基于GPS／GSM的汽车防盗报警系统设计

    引言 

    随着汽车等交通工具的普及，无线通信技术和全球卫星定位(GPS)技术逐步开始应用到车辆监控等领域。不论是对警车、运钞车等特种车辆的监控还是对普通轿车的防盗监控，无线通信和GPS技术都发挥着重要的作用。目前，移动无线通信方式主要有：a．集群移动通信方式；b．DSRC(专用短程)通信方式；c．GSM(全球移动通讯系统)方式。其中，GSM方式数据范围大，数据保密性好，使用方便，成本低。结合GPS系统，GSM系统可以将车辆的位置、速度、行驶方向以及其他状态信息通过无线通信链路传送到车主手持终端或监控中心，实现对车辆的监控。 

    在GSM系统所提供的业务中，话音业务和数据业务需要通过拨号建立连接，一旦建立连接后即开始计费。而GSM短消息业务不需要建立拨号连接，只需要把要发的信息加上目的地址发送到短消息中心，再由短消息中心转发到目标用户终端。短消息业务是按发送的短信条数收费，只要短消息每次限制在140个字节即可，这个数据长度足够传送GPS定位信息。可以看出，利用GSM短消息业务进行数据传送能够充分利用覆盖范围广阔的移动通信网络，以廉价的方式实现远程可移动目标的定位，比较适合用于汽车的防盗监控。本文采用PIC18F2450单片机、SIRF第三GPS接收模块和GSM模块TC35i设计车载防盗监控终端。

    1 车载终端硬件设计 

    车载终端主要由四部分组成，即GSM模块、GPS接收机模块、单片机控制电路和电源电路。GPS模块负责接收定位数据；GSM模块在单片机的控制下收发短信；单片机控制电路对GPS定位数据进行分析，并根据用户的设置做出相应的处理。电源电路由7805为单片机、GPS模块提供+5V直流电压，LM2941CS再将+5V直流电压稳压为+4．2V提供给GSM模块使用。该系统的结构框图如图l所示。 

    1．1 单片机控制电路

    系统选用Microchip公司的PICl8F2450作为MCU。该芯片为采用纳瓦技术的28脚高性能单片机，具有高可靠性、低成本、低功耗、体积小等优点。其内部有16k字节的Flash程序存储器和768字节的RAM，支持在线编程和调试。该单片机内部仅有一个通用异步串口。为了能够同时与GPS以及GSM模块通信，单片机需要两个串口。但如果选择具有双串口的单片机，将会增加成本，所以本系统利用PICl8F2450普通I／O口和该系列单片机的C语言编译器提供的库函数设计了一个软件串口。单片机内部的硬件串口通过17脚和18脚与GSM模块通信，软件串口通过25脚接收GPS信号。单片机的2脚作为GSM模块的启动脚。接口电路如图2所示。 

    1．2 GSM模块
 
    GSM模块负责在车载终端和监控用户之间传递信息。本系统采用德国西门子工业GSM模块TC35i。TC35i模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在GSM900和GSMl800双频段，可传输语音和数据信号。TC35i的数据接口(CMOS电平)通过AT命令可双向传输指令和数据，它支持Text和PDU格式的SMS(短消息)，并可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。 

    TC35i模块有40个引脚，分为电源、数据输入／输出、SIM卡、音频接口和控制等5类。其工作电压为4．2V，模块的供电电压如果低于3．3V会自动关机。由于模块在发射信号时，电流峰值可高达2A。所以该模块对电源的要求较高，本系统采用开关型可调高性能微波电路专用稳压芯片LM2941CS，它能够提供大电流稳定的电压输出。使用TC35i模块时，其启动脚IGT必须加一个时间长于100ms的低电平才可以使TC35i挂入工作状态。TC35i模块的数据输入／输出接口符合ITU-T RS232接口标准，支持标准的AT命令集。
GSM模块与MCU的接口电路如图3所示。 

    1．3 GPS模块
 
    本系统采用的GPS模块为SIRF第三代高灵敏度引线式GPS接收模块SIRF star III。该芯片定位精度小于10米，冷开机／暖开机／热开机的时间分别达到42s／38s／8s，最多可以同时追踪20个卫星信道。其内部有可充电电池，可以保存星历数据，便于快速定位。串口数据格式为TTL电平数据输出，通讯速率为4800通讯波特率，每秒输出一次GPS全数据。该模块GPS天线采用MMCX接口，数据线接口为6线接插件，排线输出，使用时非常简单，只需用到三根输出线，第一脚接3．5～5．5V的直流正电源，第五脚是电源地，第二脚是GPS的输出线，它是TTL电平的串口信号，高电平大于2．4V，低电平小于0．4V，输出驱动能力为2mA，可以直接和单片机接口；第六脚是秒信号输出，每秒都会输出一个10ms宽度的0．2V左右的脉冲信号用于授时。由于该模块只向单片机发送数据而不接收来自数据，所以本系统中单片机采用软件串口与其通信，MMCX接口的第二脚接单片机的25脚即可。

    2 车载终端软件设计 

    2．1 GPS定位数据的接收 

    默认情况下，GPS接收模块SIRF star III每秒输出一次定位数据，通常采用＄GPRMC精简数据格式，该数据包含了目标的经度、纬度、速度(海里／小时)、运动方向角、年份、月份、时、分、秒、毫秒、定位数据是有效的还是无效的等重要信息。语句格式如下：
    ＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>，*hh<CR><LF>
    <1>：代表UTC当地时间。格式为“时分秒”，时、分、秒均为两位。
    <2>：代表工作状态。“A”表示数据可用，“V”表示接收器报警，数据不可用。
    <3>：代表纬度数据。格式为“度度分分．分分分分”。
    <4>：代表纬度半球，为“N”或“S”。
    <5>：代表经度数据。格式为“度度分分．分分分分”。
    <6>：代表经度半球，为“E”或“W”。
    <7>：代表对地速度，范围为000．O～999．9节。
    <8>：代表对地航向，范围为000．0度～359．9度，正北方为0度，东方为90度，南方为180度，西方为270度。
    <9>：代表UTC当地时间，格式为“日日月月年年”。
    <10-12>：一般不使用这三个数据。
    每条定位数据以“＄”开始，以回车换行结束。软件要实现对GPS数据的接收和分析两部分功能，其流程图如图4所示。

    2．2 GSM模块的控制及短消息处理 

    单片机可以发送AT于旨令来控制GSM模块TC35i，发送短信常用Text和PDU模式，使用Text模式收发短信代码简单，容易实现，但缺点是不支持中文短信；而PUD模式不仅支持中文模式，也能发送英文短信。 

    单片机主要通过GSM模块传输两类信息： 一类是接收用户的设置及请求命令，并在处理后给予回复；另一类是当单片机判断出在布防状态下汽车发生了移动而发送给用户的报警及位置信息。
    用户设置及请求信息的格式如表1所示。

    单片机主程序流程图如图5所示。

    当用户收到定位短信时，即可确定车辆位置。采用S60和PPC的手机都支持谷歌手机地图，如NOKIA N82，启动谷歌地图，选择网络连接方式WAP，输入接收到的经纬度数据，即可在地图上定位车辆位置。

    3 结语 

    经测试，本系统可实现市区道路环境下10m精度以内的定位，并能根据用户的设置向用户提供报警定位服务。系统操作方便，便于安装。通过软硬件的扩展，可以实现其他一些功能，如可以通过增加振动检测电路扩展系统的功能，在汽车被撬或受到撞击时向用户发出报警信息。