接發(fā)光二極管用以顯示工作狀態(tài)。時鐘工作頻率由OSC1, OSC2 外接 Ross 電阻設(shè)定。 HT812D0 利用引腳輸出“ AUD”驅(qū)動 8050帶動揚(yáng)聲器進(jìn)行報警，警報內(nèi)容在芯片出廠前設(shè)定完畢，語音組輸出分別由輸入鍵“ Key１ ”――“ Key4”確定，鍵值參見表 31 表 31 HT812D0 鍵值表 鍵名 段號 鍵值 模式 Key1 Sec1 偷車報警 直接段選、可中斷、重復(fù)報警 Key2 Sec2 破壞車體報警 直接段選、可中斷、重復(fù)報警 Key3 Sec3 拖車報警 直接段選、可中斷、重復(fù)報警 Key4 — 停止鍵 — 報警執(zhí)行模塊的閃光報警和汽車的自鎖操作 汽車防盜系統(tǒng)在進(jìn)行短信息報 警、語音報警的同時車燈也不斷閃爍，表示汽車出現(xiàn)異常情況。在系統(tǒng)確定汽車處于遇警情況的狀態(tài)下，微處理器可以進(jìn)行汽車自鎖操作，即 CPU 直接阻斷汽車的點火電路，使竊賊即便進(jìn)入車內(nèi)也無法將車開走。 閃光報警及汽車自鎖的原理圖如圖 311 所示。系統(tǒng)是利用微處理器的I/O 接口控制達(dá)林頓陣列 ULN2021A，當(dāng)“ IN”腳輸入高電平，對應(yīng)“ OUT”腳將功率繼電器的引腳電平拉低，功率繼電器線圈導(dǎo)通。當(dāng)“ IN”腳輸入低電平，對應(yīng)“ OUT”引腳輸出電平與芯片供電電平相同，即與繼電器輸入電壓相同，繼電器線圈阻斷。由于繼電器觸點的吸 合 (常開觸點 )、斷開 (常閉觸點 )的隨微處理器的 I/O 接口的信號而改變，使得微處理器可以控制汽車車燈電路和發(fā)動機(jī)點火線路的開閉，進(jìn)而實現(xiàn)汽車防盜的閃光報警和自第 3 章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 27 鎖操作。 汽車防盜系統(tǒng)的中央處理模塊 由微處理器及其外圍設(shè)備組成的中央處理模塊是汽車防盜系統(tǒng)的核心部分。整個系統(tǒng)中的監(jiān)測模塊、報警執(zhí)行模塊都要受控于中央處理器，監(jiān)測模塊所采集的車況信息的融合處理也在這里進(jìn)行?？紤]到車載防盜設(shè)備應(yīng)具備低功耗、高可靠性和便攜性等因素，系統(tǒng)采用 TEXAS INSTRUMENTS 公司的 MSP430F149 型單片機(jī)作為主控單元 [10]。 圖 311 閃光報警及汽車自鎖原理圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 系統(tǒng)采用 MSP430FLASH 系列中 MSP430F149APM 單片機(jī)作為中央處理器，該型單片機(jī)具有 16 位精簡指令集結(jié)構(gòu)， 16位 CPU 寄存器和常數(shù)寄存器，達(dá)到了最大的代碼效率，它具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，功耗低等優(yōu)點，性能價格比很高。另外，該系列單片機(jī)在超低功耗和功能集成等方面有著顯著的優(yōu)勢。 強(qiáng)大的處理能力： MSP430FLASH 系列單片機(jī)具有豐富的尋址方式，但只需簡潔的 27 條指令。片內(nèi)寄存器數(shù)量多，寄存器可實現(xiàn)多種運(yùn)算。有高效的查表處理 方法。此外，它的中斷源較多，使用靈活方便，當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只需 6μ s。 豐富的片上外圍模塊 ： MSP430FLASH 系列單片機(jī)中的各個成員集成了較多的片上外圍資源，功能相當(dāng)豐富，如 A/D 轉(zhuǎn)換器，精密模擬比較器，硬件乘法器，頻率可達(dá) 8MHz 的時鐘模塊，帶有捕蜘比較寄存器的 16 位定時器，看門狗，同步及異步串行通信接口，數(shù)十個可實現(xiàn)方向設(shè)置及中斷功能的并行輸入、輸出端口等。 