山东华宇职业技术学院
毕业论文
二○一三年十一月
目录
摘要 (3)
引言 (4)
第一章汽车防盗系统总体结构设计 (6)
第二章汽车防盗系统硬件设计 (7)
2.1 DSP中央处理器的选择及相应接口电路的设计 (7)
2.2 传感器系统 (9)
2.3 报警系统 (12)
2.4 控制系统 (13)
2.5 通讯系统 (13)
2.6 监控中心 (14)
2.7智能防盗监测系统的两种工作模式 (15)
第三章汽车防盗系统的软件设计 (16)
3.1 系统软件总体设计 (16)
3.2 DSP中央处理器工作流程的设计 (17)
3.3 报警系统软件设计 (18)
3.4 通信系统软件设计 (19)
3.5 传感系统软件设计 (20)
3.6 GPS系统软件设计 (23)
3.7 汽车防盗系统中的检错系统 (24)
3.8 设计中附加的其他系统 (26)
结论 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
摘要
随着人们生活水平的提高，汽车已逐步进入家庭，对汽车防盗的要求越来越高，并且无线技术的不断发展，使得防盗系统的设计更加灵活、安全、方便、可靠。本系统由GPRS移动通讯网络的汽车智能防盗定位系统主要由信号采集系统、报警系统、控制系统、通讯系统等组成。GPS 具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、人工导航等多种功能；主机能够检测多个触发源自动报警并且同步通知GPRS手机，能根据GPRS手机的设定执行相应的功能，还具有自动上下锁、中控锁自动化、自动恢复、紧急解除等功能。自定义无线通信协议，协议数据采用PWM编码，使用 FSK调制和解调方式。
关键词:报警、控制、通讯、定位。
引言
汽车防盗器是一种安装在车上，用来增加盗车难度，延长盗车时间的装置，是汽车的保护神。它与汽车上的电路配接在一起，从而可以起到防止车辆被盗、被破坏，以达到保护汽车的目的。
目前,国际上流行的基本上是电子式汽车防盗产品，如汽车识别钥匙、电子编码点火钥匙、生物特征电子锁等,它具有很好的性价比，在市场上占有绝对优势。欧盟规定各厂商生产的所有新车从1997年开始都必须配备电子防盗装置，并经过过渡期后，将此规定变成法律限期强制施行。据统计，未装电子防盗装置的汽车被盗率高达万分之四十，而装有电子防盗器汽车的被盗率仅为万分之四点五！
机械锁是最早的汽车防盗锁,现已很少单独使用,主要与电子式、芯片式联合使用，但目前我国汽车防盗还是以机械式为主。机械式防盗装置是目前市面上最简单、最廉价的防盗装置,但存在使用复杂、容易被破坏的缺点。从20世纪70年代至今，以轿车为突破口，汽车锁已由初期的机械控制发展成现在的电子密码- 遥控呼救- 信息报警系统，且防盗功能有很大提高。总体来看，国内的汽车防盗技术水平仅为国际20世纪90年代后期水平，国内制动器防盗装置的开发实验技术并形成大批量生产的厂商只有几家，且防盗装置一般都存在报警范围小、只能实现本地报警；不能实现远程控制，只能实现单纯报警，不能实现跟踪控制等缺点。除此之外，国内制定的汽车防盗法规不够健全，执行不够严格；生产企业对汽车防盗的认识不够重视，资金投入不足，这些都造成国内汽车防盗水平相对落后，不能适应我国汽车发展对汽车防盗技术的需求。因此，我国汽车防盗产品的升级换代势在必行，汽车防盗必将进入一个调整发展的新时期。
在网络式防盗方面，美国、日本、德国、加拿大等国家和地区在开发轿车导航系统方面已广泛采用了GPS技术，在汽车防盗方面应用GPS技术也已取得很好效果。GPS具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、人工导航等多种功能；GPS具有技术先进、市场潜力大、社会和经济效益高等特点。同发达国家相比，我国在汽车网络式防盗方面的研究已经起步并已取得较快进展，但目前一些公司还只是利用GPS的定位功能，将GPS技术应用于汽车防盗的研究仍有待进一步的发展。
