基于GPS和GSM网络的电动车防盗系统

张星 冶艳艳 万文涛

摘 要：针对目前电动车上面的机械式、电子式等传统的防盗装置，设计了一种基于GPS和GSM网络的防盗性能高且方便简洁的电动车防盗系统，该设计通过电动车主防盗系统和用户手持端控制系统等模块，实现了电动车手动自动上锁、异常自动拨打电话报警、定位等功能，实现全方位保护电动车用户的车辆安全。

关键词：GPS；GSM；电动车防盗系统

中图分类号：TP277 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0032-03

Abstract： In view of the mechanical and electronic anti-theft devices on electric vehicles， a kind of anti-theft system based on GPS and GSM networks is designed， which has high anti-theft performance and is convenient and simple. Through the electric vehicle owner anti-theft system and user hand-held control system module， the design realizes the electric vehicle manual automatic lock， abnormal automatic telephone alarm， positioning and other functions， so as to guarantee the safety of electric vehicle users in an all-round way.

Keywords： GPS； GSM； anti-theft system of electric vehicle

伴随着现代化工业的发展以及人民生活水平的不断提升，人民机动车辆持有率在我国直线上升，以国家统计局数据为例，2016年中国电动自行车累计产量同比去年增长4.4%，电动自行车主要营收业务额同比去年增长9.2%，增速明显。与数量的增多相对应的是电动车被盗问题的不断出现，传统电动车防盗系统广泛使用机械式防盗与电子式防盗，但两者都存在着一定的缺点。机械防盗中U型锁，其材料一般采用抗液压剪材料，但其锁芯质量往往比较脆弱，偷盗人暴力破坏锁芯很快便能拆掉锁具。另外电动车自带龙头锁也并不可靠，龙头锁里有一个卡，通过锁将其卡死后龙头便无法转动，但一般的开锁匠都掌握这种技术，60秒内便可将其打开。在电子防盗中，如利用传感器对电动车使用环境进行监控和声光报警，需要将震动传感器安装在电动车的车身上，当电动车在上锁状态时，若有外来影响将导致传感器产生信号输出，从而发出报警声或闪烁报警灯光，此种方式会产生较大噪音且容易受环境影响从而产生误报警。

综上所述，研究设计出一种新型实用、适合广大电动车用户有效防盗的电动车防盗系统显得十分有必要，不仅能够促进电动车自行车行业的消费增长，在一定程度上也具有安定治安环境和自然环境的积极意义。

1 系统总体结构设计

本设计主要分为两大部分，一部分是电动车主防盗系统，包括GSM通信、GPS定位、无线数传识别、控制中心与电源五个模块，另一部分是用户手持控制端，包括无线数传识别、控制中心与电源三个模块。系统功能框图如图1所示，系统实现的功能如下：

（1）用户关闭电动车电源后，可手持控制端手动对电动车防盗系统上锁，通过两个无线数传模块之间进行配对数据传输实现。

（2）若用户关闭电动车电源后忘记手动上锁，离开电动车超过一定距离电动车防盗系统会自动启动，可通过两个无线数传模块之间收发功率的大小来实现对自动上锁距离的调试，超出两模块数据传输距离即自动启动防盗系统。

（3）当电动车防盗系统处在启动状态下，电动车出现异常启动时，防盗系统将向用户拨打电话告知用户电动车被异常启动。

（4）当电动车因某些原因不慎遗失时，用户可通过编辑短信发送给指定号码，随即将收到包含电动车GPS坐标的实时位置信息，方便用户追回被盗电车。

2 系统的硬件设计

2.1 GPS与GSM模块设计

GPS模块主要功能是对目标进行定位，GSM模块主要功能可利用拨打电话以及短信服务功能实现远程移动通信，考虑到电动自行车防盗系统所占空间应尽可能小，同时自行焊制模块较为困难，因此本硬件部分选择使用深圳市安信可公司研发的A7型号模块，其兼顾GPS功能、GPRS功能、GSM功能，集成程度与工业可靠性高，且使用方法较为简便。而对于GPS模块与GSM模块的硬件设计主要是设计其外围电路实现该模块启动复位以及與控制芯片数据通信的功能。A7模块供电输入电压为DC5V-9V，主芯片工作所需电压为4V，电压转换电路如图2所示。

2.2 无线数传模块设计

无线数传模块作为电动车防盗系统设计中数据收发的重要部分，需要有两个，一个作为电动车的防盗识别“锁”，另一个作为使用者自动上锁、解锁的“钥匙”，因此必须具备体积小、易安装携带、功能丰富的特点，故本设计采用上海市齐籁公司生产的WSN-31无线数传模块，该模块集成度高，相比一般的433M无线数传模块，WSN-31模块具有尺寸小、灵敏度高、传输距离远、通讯速率高的特点，内部可自动完成通讯协议的转换和数据收发控制。WSN-31无线数传模块在使用时，客户无需编写复杂的设置和传输程序，即插即用，大大缩短了用户的开发周期，其可自动转换通讯协议与切换射频收发，简单易用，工作频段包括433/470/868/915MHz，默认工作在433Mhz频段，采用GFSK调制方式， 可实现半双工通讯，空中收取与发送的转换、连接、控制均可自动完成，应用范围广泛。

