基于GPRS和GPS的汽车防盗系统设计

唐俊遥， 杨民生

基于GPRS和GPS的汽车防盗系统设计

唐俊遥， 杨民生

（湖南文理学院 电气与信息工程学院， 湖南 常德， 415000）

以STC12C5A60S2芯片为核心控制器， 以SIM300为GPRS模块， 以NEO 6为GPS模块， 并采用传感器模块检测报警信号， 组建了一个基于GPRS和GPS的汽车防盗报警系统。软硬件调试结果表明， 该系统实现了对汽车现状的实时报警和监控功能。

核心控制器； 汽车防盗报警系统； GPRS模块； 报警信号； 监控

目前， 技术含量最高、最成熟的汽车防盗报警产品都是利用GPS技术给车主提供实时的车辆位置信息来实现防盗功能。由于车主不能直接与卫星联接， 导致车主不能对被盗车辆的情况进行实时控制，而运用GPRS网络能很好地实现这一功能。GPRS网络全球覆盖面广， 传输速率快， 已广泛应用在手机用户上， 因此车主可以通过手机控制车辆以防被盗［1-2］。基于GPRS和GPS的汽车防盗系统设计的性能要求具有及时性、实用性， 及性能参数达到低功耗、工作温度-35～+70 ℃、工作电压在9 V及以下。本设计基于GPS和GPRS技术开发的一种汽车防盗系统， 能够对汽车进行防盗报警和实时控制。

1　系统总体设计

本文设计的汽车防盗报警系统包含 5个硬件模块， 如图 1所示。系统采用STC12C5A60S2芯片作为核心控制器， 用NEO 6芯片处理GPS天线接收到的GPS定位数据实现全球实时定位功能， 以SIM300芯片收发短信实现远程短信控制功能， 利用震动、红外线等传感器检测报警信号， 组建声光报警系统实现实时报警［3］。整个系统设计包含系统硬件设计与系统软件设计。

图1　汽车防盗报警系统框图

2　系统硬件设计

系统硬件由单片机作为核心控制中枢负责整个系统的运行。用NEO 6芯片与单片机串行通信连接，

2.1GPS模块设计

本模块采用NEO 6芯片， 工作电压为3.3 V。该模块通过串口1与单片机连接实现串口通信， 当单片机收到警情信号后通过串口给 GPS模块发送位置请求指令，GPS模块将GPS天线接收到的实时扫描信息解析后， 再将定位数据传给单片机做进一步处理。GPS硬件连接电路［5］如图2所示。

图2　GPS模块连接电路图

2.2GPRS模块电路设计

GPRS模块由SIM300和SIM卡构成， 通过单片机的串口2与GPRS模块相连， 采用异步串行通信。若单片机收到报警信号， 则向SIM300发送 AT指令实现向车主手机发送短消息报警， 车主接收到短信之后向系统发送相应的操作命令， SIM300提取短消息并译码后进行相应的操作。例如， 用户可以根据实际情况发送锁定短信指令， 启动汽车上的电磁阀， 切断油路。GPRS通信模块的电路如图3所示［6］。

图3　GPRS模块连接电路图

2.3汽车锁定模块硬件电路设计

如图4和图5所示， 电磁阀接单片机P3.6端口、打火线圈接P3.7端口。当单片机收到车主发来制动信号时， 单片机P3.6口电位拉高， 启动电磁阀工作， 随后打火线圈电路工作， 进而实现对汽车油路的控制。为了能够在已发现车辆被盗时对车进行有效的控制， 当GPRS模块发出报警信息后， 若车主发出锁定命令， 系统将会自动利用继电器关闭汽车的油路， 以阻止小车被盗。

图4　油路控制电路

图5　打火控制电路

2.4声光报警模块电路设计

如图6所示， 声报警电路选用压电式蜂鸣器， 光报警电路选用发光二极管。正常情况下声光报警模块不工作， 但发生警情时模块会根据单片机发送的指令， 执行相应的操作。

当单片机 P1.5口输出低电平时， 三极管导通，蜂鸣器报警。当单片机P1.4口输出低电平时， 发光二极管以不同频率闪烁。如果车主要停止声光报警系统工作， 那么只需按下按键 S关闭声光报警系统。当按键按下时， 单片机会收到外部中断指令，系统进入中断现场保护模式， 立即对中断处理， 给单片机控制的端口赋以高电平之后退出中断， 因而达到停止声光报警模块工作的目的［7］。