随着经济的飞速发展，汽车作为人类重要的交通工具正在迅速增加。然而，现代科技的发展促使犯罪分子的作案手段不断提高，汽车被盗事件也越来越多。为了防止汽车被盗，科研工作者们研制开发了很多汽车防盗新产品，各种防盗装置相继产生并被广泛运用。目前,防盗技术已与安全、环保、节能一起被列为汽车技术发展的四大课题。20世纪90年代以来,汽车防盗技术得到了迅速发展，而汽车定位防盗系统作为一种全新的定位概念则应运而生，它成功地依托GPS系统与GPRS通讯网络，进行手机与汽车的智能联动来实现定位与防盗，从而使汽车的安全系数大幅度提高。相信本设计经过更换芯片、增加功能等进一步优化后会给汽车的安全问题带来巨大的改观。
第一章汽车防盗系统硬件组成及功能
基于GPRS移动通讯网络的汽车智能防盗定位系统主要由信号采集系统、报警系统、控制系统、通讯系统等组成。本系统的工作原理主要是：传感器负责采集信号，在本设计中每一种信号有两个或两个以上不同种类的传感器负责采集，以保证当一个传感器损坏后不会影响系统的工作。当其中任何一个传感器检测到信号不正常时，传感器就会把信息告知中央处理系统，当中央处理器判定为有用的告警信号后就会立刻启动报警系统。在本设计中，报警系统由GPS系统、视频系统和声光告警系统三部分组成。
当中央处理器发出启动报警系统的命令后，这三部分便会同时启动，其中GPS 系统负责判断并采集汽车的位置信息，视频系统负责记录偷车人的声音和相貌以给公安机关破案提供线索和证据，声光告警系统则会发出刺耳的鸣叫和亮光以惊吓偷车人使其放弃偷车。在本防盗系统中通讯系统起着重要的作用，它负责把GPS系统搜集到的汽车定位信息和视频系统采集到的声音图像等信息传送给监控中心和车主，以使监控中心能及时的采取措施，如查询汽车现在的位置，切断汽车油路等。本设计正是把以上的系统有机的结合在一起而使防盗功能得以实现。其系统的逻辑框图如图1-1所示。
传感器系统
热传感器
振动传感器
断线式传感器
滚珠式触发传感器
DSP中央处理器
四轮锁
死系统
报
警
系
统
GPS系统
视频系统
声光告警
系统
通讯息统系统
监控中心
G
P
R
S
手
机
车载通讯装置
（包括GPRS
Modem和SIM
GPRS无线网
Internet网络
图1-1 汽车防盗系统逻辑图
第二章汽车防盗系统硬件设计
2.1 DSP中央处理器的选择及相应接口电路的设计
2.1.1 TMS320F240 DSP芯片和GPRS Modem
(1) TMS320F240 DSP芯片介绍
本设计中，系统选用了TMS320F240 DSP芯片，现对芯片简单介绍如下：
TMS320F240是TI(Texas Instruments)公司DSP产品中的一位新成员，它把具有低功耗、高性能处理能力的TMS320C2XX的核心CPU与为电机控制应用优化的几个先进外围设备结合在一起，从而使TMS320F240成为应用于电机控制的理想微处理器。
(2) TMS320F240芯片特点
采用TMS320C2XX内核；
有32位中央逻辑运算单元 (CALU )；
内含32位累加器 (ACC)；
16位×16位并行乘法器；
具有50ns(20MIPS)指令周期；
含544字节16位在片数据／程序双向RAM；
双向10位串行数模转换器的采样速率可达166kHz；
具有28个独立可编程、复用I/O脚；
有串行外设接口 (SPI)和SCI接口；
强大的事件管理器；
12 路比较PWM通道，其中9路为独立。
3个16位通用定时器，共有6种模式。
3个具有死区功能的全比较单元。
4个捕获单元。其中两个具有直接连接正交编码器脉冲的能力。
TMS320F240采用哈佛结构 ，流水线操作 ，大大提高了指令执行速度。在加上优化的 CPU 结构，从而使指令执行速度更快的得到提高。TMS320F240 的指令系统与其它数字信号处理器一脉相承，它提供了丰富的“乘累加”指令；这使得电机控制中的数字滤波(如 IIR 、FIR 等)的实现更加方便快捷。