超低功耗： MSP430FLASH 系列單片機(jī)運(yùn)行在 1 MHz 時鐘條件下時，工作電流視工作模式不同為 0,1～ 400μ A，工作電壓為 ～ 方便高效的開發(fā)方式： MSP430FLASH 系列單片機(jī)具有 FLASH 存儲器，這一特點使得它的開發(fā)工具相當(dāng)簡便。利用單片機(jī)本身具有的 JTAG 接口或片內(nèi) BOOT ROM 可以在一臺 PC 及一個結(jié)構(gòu)小巧的 JTAG 控制器的幫助下實現(xiàn)程序的下載，完成程序調(diào)試。 適應(yīng)汽車級的運(yùn)行環(huán)境： MSP430FLASH 系列產(chǎn)品中有適用于汽車工業(yè)級應(yīng)用的溫度范圍 (40oC～ 125 oC)的型 —— MSP430F149APM。用該型微處理器所設(shè)計的產(chǎn)品完全可以搭載在汽車系統(tǒng)中。 MSP430F149 的主要構(gòu)成模塊有： CPU；基礎(chǔ)時鐘模塊，包括一個數(shù)控振蕩器 (DCO)兩個晶體振蕩器；看門狗定時器；硬件乘法器：兩個通用 16位定時器 Timer A 和 Timer B；模擬比較器： 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC12；兩個串行通信端口 USART0, USART1；兩個具有中斷功能的八位并行端口，四個通用并行端口。 中央處理器：多達(dá) 16 個寄存器，包括 4 個特殊功能寄存器和 12 個通用寄存器，有效的降低了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程中寄存器的性能瓶頸。為 C 和匯編語言最優(yōu)化設(shè)計的 CPU 結(jié)構(gòu)。簡潔的核心結(jié)構(gòu)設(shè)計有效的降低了功耗和價 格。最高可達(dá) 8MIPS 的代碼執(zhí)行效率。存儲空間： MSP403F149 的存第 3 章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 29 儲器空間采用“馮 —— 紐曼結(jié)構(gòu)”， FLASH, RAM 和外圍模塊由同一組地址及數(shù)據(jù)總線連接在同一個地址空間中。因此可以用相同的指令訪問 FLASH, RAM 和外圍模塊，也可以執(zhí)行 RAM 中的程序代碼。無論 FLASH,RAM 和外圍模塊，都位于同一公共地址空間中，總尋址空間為 64KB。高效率的 ADC模塊： ADC12 模塊支持高速 12 位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。該模塊實現(xiàn)了 12 位逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換核心，同時還具有采樣選擇控制，內(nèi)部集成參考電壓源， 16 字的轉(zhuǎn)換 和控制緩沖器。在轉(zhuǎn)換和控制緩沖器的輔助下 ， ADC12 模塊可以在沒有 CPU 干預(yù)的情況下實現(xiàn)高達(dá) 16 路 ADC 轉(zhuǎn)換與存儲。 基礎(chǔ)時鐘模塊：基礎(chǔ)時鐘模塊為單片機(jī)系統(tǒng)提供了低成本和低功耗的時鐘解決方案。通過內(nèi)部三路時鐘信號的切換，用戶可以在系統(tǒng)執(zhí)行效率和低功耗之間找到最好的平衡點。基礎(chǔ)時鐘模塊可以根據(jù)用戶的要求配置成為不需要外部元件、外接一個或兩個石英晶振、外接振蕩電路等幾種方式，而且所有的時鐘模塊都是可以由軟件控制的。 定時器 Timer A, Timer B： Timer A 是 16 位定時 /計數(shù)器，并且?guī)в腥凡东@ /比 較器。 