基于μC/OS-II的低功耗车载防盗系统的设计

钟杰铨，彭文亮，唐佳林

（北京理工大学 珠海学院 信息学院 广东 珠海 519088）

当今市场的汽车的防盗手段通常都是被动防盗型的，即采机械式或者电子式的手段当车辆遇到非法入侵时车辆防盗系统会采取预设的防盗手段并自动报警。此类的防盗器占绝大部分市场。此类防盗器在一定程度上能对非法入侵者起到阻碍作用，但是如果遇到手段高明的盗车贼。此类的防盗器就成为了摆设，而且无法及时寻回被盗车辆。为此在本文中作者设计了基于μC/OS-II的低功耗车载防盗系统。该系统是一种区别于传统防盗器的新型防盗手段，利用当代覆盖面最广的GSM网络与GPS系统对车辆进行监控[1]。

本文介绍的防盗系统，是基于μC/OS-II系统，结合TI公司的MSP430微处理器，由GPS模块获取车辆当前位置，通过GSM网络发送当前车辆情况到用户手机上。通过手机短信可发送指令控制车辆的油门与点火装置。结合传统车辆防盗器为车辆提供较为全面的防盗方案。

1 系统的设计目标

1）位置及车辆内部情况相关数据的传送，包括用主动请求系统发送，间隔时间发送，超过一定范围发送等。发送的方式可通过SMS方式与GPRS方式，GPRS方式是通过流量进行计费的[2]，因为本系统要求的数据大小不大，故本系统主要采取GPRS方式进行信息通信。但由于在某些偏远地方或人群聚集的地方，GPRS信号可能不好，故系统亦可通过SMS方式进行辅助通信。

2）异常情况处理，分一下几种情况：

①紧急报警功能：当车辆遇上交通事故，抢劫等紧急情况时司机可通过紧急按钮向预设好的安全号码发送求救信号，并上传当前车辆定位数据。

②防盗报警功能：当系统设置为防盗模式时，当系统检测到车辆有异常时，系统会切断车辆供油系统与锁定刹车系统。并发送当前定位数据到用户手机。

③寻回车辆功能：当发现车辆被盗时，用户可通过发送预设指令，可主动切断车 辆供油系统并锁定车辆。并发送定位数据到用户手机。帮助用户寻回自己被盗车辆。

2 系统硬件设计

MSP430F149微处理器的片上资源MSP430F149芯片是美国德州仪器公司推出的16位超低功耗微处理器，有60KB+256字节FLASH，2KB的RAM，片内资源丰富，包括基本时钟模块、看门狗定时器[3]，带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、带7个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4组8位并行端口、模拟比较强、12位A/D转换器、2个串行通信接口等模块。结合芯片设计手册设计微处理器电路如图1所示。

图1 MSP430F149微处理器Fig.1 The interface circuit of MSP430F149

其他硬件的实现系统的硬件设计主要有4个部分，即电源电路部分、GSM模块电路部分、GPS模块电路设计、继电器控制电路设计。系统全部采用3.3 V电压供电，由于GS M模块的峰值电流可达到2 A，故采用美国芯源的电源芯片MP2303，该芯片提供4.75～28 V宽电压输入，0.8～25 V宽电压，最大3 A电流的输出。参考官方设计手册设计了本系统的电源电路，由车载蓄电池12 V直流供电，提供3.3电压最大3 A的输出[4]。电路如图2所示。

图2 系统电源电路Fig.2 Circuit of system power

本设计采用GSM作为与车载终端与用户终端通信手段，当车辆发生异常时，可通过短信、GPRS通知用户。用户发现异常后可主动查询到车辆的具体位置，与车辆行驶情况。GSM（Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统。我国已经建成覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，现在是我国公众移动通信网的主要方式。本设计基于成本与稳定性原则，采用芯讯通无线科技有限公司推出的SIM900A模块，该模块是专为中国大陆和印度市场设计的双频的GSM/GPRS模块。主要为工业控制，物联网等提供语音传输、短信发送、GPRS数据业务提供无线接口。

本设计区别于传统防盗器的最大亮点在于可实时掌握车辆当前位置与车辆内部情况。如是否已经点火，当前车辆行驶速度等。故本设计采用GPS定位技术，终端用户可通过GSM网络精确的掌握车辆位置。本设计基于成本与稳定性原则，采用u-blox公司推出的一款GPS定位模块NEO－6M[5]。该模块基于u-blox公司的u-blox6定位引擎，专为低功耗低成本设计提供GPS数据接口。图3为NEO－6M模块外部电路设计图