2.1.2 DSP 串行接口
本系统以DSP 为控制芯片，由GPS 模块、GPRS 无线通信模块以及必要的辅助电路组成一个基于DSP 芯片的具有汽车定位防盗功能的系统， 其电路原理框图如图2.1所示。在此系统中DSP 通过串口对GPS 和GPRS 模块进行控制，在连接使用时，GPRS 模块与DSP 本身的串口连接， GPS 模块则利用8251 扩展一串口，通过这一串口与DSP 芯片进行连接使用。检测控制及其辅助电路都可以直接使用DSP 的I/O 口。TMS320F240的I/O 端口都具有复用功能，此时，只需要在控制器寄存器中设置使I/O 做通用的I/O 即可。
开机运行初始化后，系统将处于不停地接收汽车位置信息的状态中，同时系统也在等待检测状态和接收用户查询的消息中断。一旦有中断产生，控制器就会转移到相应的中断子程序中去处理该程序。若系统的设防信号无效，则控制系统不进行上述操作。
图2-1 DSP 串行接口电路图框
CAP1 PWM7
CAP2 PWM8
CAP3
PWM9
TMS320F240芯片
CAP4
SCI SPI
振动信号 热信号 发动机信号
电流变化信
号 GPR 网络模
块
本地报警 视频设备 8251 GPS 模块
四轮锁死驱动电路
2.1.3 DSP 芯片存贮器的扩展电路
TMS320F240 有两种运行方式[2]，即MP 和MC 方式。在MC 方式下，片上FLASH 可以访问，而在在MP 方式下，片上FLASH 不可访问，用户必须提供64K 的程序空间和64K 的数据空间。下面我们分析一下TMS320F240至外部存贮器的接口。TMS320F240与存贮器的外部接口的关键信号见表3.1。其中程序选择信号PS 可以直接连到片选端。
本人选用了ISSI 公司的IS61C1024作为DSP 芯片的外部存贮器，IS61C1024 是128K ×8 位的高速SRAM ，片选访问时间仅为12ns ，完全满足TMS320F240的高速处理要求。由于IS61C1024 数据宽度为8 位，因此选用2片并行使用。
图2-2 IS61C1024接口电路图
2.2 传感器系统
信号采集是利用传感器感受外界对车辆的作用，对有效信号进行检测与采集，并报告中央处理器进行判断处理以达到感知车辆受损和被盗状况的目的。通常车辆受损坏和被盗有以下几种形式：
车身、车门、车窗遭到碰撞或者敲击。
车门、发动机盖、后货箱门、油箱盖遭到非正常开启。(包括撬动、防盗功能未解除时用钥匙开启)
电气线路受损，是指盗车者进入车后，通过破坏电器线路来启动车辆。
A0A15
SRAM1 PS
IS61C1024
D0-D 7 OE
D0D7 R/W WE
IS61C1024
D8-D15 OE
D8-D15 R/W WE
PS DS
DS
未解除防盗功能时车辆启动，或是用偷配钥匙开启车辆。
未解除防盗功能时拖动车辆或使车辆升离地面。
根据以上车辆受损坏和被盗的几种形式，本设计特采用振动传感器、断线式传感器、滚珠式触发传感器和热传感器等来检测汽车车身的安全状况，且每种状况均由两种或两种以上传感器检测负责检测，因此做到了某种传感器的损坏不会影响系统正常的工作。在本防盗系统中，传感器是系统中的关键器件，起着感知车辆状况的重要作用。现把各传感器检测电路在车中的功能和作用简单介绍如下：（1）振动传感器检测电路
该传感器的功能是将车辆所受外界作用的机械能转换为电信号。其作用是感受车身或车窗是否受到外界机械碰撞；汽车是否被非法升起，监测轮胎与轮毂之间的压力状态;监测驾驶座是否受压。本设计使用的是YD69正反转测量霍尔双通道传感器。如图2-3。
图2-3YD69正反转测量霍尔双通道传感器
（2）断线式传感器报警检测电路
用于检测车门、后货箱门、发动机盖和油箱盖开启状态。
本设计用的是断线式传感器如图2-4。
图2-4断线式传感器
（3）电磁继电器检测电路（包含在四轮锁死系统）
用于控制发动机点火。继电器的开关可方便地切换到正常启动和防盗报警两种
