智能防盗车锁跟踪系统设计*

万云霞，庞　铄，付群健，黎淼兰，胡　鹤

(吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130026)

智能防盗车锁跟踪系统设计*

万云霞，庞铄，付群健，黎淼兰，胡鹤

(吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130026)

摘要:设计了一种可自动定位的智能防盗车锁跟踪系统，以STC12C5A60S2单片机作为控制器，辅以液晶显示屏(LCD)显示模块、声光报警模块、全球移动通信系统(GSM)通信模块、GPS定位模块、加速度模块等功能模块。系统可以实现无人状态下的声光防盗功能，同时在被盗后可以进行定位并通过GSM通信模块短信通知车主。测试结果表明：定位误差小于5 m，信息更新速度不低于0.2次/min。

关键词:防盗车锁；全球移动通信系统；全球定位系统；加速度模块

0引言

随着社会物质财富的日益增长和人们生活水平的提高，安全成为现代居民最关心的问题之一。在各行各业中，防盗报警至关重要，尤其是车锁的防盗功能。传统的机械锁由于构造简单、功能单一，安全性很低[1]；而电子锁克服了机械锁安全性能差的缺点，保密性高，使用灵活性好[2]。

本文设计在电子锁的基础上增加全球移动通信系统(global system for mobile communications,GSM)模块、全球定位系统(global positioning system,GPS)定位模块和加速度模块设计智能防盗车锁。其中，密码锁模块具有按键输入显示、输入错误提示、控制报警、修改密码等多种功能；加速度模块和GPS定位模块在车子被盗时能感应车子移动并实现定位；GSM通信模块可发短信通知车主，实现被盗后的准确定位，保证了车子的安全。

1整体设计

智能防盗车锁跟踪系统以控制器和各功能模块为核心[3]。实现功能为当密码输入正确时车锁打开，所有防盗报警功能都关闭；若无密码输入或密码输入错误时车子被移动，加速度模块感应加速度变化，此时获取GPS模块的定位信息，通过GSM模块将定位信息发送到车主手中，达到防盗目的。系统总体结构框图和总体流程图如图 1、图2所示。

图1　系统总体结构图Fig 1　Overall structure of system

2模块设计

智能防盗车锁跟踪系统采用模块化设计，整个系统由控制模块、密码锁模块、加速度模块、GPS模块和GSM模块组成，所有模块集中在一块电路板上，通过各模块相互配合，共同实现防盗报警功能。

图2　系统总体流程图Fig 2　Overall flow chart of system

2.1控制模块

此系统采用STC12C5A60S2单片机作为控制器，该单片机内部自带60k FLASH ROM,可用电的方式瞬间擦除、改写，支持串口程序烧写，有利于实现程序在线烧录。同时具有高速、低功耗、超强抗干扰等优点，有利于减轻系统重量，稳定性好[4]。

最重要的是，STC12C5A60S2单片机有两个串口(RXD,TXD和RXD1,TXD1)，可以实现GPS模块与GSM模块同时连接到单片机上。串口1与GPS定位模块连接，串口2与GSM通信模块连接。GPS成功定位后，将定位信息通过串口1发给单片机，然后发送定位信息字符串到串口2 ，串口2利用中断函数控制，保存接收到的数据，最后将数据发到车主手机中，可方便的实现双串口通信。

2.2密码锁模块

密码锁模块由STC12C5A60S2单片机作为主控芯片，16个按键作为输入键，结果通过LCD显示。为了防止掉电等意外情况的发生，采用AT24C02 作为掉电保护[5～7]。当通过按键输入密码时，若密码正确则车锁打开且指示灯亮，此时可修改密码，按修改键后连续输入2次即可确定新密码，提高了安全性；若密码错误时会在显示屏上提示输入错误，当连续错误3次后按键被锁定，蜂鸣器持续报警1 min。密码锁整体仿真图与整体流程图如图3、图4。

图3　密码锁整体仿真图Fig 3　Whole simulation diagram of combination lock

图4　密码锁整体流程图Fig 4　Whole flow chart of combination lock

2.3加速度模块

当无密码输入或密码输入错误时，系统需要感知到车子被移动才启动GPS定位模块和GSM通信模块。本系统采用加速度传感器感知车子移动状态。当车子移动时，加速度值发生变化，传感器感知加速度变化值并将其传至单片机，进而启动GPS模块进行实时定位。

加速度传感器选用MMA7455，它是一种数字输出、低功耗、紧凑型加速度传感器，无需外加A/D转换器，体积小、质量轻[8]。另外具有信号调理、温度补偿等功能，受温度变化影响小，稳定性好。工作时只需把VCC,GND,SCL,SDA4个管脚与单片机连接，使用方便，加速度模块的工作原理图如图5所示。

图5　加速度模块工作原理图Fig 5　Working principle diagram of acceleration module

2.4GPS定位模块

车子被盗后，为了获取车子的准确位置，系统增加了GPS定位功能。利用GPS定位模块确定车子所在位置的经纬度，完成定位和坐标转换，将经纬度转化为坐标的形式，分离出度、分、秒，得到所需的N(S),E(W)坐标，再通过串口TXD,RXD分别与单片机的RXD,TXD相连，将定位结果传给单片机，起到定位防盗的作用。