图3 NEO－6M模块外部电路设计图Fig.3 The NEO－6M peripheral circuit

3 系统软件设计

软件设计基于嵌入式实时操作系统μC/OS-II，μC/OS-II是一种基于优先级的抢占式多任务实时操作系统，通过实时内核对CPU进行管理，为每个任务分配CPU时间，当无需执行任务的时候，内核自动切换CPU到休眠状态，配合MSP430单片机的多种低功耗模式，可较为轻松的实现反应灵敏，功耗低，多任务的防盗系统。

μC/OS是一个基于优先级的可剥夺型的实时多任务操作内核，包含实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步和内存管理等功能。95%的代码由C语言编写，只有极少关于CPU操作的代码由汇编编写，可移植性强，内核简单易懂，对RAM与ROM占用低，适用于小系统的开发[6]。结合MSP430单片机可方便开发出超低功耗的防盗系统。

1）系统流程图

图4 软件设计的流程图Fig.4 Flow chart the software design

2）μC/OS-II初始化代码

void main （void）

{

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD；/*禁止看门狗*/

OSInit（）； /* 初始化 uCOS-II*/

KeyQEvent=OSQCreate（&Qstart[0]，10）； /* 创建按键信号量*/

OSTaskCreate（TaskStart_Start，（void*）0，

&TaskStartStk_Start[TASK_STK_SIZE-1]，Task Start_Start_PRIO）；

/*创建系统初始化任务*/

OSTaskCreate（TaskGPRS， （void*）0，

&TaskStartStk_GPRS[TASK_STK_SIZE-1]，TaskGPRS_PRIO）；

/*创建GPRS通信任务*/

......

OSStart（）；/*开始任务调度 */

}

3）μC/OS-II任务程序示例

μC/OS-II是一个多任务实时操作系统，每个应用程序是一个任务，根据任务的性质在系统中对其分配不同的优先权。本系统的优先级由高到低分别为系统初始化任务、短信通信任务、GPRS通信任务、车辆控制任务、GPS数据解析任务。

任务的示例程序如下所示：

4 实验数据

表1 防盗系统功耗测试结果Tab.1 Test result of alarm system power consumption circuit

由实验数据可得出，该防盗器具有不错的低功耗性，系统休眠的平均工作功率仅为0.035W，换句话说如果系统采用额定容量为2 000 mAh/3.7 V的锂电池供电，那么系统的休眠工作时长可达上万小时。该类防盗器可用于长期无外部电源供电的汽车防盗方案。

5 结 论

本防盗系统采用了GSM/GPRS远程通信技术、GPS全球定位技术、μC/OS-II实时操作系统 具有低功耗、可远程操作、实时掌握车辆位置的特点，其主要功能已在实验板得到验证。现在的电子产品研发的国际主流就朝着低功耗、高性能的方向发展，随着国民车辆拥有量的快速增长，本系统具有广泛的市场前景。

[1]沈建华.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2]任哲.嵌入式实时操作系统μC/OS-II原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2009.

[3]朱刚.基于GSM/GPS汽车防盗系统的设计[D].武汉：武汉理工大学，2012.

[4]李彬，王朝阳，卜涛，等.基于MSP430F149的最小系统设计[J].国外电子测量技术，2009（12）:74-76.LI Bin，WANG Chao-yang，BO Tao，et al.The mini-system design based on MSP430F149[J].Foreign Electronic Measurement Technology，2009（12）:74-76.

[5]孙采鹰，张国栋.基于AT89S52单片机的车辆防盗系统的设计与应用[J].中国科技信息，2007（3）:82-83.SUN Cai-ying，ZHANG Guo-dong.The designing and application of system of guarding against theft for vehicle based on AT89S52 singl chip computer[J].China Science and Technology Information，2007（3）:82-83.

[6]高飞，孙绪保，刘凯凯，等.基于GSM的远程车载防盗报警系统设计[J].微型机与应用，2011（19）:78-80.GAO Fei，Sun XU-bao，LIU Kai-kai，et al.The design of remote car anti-theft alarm system based on GSM[J].Microcomputer&Its Applications，2011（19）:78-80.