Timer A 可以實現(xiàn)多路捕獲 /比較， PWM 輸出，間隔定時等功能。 Timer A 有很強(qiáng)的中斷捕獲功能，中斷源可以是計數(shù)器溢出中斷也可以是任何一個捕獲 /比較器中斷。 Timer B 也是 16 位定時 /計數(shù)器，其基本功能和 Timer A 相同，只是它的捕獲 /比較器最多可達(dá) 7路。 串行通信模塊：單片機(jī) MSP430F149 有兩個串行通信模塊 USARTO 和USARTI。串行通信模塊由軟件設(shè)定可以分別工作在 UARZ，模式和 SPI 模式。數(shù)字輸入和輸出端口： MSP430 單片機(jī)最多可擁有 6 路獨(dú)立的輸入和輸出端口 P1P6。每個 端口都是 8位的，其中每個端口的每個引腳都可以單獨(dú)設(shè)置為輸入或輸出，同時每個引腳寄存器都可以單獨(dú)的讀寫。 P1 和 P2 端口擁有中斷功能。這兩個端口的每一個引腳都可以單獨(dú)設(shè)置其中斷性質(zhì)，中斷允許與否和中斷方式 (上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)、高電平觸發(fā)、低電平觸發(fā)。P1 端口 (P2 端口相同 )的 8個引腳共用一個中斷源，但每個引腳有單獨(dú)的中斷標(biāo)志寄存器。 P3—— P6 端口與 Pl, P2 端口功能相同，只是沒有中斷功能。同時各端口大多數(shù)都有復(fù)用功能可以通過軟件選擇第二功能。 本章小結(jié) 綜上所述，采用多傳感器信息融合技術(shù)的汽車防盜 系統(tǒng)硬件部分主要由電源模塊、監(jiān)測模塊、中央處理模塊及警報執(zhí)行模塊組成。其中電源模塊與汽車蓄電池相連，為系統(tǒng)提供所需的能量來源。監(jiān)測模塊由多種傳感燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 器組組成，用于汽車防盜信息的采集。中央處理模塊用于整個系統(tǒng)的控制，以及執(zhí)行對監(jiān)測模塊采集的信息進(jìn)行融合處理過程。警報執(zhí)行模塊主要用于系統(tǒng)確認(rèn)警情后，進(jìn)行報警以及執(zhí)行汽車鎖死等操作。 第 4 章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng) 軟件設(shè)計 31 第 4 章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計 單片機(jī)軟件設(shè)計概述 單片機(jī)的程序設(shè)計有其自身的特點。首先，單片機(jī)的系統(tǒng)程序與 應(yīng)用程序密不可分，系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序必須放在一起考慮。其次，在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，軟件直接操作硬件，硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難易和質(zhì)量。第三，在很多時候，在付出額外占用 CPU時間的代價的條件下，軟件可以替代硬件的某些功能。 在程序設(shè)計時，往往存在著時間與空間的矛盾。在一些程序編譯器中，有時間優(yōu)化和空間優(yōu)化的選項，但時間優(yōu)化與空間優(yōu)化不能同時存在。編譯器在處理優(yōu)化時實際是采用了時間換取空間或者空間換取時間的策略。在設(shè)計程序時，我們也可以采取這樣的策略提高系統(tǒng)的性能。比如，目前程 序存儲器的容量己不是設(shè)計的關(guān)鍵因素，我們可以利用存儲器的空間實現(xiàn)程序響應(yīng)速度的加快。 除了有自身的特點外，單片機(jī)的程序設(shè)計同樣具有一般軟件設(shè)計的特點。首先，應(yīng)該有一個合理的算法，以合理的資源耗費(fèi)實現(xiàn)預(yù)定的功