状态。同时对电气线路进行监测。本设计使用的是通用继电器类-842，如图2-5。
图2-5通用继电器类-842
（4）滚珠式触发传感器检测电路
监测车辆是否被拖动，当车辆被非法拖动时，传感器中的滚珠会发生振动或者滚动，进而产生电信号。本设计使用的是霍尔转速传感器，如图2-6。
图2-6霍尔转速传感器
（5）热传感器检测电路
车内失火报警。本设计使用的是DOCOROM温度传感器，如图2-7
图2-7DOCOROM温度传感器
2.3 报警系统
本设计中的报警系统包括GPS定位系统和声光告警系统二部分，现把这二部分的功能和作用介绍如下：
（1） GPS定位系统
GPS定位系统用于汽车被盗后确定汽车所在的位置。在汽车上安装有GPS接收机，GPS接收机通过接收任意4颗卫星播发的导航信息，便能够换算出自身的位置和时间信息。接收机将换算出的信息以输出时间误差小于50ns的1Hz脉冲信号并通过RS-232接口传送给监控计算机。
（2）声光告警系统
当传感器采集到有用信号并经中心系统处理判定为告警信息时，声光告警系统便会启动以引起过路人的注意和恐吓偷车人，使偷车人放弃偷车。
RT0100是一个可以产生单一报声的晶体电路。工作电压2-5V，CMOS技术制造，内建RC振荡电路，低静态电流。1、2脚是振荡电路输入；3脚控制7、8脚频率的输出，如果接低则不输出频率，如果接高输出； 4脚为地端；7、8报警信号频率输出端，可接两个报警源；6脚电源，并通过单片机的引脚SP来控制；5脚悬空。如图2-8所示。
图2-8声音报警控制电路
2.4 控制系统
当车内出现火灾或有人非法打开车门等情况时，传感器将信号送给控制系统(DSP系统)，该系统进行数据判断、处理等操作后决定是否发短消息、(含报警信息和汽车位置息等)图片或视频信息给用户手机或者控制中心。然后，用户或者控制中心可以远程控制车辆，也可以利用GPRS通过互联网进行数据传输，还可以不通过互联网而通过移动的数据中心进行数据的转发。
2.5 通讯系统
通讯系统包括车载通讯装置(包括GPRS Modem和SIM卡)，该装置利用GPRS通讯网络和Internet网络进行信息传送。该系统主要功能是将车辆状况信息及时传达给车主或控制中心，以便于及时采取适当的措施来保证车辆的安全。
车载通讯装置主要有两种功能：其一，按照预先设定好的报警模式将信息发送至用户或控制中心。其二，接收用户或控制中心发出指今，进而控制车辆。GPRS通讯网络和INTERNET网络作为数据传输的载体，应符合AT指令和TCP/IP协议。
2.5.1 GPS的相关介绍
GPS是一个网络系统，它由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成，卫星星座连续不断的发送动态目标——汽车的三维位置、速度和时间信息给用户接收机。接收机从接收到的反馈信息来获知汽车当时所处的位置。
2.5.2 GPS的概念
GPS是Global Positioning System的缩写，意思为全球定位系统，包括24颗人造卫星与五个地面站，从而提供精确定位。在此基础上，在融合不同的功能，最终实现跟踪、防盗和导航的功能。
（1） GPRS Modem介绍
本系统选用了西门子的MC35i模块。MC35i是新一代GSM/GPRS双模模块，它采用紧凑型设计，完全兼容上一代的TC35产品，为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS 连接。MC35i的GPRS永久在线功能提供了最快的数据传输速率, 其体积小、功耗低, 能提供数据、语音、短信、传真功能, 可广泛用于遥感测量记录传输、远程信息处理、电话。MC35i作为理想解决方案的高速数据传输能广泛应用于POS终端机和扫描器、安全系统、远程遥测和信息处理系统、跟踪管理系统、交通控制和导航系统、便携式控制装置、GPRS Modem支持GSM900/GSM1800双频，支持GRPS Class8/ClassB，AT指令直接控制，CSD状态下最大速率14.4 kb/s， GPRS状态下行最大速率85.6 kb/s （2） GPS在汽车防盗中的应用