图6　声光报警电路

2.5电源模块电路设计

本系统用9 V外部电源给系统供电。为了给各模块提供合适的电压， 需要搭建各电源电压转换模块。单片机及其外围电路采用LM2576S芯片得到稳定的 5 V电压。GPRS模块采用MIC29302芯片构成的电源电路来实现稳定的4.2 V电压。GPS模块采用5 V转3 V电路［8］。电源电路如图7所示。

图7　电源电路图

3　系统软件设计

当设备上电时， 分别进行自身参数设定， 包括对定时器工作方式及初值的设置、串口通信方式的设置等。传感器模块进行实时扫描， 一旦发生非法入侵， 传感器模块发出信号给单片机， 单片机通过检测信号判断是否有报警信号。若是， 则单片机向GPRS模块发送不同的AT指令， GPRS模块利用GPRS网络给用户发信息， 车主收到信息后通过回复短信进行相关控制。此时单片机发送相应的指令给声光报警系统， 声光报警系统产生相应的响应［9-10］。

3.1系统主程序设计

系统的软件部分以主程序为入口， 在初始化之后首先由传感器检测信号， 单片机对检测到的信号进行判断。若检测到的是报警信号， 则单片机请求GPS模块提供定位信息， GPS模块对天线采集到的信息进行数据解析后传给单片机进一步处理， 然后单片机给 GPRS模块发送短信命令。GPRS模块发送相应的定位报警信息给车主， 车主可以发短信控制车载系统启动电磁阀［10］， 从而控制油路。系统软件主程序流程如图8所示。

图8　主程序流程图

3.2收发短信子程序设计

（1） 短消息发送子程序。程序进入短信发送子程序之后， 先构造英文编码， 发送AT+CMGF=0 ，设置短信息发送模式为文本模式， 调用延时程序；然后发送AT+CMGS=num （num=15+2*字数）， 设置发送短信的大小， 调用延时程序； 发送英文编码， 再调用延时程序； 发送0x1A短信息结束标志。此时便完成了短信的发送［11］。

（2） 短消息接收子程序。读取短信内容， 首先发送指令AT+CNMI=2， 1 设置为读取短信。当系统收到短信时， 读取信息的发送号码。如果是车主的电话号码， 则读取短信的地址， 然后发送AT+CMGR= addr ， 读取车主发来信息的内容。根据短信内容的不同， 判断车主要执行的是哪种操作， 然后执行相应的操作［11］。

3.3汽车锁定系统子程序设计

本设计的串口中断程序是将单片机串口接收到的数据存入一个数组中， 接收到回车后， 函数跳到主程序。AT+CMGF可用于设置短消息信息格式， 若设为文本模式， AT+CMGF=0 ； 若AT+CMGS用于发送短信， 其格式为AT+CMGS=39 ， 最后输入发送短信的内容即可， 以Ctrl+Z（0x1A）结束［11］。

3.4GPS定位系统子程序

本系统的 GPS模块会实时扫描汽车所在位置信息和速度等因子， 一旦汽车遭受非法入侵， 单片机就会发出指令读取相应的GPS模块的数据， 然后通过GPRS将数据传给用户。当GPS模块收到指令时，会立即将GPS模块收到的GPRMC、GPGGA等数据解析， 然后将其转化为单精度类型， 供GPRS模块识别。为了进一步精确读取GPS数据， 系统需要设置程序读取相应数据的数据段。最后为了准备描述汽车目前的状况， 还需提供准确的时间给车主［12］。

3.5定时中断子程序

当系统需要复位声光报警系统时， 车主按下定时中断按钮， 单片机接收按键信号， 此时单片机系统进入中断现场保护状态， 系统进入中断处理阶段， 然后系统复位声光报警系统相关端口电位， 中断退出，整个程序继续按顺序执行［4］。

