基于GSM网络的车载远程报警系统的设计

孟 娜，王 帅，陈文强，潘之杰，赵福全

（吉利汽车研究院，浙江 杭州 311228）

由于人均汽车所有量迅速增加，人们对汽车安全需求越来越高，传统的声光报警已经不能满足目前汽车安全的形势。利用先进的GSM （G1oba1 System for Mobi1e Communications，全球移动通信系统）通信技术来实现对汽车的网络式报警，为远程监控汽车安全提供了一个强大的支持平台。它的最大优点在于能够双向通信并且不受时间方面和地域范围的限制［1］，报警信号可以通过CAN总线对汽车其它部件提供安全信息支持。

1 系统的构成及工作原理

1.1 系统总体结构

GSM的车载远程报警系统主要包括GSM模块、单片机、SIM卡、扩展存储E2PROM、电源、无线键盘接收模块以及CAN总线接口电路，如图1所示。

1.2 系统工作原理

1）从无线按键遥控输入车主的电话号码，存储在外部存储器E2PROM中，采用串行通信，运用I2C总线的通信模式进行手机号码在硬件上的存储。

2）汽车停止后，车主启动防盗模式离开，系统进入监控状态，当车身传感器检测到有人非法进入时，触发GSM模块发送预设的报警短信息给用户手机，并发出警报声［2］，声音报警1分钟后停止。

3）当产生报警信号时，信号通过CAN总线控制发动机控制器禁止喷油。

4）车主通过手机发送安全解除信息到GSM模块，解除GSM警情，同时EMS（Engine Management System，发动机管理模块）禁止喷油被解除。

5）系统复位，当发生警情后车门未开启时，系统会自动重新上警。

2 系统的硬件设计

2.1 GSM报警器芯片

1）BENQ M22模块是三频模块，支持GSM900、DCS1800、PCS1900。执行ETSI GSM Phase 2+的标准，基本特征为双音多频功能 （DTMF）、紧急呼叫或通话、最高速率、升级到高速率和半速率；支持的服务为点对点的MT&MO、电话薄、SIM工具包、固定号码呼叫、短消息区域广播、呼叫等待或保持、回复呼叫信息、呼叫转移、多方通话、呼叫限制、呼叫线路认证、附加服务、回声取消、SIM锁、USSD、计费。

BENQ M22内部物理结构：M22模块的引脚功能，例如UART、GPIO、AUDIO、SIM等，这些特性可以和传统的电话设计相兼容［3］，内部结构如图2所示。

2） SIM卡 （Subscriber Identity Modu1e）基本特性为用户识别卡，它是一张符合GSM规范的 “智能卡”，可以插入任何一部符合GSM规范的移动电话中。SIM卡是带有微处理器的芯片卡，内部有5个模块： CPU （8位）、 程序存储器ROM （6～16 kb）、工作存储器RAM（128～256 kb）、数据存储器E2PROM （2～8 kb）和串行通信单元，这5个模块集成在一块集成电路中［4］；SIM卡在与手机连接时，最少需要5个连接线： 电源 （Vcc）、 时钟 （CLK）、 数据I／O口 （Data）、 复位 （RST）、 搭铁端 （GND）。

当开启电源期间，SIM卡按以下次序激活各触点：RST低电平状态→Vcc加电→I／O口处于接收状态→Vpp加电→提供稳定的时钟信号；当关闭电源时，其按如下次序工作：RST低电平状态→CLK低电平状态→Vpp去电→I／O口低电平状态→Vcc掉电［5］。在与M22模块相连的情况下，这些工作都是由模块完成的，无需人工干预。SIM卡有8个引脚，但通常4脚和8脚是保留不用的，其引脚定义如图3所示。

3）外部存储单元采用CAT24WC01。它是一个1K位串行CMOS E2PROM，有一个8字节页写缓冲器。该器件通过I2C总线接口进行操作，有专门的写保护功能，总线上的任何器件都可以作为发送器向总线发送数据。任何从总线接收数据的器件均为接收器，数据发送到总线上是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件进行控制［6］。

2.2 GSM报警器硬件

1）一个CAN总线接口由3部分组成：微控制器、CAN控制器、CAN收发器，如图4所示。最上层为微控制器AT89C52；中间层为CAN总线控制器，采用SJA1000，它是一种独立的CAN总线控制器，用于移动目标和一般工业环境中的局域网络控制，而且它增加了一种新的工作模式——Pe1iCAN，这种模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B协议； 最底层为CAN总线收发器TJA1050，它作为CAN总线控制器和物理总线之间的接口，提供差动发送和接收能力。