系统采用CNP301UA型号的GPS模块，该模块具有体积小、结构紧凑、重量轻、精度高、收星快、灵敏度高以及用户可灵活自定义配置等的优点[9]，可以实现快速、准确定位。

在测试过程中，在不同的地点分别定位，定位结果如图6所示。

图6　不同地点的定位结果Fig 6　Positioning results in different locations

经查找资料可知，在经线上纬度差1°，实际距离相差111 km，则相差1′的距离大概为111 km/3 600=30.8 m；在纬线上经度差1°，实际距离相差111cos α(km)(α为当前纬度值)，则相差1′的距离大概为111 km/3 600 cos α。

2.5GSM通信模块

当车子被盗后，如果能准确获知车子的具体位置，对于追回被盗车辆具有关键作用。因此，可以采用GSM通信模块将GPS的定位信息实时发送到车主手机中，使车主能及时掌握车子所在方位。

本系统采用SIM900A通信模块实现与车主手机的通信，SIM900A通信模块可以低功耗实现收发短信、接打电话等功能[10～13]，GSM模块与计算机之间通过AT指令完成数据通信，需要设置发送短消息模式为Text格式并确定接收信息的号码。SIM900A通信模块的工作流程图如图7所示。

图7　SIM900A通信模块的工作流程图Fig 7　Working flow chart of SIM900A communication module

3测试结果

密码锁可实现基本功能，密码输入正确时车锁打开指示灯亮，有3次输入机会，若3次都错误蜂鸣器报警，且在密码锁打开的情况下可以修改密码。输入密码显示结果与修改密码显示结果如图8。

图8　输入和修改密码显示结果Fig 8　Displayed results when entering password and changing password

GPS模块可以定位出当前的经纬度，当车子被盗时开始定位，并且将定位信息通过GSM模块发到车主的手机中，图9为手机接收到的定位信息。

图9　手机接收到的定位信息Fig 9　Positioning information received by mobile phone

4结束语

完成了智能防盗车锁跟踪系统的设计与测试。在传统电子锁的基础上，增加了密码保护和实时定位功能，更加智能化。通过输入密码解决了传统钥匙易被盗的缺点；利用加速度模块、GPS模块和GSM模块相结合，实现了车子被盗时的实时定位跟踪功能。测试结果表明：系统的定位精度小于5 m，从车子被盗到接收到短信的响应时间小于60 s/次。系统为电子防盗车锁的发展提供新的设计思路，具有很高的使用价值和开发潜力。

参考文献:

[1]张永强.高可靠性电子锁设计[J].电子测试,2012(9):91-95.

[2]杨靖,田登尧,白天蕊.基于GSM的防盗系统[J].电子设计工程，2010,18(11):150-153.

[3]沈红卫.基于单片机结构的智能系统设计与实现[M].北京:电子工业出版社,2002.

[4]覃明,李涛波,王小云,等.基于STC12C5A60S2单片机的电子密码锁设计[J].中国西部科技,2014,13(9):34-36.

[5]周功明.基于AT89C2051 单片机的防盗自动报警电子密码锁系统的设计[J].绵阳师范学院学报,2007,26(5):112-115．

[6]李明喜.新型电子密码锁的设计[J].机电产品开发与创新,2004,17(3):40.

[7]董继成.一种新型安全的单片机密码锁[J].电子技术,2004(3):58-60.

[8]王雨,陈常嘉，董岩磊.基于加速度传感器的车辆防盗技术研究[J].计算机技术与发展,2013,23(5):135-141.

[9]邱宗德.星载GPS接收机的设计与应用[J].中国航天,2003(11):23-26.

[10] 李鸿.用单片机控制手机收发短信息[J].电子技术应用,2003(1):24-26.

[11] 郑万溪,黄元庆,张鑫,等.基于GPRS通信技术的远程检测系统[J].传感器与微系统，2008,27(2):83-85.

[12] 张明珊.基于GPRS 网络的移动数据接入终端的研究与设计[D].杭州:浙江工业大学,2004.

[13] 闫正龙.基于GIS/GPS/GSM/GPRS技术的车辆监控系统的设计与实现[J].西北大学学报:自然科学版,2008,38(1):127-130.

Design of intelligent anti-theft lock tracking system*

WAN Yun-xia,PANG Shuo,FU Qun-jian,LI Miao-lan,HU He

(College of Instrumentation and Electrical Engineering,Jilin University,Changchun 130026,China)

Abstract:An intelligent anti-theft lock tracking system which can fix position automatically is designed,MCU STC12C5A60S2 is chosen as main controller,and the system is composed of LCD display module,sound-light alarm module,GSM communication module,GPS module,acceleration module and some other function modules.When vehicle is stolen,system can realize sound light alarm function without human,and lacate the position of vehicle after stolen using GPS module,meanwhile,the location information will be sent to the owner through short message by GSM module.Test results show that system positioning error is less than 5 m and information updating rate is not less than 0.2 times/min.

Key words:anti-theft lock;global system for mobile communications(GSM);global positioning system(GPS);acceleration module

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)05—0100—03

收稿日期：2015—08—11

*基金项目：吉林大学大学生创新创业训练计划资助项目(2014B65259)

中图分类号:TH 89

文献标识码:B

文章编号:1000—9787(2016)05—0100—03

作者简介:

万云霞(1980-)，女，山东烟台人，博士，工程师，主要研究方向为频率域电磁探测信号处理、感应式弱磁传感器。