4　系统测试

系统测试结果如图9所示。通过敲击桌面给予震动传感器一个模拟盗车的信号， 系统接收到检测信号后进行判断处理， 控制声光报警模块中的发光二极管发出不同频率闪烁的光进行警示， 同时蜂鸣器发出鸣笛声。当震动传感器接收到有效信号时， 声光报警系统同时工作， GPRS模块向车主手机发送报警短信， 内容为GPRMC格式。通过对GPRMC解析， 车主可以得知汽车所在具体位置、时间、车速、海拔等信息。若车主确定汽车被盗， 则可以编辑短信启动电磁阀切断汽车油路， 锁定汽车。

图9　系统测试结果

5　结论

本设计基于单片机STC12C5A60S2为核心控制器， 将GPRS和GPS结合， 实现了对汽车现场报警和远程控制功能。实验证明， 该系统克服了现有汽车报警类产品不能对汽车进行实时控制的缺陷， 是一项重要的技术改进。

［1］ 乌罕图. 基于GPS和GPRS的汽车防盗系统软件设计［D］. 长春： 吉林大学， 2013.

［2］ 何光禹， 孙成， 蔡海峰， 等. 基于GPS和GSM网络的新型汽车防盗系统［J］. 电子设计工程， 2010， 18（8）： 29-32.

［3］ 杨民生， 唐俊遥， 肖杰. 基于GSM和GPS的汽车防盗报警系统设计［J］. 科学与财富， 2015（9）： 242-243.

［4］ 谢海军， 吴钟云， 杨艳华， 等. 基于单片机汽车防盗报警系统设计与实现［J］. 电子设计工程， 2012， 20（3）： 162-165.

［5］ 曹莉凌， 简佳辉. 基于单片机的汽车防盗报警系统的设计与实现［J］. 电子设计工程， 2015， 23（15）： 121-124.

［6］ 贾宝惠， 田正平. 汽车防盗报警器的设计与研究［J］. 电子测量技术， 2011， 34（1）： 1-4.

［7］ 陈超， 邬春学， 苏玉容. 汽车远程报警系统的设计与实现［J］. 长江大学学报， 2006， 3（1）： 71-73.

［8］ 铃木雅臣. 晶体管电路设计（上）［M］. 周南生， 译. 北京： 科学出版社， 2004： 195-209.

［9］ 周学冰. 短信息（SMS）与WAP的开发及应用［M］. 北京： 电子工业出版社， 2005： 22-45.

［10］ 谭浩强. C语言程序设计第四版［M］. 北京： 清华大学出版社， 2014： 170-180.

［11］ 陈冬林， 谭云兰. 基于GSM短消息的编码方法及其编程实现［J］. 计算机与现代化， 2006（3）： 115-116.

［12］ 景雨， 杜振军. 基于GPRS短信息的GPS汽车定位与防盗系统的研究［J］. 计算机工程与设计， 2007， 28（17）： 4 315-4 318.

（责任编校： 刘刚毅）

Design of automobile anti theft system based on GPRS and GPS

Tang Junyao， Yang Minsheng
（College of Electrical and Information Engineering， Hunan University of Arts and Science， Changde 415000， China）

It chooses the STC12C5A60S2 series chip as the core control system， SIM300GPRS as GPRS module，Neo 6 chip as GPS module， and adopts sensor module to detect alarm clock， a car alarm system based on GPRS and GPS is established. Debugging results of hardware and software show that the system can monitor and give real-time alarm about cars' status.

core controller； automobile burglar alarm system； GPRS module； alarm signal； monitoring

TP 368

1672-6146（2016）03-0030-04

10.3969/j.issn.1672-6146.2016.03.007

杨民生， yms1234@163.com； 唐俊遥， yao3238181@163.com。

2016-04-18

湖南省自然科学基金常德地区项目（13JJ9023）； 湖南省教育厅项目（14C0787）。将天线收到的数据信息发送给单片机。以SIM300芯片与SIM卡组成GPRS无线通信模块与单片机串口连接， 将GPS模块解析的数据用GPRS网络传到短信服务中心进行处理， 再通过短信服务中心将数据发到用户手机上。采用震动、红外线传感器等构成检测模块， 将检测信号以数字量传到单片机进行判断。采用蜂鸣器和发光二极管来模拟汽车声光报警系统实现实时报警功能。综合以上 5个部分设计硬件电路［4］。