AT89C52的ALE、WR、RD控制SJA1000的数据发送和接收。SJA1000的MODE脚接高电平，选择Inte1模式。AT89C52以中断方式对报文收发做出响应。报警信号通过CAN节点控制GSM模块电路发出警情信息。

2）GSM模块采用BENQ M22，由CAN总线节点模块的ECU的RXD、TXD分别与GSM模块相连进行串行通信。SIM卡在与M22模块相连的情况下，这些工作都是由模块完成的，无需人工干预。BENQ M22波特率要匹配为9 600 kb／s，POW端拉低电平脚拉低100ms， 即为BENQ M22模块开机， 经过6～10s的时间，指示灯闪烁，表明模块处于待机状态，可按模块的AT指令从串口发送操作命令，连线图如图5所示。

3）电源电路主要采用三端电源模块LM7805，将外部+12 V直流电源转换为+5 V，如图6所示，然后经过稳压二极管1N4148降压到+4.6 V左右为M22提供电源。由于M22模块在通信的瞬间电流能达到1.7 A左右， 在LM7805输出端并联了3个470 μF电容，以提供较大的瞬时电流。

4）单片机通过对CAT24WC01编码对存储单元反复读写，从而达到号码存储与修改的功能。ECU提供P2.3、 P2.4两个口与CAT24WC01的SDA、 SCL相连，用于扩展I2C总线形式的存储单元，且CAT24WC01的A脚与WP全搭铁，SDA、SCL引脚都要外接上拉电阻，如图7所示。

5）无线键盘模块发射采用无线遥控器和接收模块9915A，发射装置与接收模块频率相同，为315 MHz，接收距离为80～120 m。通过单片机采集输入信号，再通过单片机进行编码把相应的信息存入CAT24WC01中。

6）报警装置安装在吉利GE展车报警系统上，GSM报警部分实物如图8示。

3 软件设计

3.1 BENQ M22的指令与模式

BENQ M22模块指令采用AT指令来控制GSM模块接收和发送手机短消息。BENQ M22采用的短消息AT指令及说明如表1所示。

表1 短消息AT指令说明

目前，接收和发送SMS信息常用的模式主要有两种：Text（文本）模式和PDU（Protoco1 Data Unit，协议数据单元）模式。

1）Text模式 是纯文本方式，可使用不同的字符集，中文汉字字符的手机短消息在国内手机的Text模式下是不被支持的。

2）PDU模式 目前市面上的所有手机支持能够发送短信的PDU模式，它采用3种编码方式，包括UCS2编码、7位编码、8位编码，发送短信的相关信息可采用普通的ASCII字符所代替，还包括数据消息和Ucicode字符这两种模式［7］。

本设计采用PDU模式和AT指令相结合进行编码，发送普通的ASCII码转化的字符或数字作为报警系统短信内容。

3.2 报警系统软件流程

首先对硬件进行初始化、数据初始化、中断程序初始化。硬件进行初始化包括单片机、BENQ M22模块初始化等；数据初始化主要是对传感器信息数据进行设定；中断程序初始化主要是通过查询方式进行报警信号判定。整体流程如图9所示。

4 结论

该系统采用GSM网络，通过手机对汽车安全状态实时监视和控制，实现了汽车远程监控功能。它不仅成本低廉，并且能够更好地解决汽车防盗系统受时间与空间缺陷的制约的问题［8］，报警信号通过车身总线可以控制其它单元。通过这两方面的设计能够大大提高整车防盗系统的性能。同时，系统还可根据用户的需求扩展成语音双向的数据传输等功能。因此，为远程报警系统的发展提供了更广阔的发展空间。

［1］梅创社.基于GSM手机模块在车载防盗系统中的应用研究［J］.计算机应用与软件， 2007， （5）： 124－125.

［2］吴振陆，付学尧.基于GSM网络及RFID技术的汽车防盗系统设计［J］.装备制造技术， 2010， （5）： 96－99.

［3］BENQ.M22 GSM／GPRS Wire1ess Modu1e［Z］.2003.

［4］郑可鑫.SIM卡的应用及其读卡器设计［J］.今日科苑，2007， （8）： 72.

［5］蒲若锟.高速、大容量新一代SIM卡［J］.信息安全与通信保密， 2010， （7）： 135－137.

［6］王佳斌，戴在平.模拟I2C总线从器件的一种方法［J］.华侨大学学报 （自然科学版）， 2004， （2）： 206－209.

［7］王洪瑞，权爱荣，肖金壮.GSM模块收发中文短消息的关键技术［J］.单片机与嵌入式系统， 2008， （4）： 51－53.

［8］张俊林，谭 昊.基于GSM网络的汽车防盗系统研制［J］.重庆科技学院学报， 2010， （12）： 149－152.