2.3 電源模块

传统电子式防盗系统采用单独电源供电，系统工作时间短且效率低下，需要经常更换电源更是加深了用户的不便性。本设计将车辆防盗部分与电动自行车用户电瓶相结合，采用电动自行车电源进行供电，便捷高效。变压模块采用DC-DC同步整流可调降压模块，集成度较高且接线端子免焊接，使用方便，其采用N7036变压芯片，该芯片输入电压可达6.5V-60V，电压承受范围较广，能够满足一般电动自行车的电瓶电压范围，同时设计使用的电路可调节输出，只需调节指定电阻值便可改变其输出电压，电路系统灵活性得到大大提升，输出电压范围为1.25V-30V，最大负载能力为10A。

3 系统软件设计

3.1 GSM模块功能测试

设计主要使用Keil uVision4版本进行程序的编写和烧录。将A7模块引脚通过USB转TTL工具连接至电脑端后启动A7模块，可选择手动启动或自启动模块控制芯片。串口功能测试使用SSCOM3.3串口调试助手，选择串口号COM3，波特率115200，数据位8，停止位1，+CREG为1表示SIM卡已识别，可通过发送AT指令对模块功能和指令进行验证。

3.2 电话呼叫功能测试

ATD用于拨打任意电话号码，格式为：ATD+号码+；，末尾的“；”一定要加上，否则不能成功拨号，如发送： ATD10086；即可实现拨打10086。ATA 用于应答电话，当模块收到来电时，给模块发送：ATA，即可实现接听来电。

ATH用于挂断电话，若用户需要结束正在进行的通话时，给模块发送：ATH，即可实现挂断通话。将拨打电话程序烧录进单片机后，将A7模块对照控制模块功能分配连接好线路并供电，初次启动控制芯片，SIM卡即对程序中已设置的电话号码进行拨打。

3.3 无线数传模块测试

无线数传模块作为本防盗系统启动识别部分，相当于一把锁的“钥匙”，起着关键作用，通过防盗系统主电路与用户控制之间进行数据交换与验证，若两者验证通过即可对电动车防盗系统解锁，同时还可利用无线数传的功率传输距离调试来实现对停靠的电动车“自动”上锁，充当“电子围栏”的作用，既方便了用户使用还提高了系统的防盗性。设计采用的WSN-31无线数传模块，具有两种参数配置方法，一种连接电脑配置参数，一种串口发配置命令。

3.4 响应距离的调试

系统设计了一种无须对电动车防盗系统手动上锁的方案，在电动车关闭电源时，主防盗系统电路中的无线数传模块开始与用户手持控制端无线数传模块进行每隔5S一次的数据传输，当用户离开电动车距离超过无线数传模块收发功率传输范围时，两个模块之间的数据传输将中断，此时电动车防盗系统将进行自动上锁。影响无线数传模块传输距离的因素，一是与其无线功率大小有关，二是与模块所处环境有关。经测试，WSN-31模块传输距离可达1000-2000米，默认无线功率8，在室外环境下，通过改变其无限功率（从8至1）进行双模块传输距离测试，经测试，根据日常需要，本设计无限功率选用功率1，室外空旷地测试结果约为130米左右。

3.5 GPS功能测试

GPS通过串口反馈相关信息给用户，传输格式遵照NMEA0183标准格式，该格式为GPS导航设备统一的RTCM标准协议。其中对于用户而言主要用到$GPGGA（GPS定位信息）和$GPRMC（推荐定位信息）参数，其中$GPGGA语句的基本格式$GPGGA，（1），（2），（3），（4），（5），（6），（7），（8），（9），M，（10），M，（11），（12）*hh（CR）（LF），说明如下：

（1）表示当前实时测试时间，标准显示格式为hhmmss.ss（时分秒）；（2）、（4）表示纬度与经度，标准显示格式为ddmm.mmmmm（度分）；（3）、（5）表示纬度与经度半球标志；（6）表示当前GPS的使用状态，正常定位时显示非差分定位或差分定位，即1或2。

$GPRMC语句的基本格式：$GPRMC，（1），（2），（3），（4），（5），（6），（7），（8），（9），（10），（11），（12）*hh（CR）（LF），说明如下：

（1）、（9）表示当前实时测试时间和日期，标准显示格式为hhmmss.ss（时分秒）与ddmmyy（日月年）；（2）显示GPS当前是否有效定位，A表示正常有效定位；（3）、（5）表示纬度与经度，标准显示格式为ddmm.mmmmm（度分）；（4）、（6）表示纬度与经度半球标志。

经测试所得$GPGGA（GPS定位信息）参数为：

$GPGGA，090905.000，3402.82504，N，11351.95474，E，1，05，1，1.5，66.4，M，M，，0000*70。

$GPRMC（推荐定位信息）参数为：

$GPRMC，090905.000，A，3402.82504，N，11351.95474，E，0.00，0.00，010518，，，A*64。当得到GPS反馈相关信息后，通过在GPS测试工具中输入相关参数即可得到目标所在实时位置，此位置为许昌学院静庐5号楼下。

4 结束语

本系统采用单片机控制无线数传模块为内部识别部分，配合震动传感器为外部识别部分，两者结合形成电动车防盗系统报警识别响应部分，另外结合GPS定位、GSM短信报警等功能辅助防盗和进行日常监控，实现全方位保护电动车用户的车辆安全。实验证明，系统能主动或被动接受查看电动车的状态、位置，并能在异常情况下接收信息或电话。是一种新型实用、适合广大电动车用户有效防盗的并且能实时对电动车安全状态进行远程监控的电动车防盗系统。

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