全球定位系统（GPS）防盗技术可以说是汽车防盗史上的里程碑。因为GPS 一改传统防盗器的被动、孤立无助的被动式服务，能为车主提供全方位的主动式服务。监控中心的服务人员为车主提供2 4 小时全天候服务。GPS具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、人工导航等多种功能；除了提供安全服务外，GPS还可以为车主提供增值服务，如紧急救援、送水、送油、订票等。专家们认为，具有网络报警功能的GPS反劫防盗产品将是未来汽车防盗产品发展的主流方向。
2.6 监控中心
监控中心设计为一个网站，其计算机可通过GPRS Modem与互联网相联，使计算机作为服务器或数据终端。
因特网是按IP地址进行寻址的，所以设备连接到网络上都需要有一个唯一的IP，关于IP地址问题的解决，用户可以申请专用IP地址，也可在网上取得IP地址后通
过短消息发给对方，当防盗装置发现紧急情况时，报警系统就会通过GPRS网络，联接到Internet网络上的数据中心的计算机上。在数据传输的过程中，用户和控制中心相互之间必须知道对方的IP地址，才能进行数据交换，并且双方的IP地址都应该能够在互联网可以直接访问，这就要求控制中心计算机的IP是互联网上唯一的，而不是局域网内的IP地址。
一般情况下，控制中心计算机与Internet网络连接有很多种，其主要区别在于通过拨号上网时所获取的IP地址是否为动态的。因此，如果数据中心的IP地址每次都不同，这就要求在通讯前将数据中心的计算机的IP地址告知防盗装置系统。告知防盗系统IP地址时，可以利用短消息业务将数据中心的计算机的IP以约定形式发送给SIM，系统从SIM卡读取IP值。如果数据中心的计算机的IP是固定的，在防盗装置系统初始化时固化进去就可以了。
2.7智能防盗监测系统的两种工作模式
根据汽车被盗时距离车主远近的不同，该系统有使用Internet网络和不需使用Internet网络两种工作模式：
（1）当车主驾车外出，车辆停放位置与车主比较近时，防盗监测系统只需通过GPRS网络发短消息给用户的手机，报告给车主汽车现在的安全状况，而不需要上Internet网络，这样用户在短时间内（通常为几秒钟）便可以采取补救措施。
（2）当用户车辆在公用车库或者距离车主很远时，此时防盗系统就将信息经GPRS和INTERNET网络传送给监控中心计算机，监控中心计算机分析现场传输的图片、声音等资料后，就会采取相应的措施，并将GPS系统监测到的有效信息提供给公安机关，帮助其快速破案。
第三章 汽车防盗系统的软件设计
3.1 系统软件总体设计
本系统主要由中央处理器、信号采集系统、报警系统和通信系统组成，各部分
之间的相互关系如图3-1所示：
图3-1 系统逻辑图
从上图我们可以直观的看出各系统之间的关系如下：传感器将检测到的信号传给DSP 中央处理器，当处理器检测到信号并判定信号为有用的告警信号后便会发出命令给报警系统，报警系统收到命令后便会启动GPS 接收机和视频设备同时发出声光告警，同时，GPS 系统和视频系统会将采集到的位置信息通过GPRS 网络以信息的形式通知给监控中心，监控中心便会通过GPRS 网络采取相应的措施，如断掉汽车的油路，通知警察局等。
本系统不同于其它汽车防盗系统的地方就是增加了一个四轮锁死系统。它在车主离开汽车启动防盗系统时同时启动，使汽车四轮锁死，以保证汽车处于非常安全的状态。另外本系统还装有无线遥控装置，当偷车贼解除四轮锁定时，监测中心还可以通过网络重新将其进行锁定且此时不在受人为控制。
振动传感器(001)断线式传感器
(010)滚珠式触发传感
器(011)
报警系统(1)
GPRS 通信系统四轮锁死系统热传感器(000)监控中心
DSP 中央处理器系统
GPRS 手机控制系统
本系统为实现数字化，规定传感系统用数字“0”表示，告警系统用数字“1”表示，传感系统中各传感器用两位数字表示，以便区分。例如：“000”表示传感系统中的热传感器。具体表示数字如上图所示。
3.2 DSP 中央处理器工作流程的设计
DSP 芯片是该系统的核心，起着至关重要的作用。在本设计中选用了TMS320F240DSP 芯片作为系统处理器，与原有的单片机作为处理器相比从本质上改变了数据的处理方式，加快了系统的处理速度，并且使信号的接收和处理更加准确。该芯片的工作流程如图3-2所示：
图3-2 DSP 中央处理器流程图 DSP 芯片工作流程描述如下：
系统启动后首先要对相应的变量和模块进行初始化，初始化采用子程序调用形式来完成，这样可以增强程序的可读性。初始化和主程序流程图如图5.2所示。系统初始化主要包括以下几个方面：
（1）对TMS320F240的初始化：如CPU 工作方式、时钟输出方式、中断系统初始化（屏蔽中断）和I/O 寄存器以及串口初始化等；
（2）确定初始化变量如预置短消息，设置位置数据结构等；
（3）各模块的初始化：对MC35i 模块如检查SIM 卡、网络情况，设置短消息格式等；对扩展口8251模块如设置工作方式和波特率；对GPS 模块如设置协议方式工作频率；
开始
关中断
定义初始化
变量
设置DSP 控制器串口、时钟方式、中断系统等
初始化GPS ，GPRS 等各系
统模块
车是否锁定
开中断
查询8251状态寄存器判
GPS 是否接收新数据
调电文数据处理子程序
N
Y
Y
N
输出控制信
号
（4）关中断进入主程序；
（5）中断的应用[5]。本系统中固有的和扩展的端口引起的中断分别属于可屏蔽的内部硬件中断和外部硬件中断。高优先级的外部引脚中断和串行通信SCI引发的接收中断触发INT1，低优先级的外部引脚中断和串行通信SCI引发的接收中断触发INT5。在本系统中，传感器产生的外部中断设置为高优先级，GPRS接收模块串行通信使用外部中断则为低优先级。由此可见处理汽车遭破坏时的信号传送以及车主通过无线GPRS网络和控制器之间进行信息交换均利用了TMS320F240的中断系统。
当开中断后系统将不断的查询8251状态寄存器判断GPS是否接收新数据，当确认接收新数据后将调用电文数据处理子程序对其数据进行相应的处理，并判定是否将电文数据经GPRS网络发送给监控中心。
3.3 报警系统软件设计
本设计中报警系统的作用是采集汽车的位置信息和偷车人的情况，并发出声光告警，它由GPS系统、视频系统和声光告警系统三部分组成。具体流程如图5.3所示：
在本流程图中，GPS系统、视频系统、声光报警系统分别用两位数字加以区分，在本设计中规定GPS系统用数字“00”表示，视频系统用数字“01”表示，声光报警系统用数字“10”表示。在图中各系统数字前面都有一个数字“1”表示整个系统为总告警系统。具体表示方法如图3.3所示。对本流程的描述如下：（1）首先判断从传感器传来的信号是否正常，如果正常则判断是否为有用信号，如果不正常则进行错误检测。
（2）如果上面的报警信号为有用信号则启动报警系统，如信号不是有用信号则返回。
（3）判断各系统是否能正常启动，如果不能则进行错误检测。并可根据检测出来的数字信息判断出错误来自哪个系统。
（4）将GPS系统和视频系统采集到的信息经GPRS系统发送出去。
开始
GPS系统(100)
视频系统
(101)
判断是否正常启动错误检测二
声光报警
(110)判断报警信
号是否正常
判断是否为有用信号
错误检测一
返回
Y
(0××0)
N
1××0
1××1
启动GPRS系统并
进入网络发送
返回
0××1
图3-3 启动报警系统流程图
3.4 通信系统软件设计
本设计采用GPRS网络进行通信，它的优点是可以短时间内不受盲区的限制，因为它传递信息主要是以短信息的方式，而信息如果发送不出去可以在24小时之内自动保留在移动台上，当有信号出现时便可再次重新发送给车主，因此本系统对时间的实时性要求不高，在本设计中通信设备选用了西门子的MC35i 模块，其模块的流程如图3-4所示：