一种GPS和GPRS技术的汽车防盗系统设计与实现

曹彦杰

(烟台汽车工程职业学院 车辆运用工程系, 山东 烟台 265500)

0 引言

随着我国科技的迅速发展，汽车已经成为人类生活的代步工具，与传统采用步行的方式和骑马等代步方式相比更快、更便捷，汽车的出现彻底改变了人类的生活水平，使人类向着科技化发展迈进了一大步。但是，随着汽车的数量大大增多，汽车被盗的现象也屡屡发生，各大媒体、新闻等多种官方平台都在报道汽车丢失的消息，该现象使车主们担惊受怕，而汽车防盗系统的出现，使人类的灵魂有了依托，但是传统的汽车防盗系统具有多种劣势，比如发送报警信号不及时、定位信息不准确等，大大影响着车主的经济效益。基于GPS和GPRS技术的汽车防盗系统的出现，颠覆了传统汽车防盗系统，它将以最快的速度开启防盗模式，并发送报警信号，GPRS技术将以最快的速度将信息发送至车主，GPS将每30秒更新一次数据信息，有利于对汽车进行实时监控。

1 基于GPS和GPRS技术的汽车防盗系统架构及功能分析

1.1 系统整体构成

基于GPS和GPRS技术的汽车防盗系统主要将自身结构分为4部分，分别是CAN总线、GPRS模块、图片处理模块和GPS接收模块等，其中CAN总线在GPS和GPRS技术的汽车防盗系统中充当着重要角色，基于GPS和GPRS技术的汽车防盗系统主要利用CAN总线对车身节点的防盗信息进行采集，并通过CAN总线将采集成功的数据信息以控制指令的形式传送至发动机控制ECU中，汽车防盗ECU中最主要的核心处理器是LPC2119，而LPC2119处理器在自身系统中嵌入CAN控制器，因此，CAN总线的实现过程无需连接多余的收发器，只需要在CAN总线的基础上外接CAN系统中的收发器TJA1054即可；GPRS模块实现的核心是移动数据业务——全球移动通信系统(GSM)，该模块通过利用全球移动通信系统(GSM)对SMS/MMS进行收发，并在模块中设置TCP/IP协议栈，有利于用户使用过程较为轻松；图片处理模块主要将汽车防盗系统采集成功的图片进行压缩处理，该模块的目的是防止生成图片数量巨大而造成系统内存过大，从而导致系统运转不周，该模块进行图片压缩过程中对于图片传感器将选用OV7640，压缩处理将选用MV3018；GPS接收模块在汽车防盗系统中主要负责采集车身定位信息，通过加强汽车防盗系统的定位信息格式，将定位时间控制在最短时间之内，有利于在同等时间内获取更多的信息。汽车防盗系统硬件框图，如图1所示[1]。

1.2 汽车防盗系统功能分析

汽车防盗系统主要通过系统进行信息采集实现防盗功能，当汽车防盗系统感应到外来攻击时会迅速启动“防盗模式”，以此吸引车主注意，而汽车防盗系统主要通过自身系统中的节点传感器采集入侵信息，入侵信息采集成功后汽车防盗系统迅速将节点传感器采集的信息通过CAN总线传输至防盗ECU中进行分析，防盗ECU的功能可以对接收的信息进行判断，当判断出的信息为危险信号，将迅速向车主发送入侵短信，并启动报警装置，同时汽车防盗系统将利用自身

图1 汽车防盗系统硬件框图

功能对数据信息进行定位和处理，最终将车内外的情况以图片的形式发送到客户端。汽车防盗系统还带有远程控制功能，车主可以随时通过SMS对系统进行指令，比如强制发动机熄火，以此保证车主自身利益[2]。

1.3 车门控制分析

汽车防盗系统通过在自身设定滚动编码技术，可以对车门进行控制，并通过433MHz无线收发器将滚动编码技术所接收的数据信息传送至主控单元，以此保证汽车防盗系统的安全性能。在汽车防盗系统中最核心的部分是主控单元，主控单元主要通过433MHz无线收发器接收车主所发布的指令，该指令将以密文数据的形式传送至微控制器中，通过微控制器进行解密，以此判断车主的指令，当信息解密成功后，中央控制器将通过CAN网络向所有车门控制节点发布车主指令，从而达到防盗的效果。汽车防盗系统对车门节点的控制实际上是通过CAN网络接收数据，并通过微控制器的执行单元向车门节点传输指令，及汽车防盗系统可控制车门的开锁或者关锁。

1.4 汽车防盗远程监控分析

汽车防盗系统的远程监控主要通过主控单元的传感器进行实现，而主控单元的传感器又分为两种类型，分别是振动传感器和人体热释红外传感器，将振动传感器以及人体热释红外传感器放置于车内不同的位置，将会产生不同的作用，比如振动传感器主要负责检测汽车防盗系统振动时产生的信号类别，而人体热释红外传感器主要负责检测入侵者的人体热红外信号的来源。汽车防盗系统的远程监控除了通过主控单元的振动传感器和人体热释红外传感器实现以外，还需要通过中央模块进行协调，当主控单元的振动传感器和人体热释红外传感器感测到振动信号以及人体热红外信号来源于外来者，而非本车主，将采取报警信号处理，主要通过CAN网络将中央模块所接收的数据信息传输至G—G单元，G—G单元在接受到指令后，以最快的速度将信号通过GSM以短信的形式发送到车主终端。不但如此，车主还可以通过汽车防盗系统开启GPS定位功能，将GPS定位功能与GPRS建立连接，即可随时随地观察车的位置信息[3]。

2 基于GPS和GPRS技术的汽车防盗系统硬件设计

汽车防盗系统硬件设计主要将单片机作为该系统的核心，将控制整个系统的正常运转，除此之外，汽车防盗系统还选择NEO 6芯片，使其与单片机建立串行通信，其目的是为了保证单片机可以接收由天线传输的数据信息。GPRS技术的应用有利于促进单片机接收数据的准确性和无干扰性，而GPRS无线通信模块主要通过SIM300芯片与SIM卡组成，并联合GPS定位功能将数据信息随时发送至客户端进行处理，除此之外，汽车防盗系统还将利用检测模块以及报警模块强化汽车防盗系统的实用性。

2.1 GPS模块设计

GPS模块的实现主要通过NEO 6芯片，将其工作电压设置为3.3V，并将NEO 6芯片与单片机连接，建立完善的串行通信接口，使其具备传输功能，有利于单片机收到入侵数据信息以最快的速度将信号通过串行接口发送至GPS模块，使GPS模块接收指令，准备进行下一步工作。GPS模块的主要功能是负责将接收到的数据信息进行扫描，判断是否为危险因子，通过数据解析信息做进一步处理，有利于听过GPS定位信息尽快处理数据。GPS模块连接电路图,如图2所示。

图2 GPS模块连接电路图

2.2 GPRS模块电路设计

GPRS模块电路实现的核心是通过SIM300芯片和SIM卡相结合，并使其与单片机建立连接，采用串行通信中最主要的异步串行通信进行设计，该方法有利于保护车主利益，防止车身被他人损害。在GPRS模块电路设计中单片机主要负责接收报警信号，并通过SIM300芯片向车主手机中发送AT指令形式的消息，向车主表明汽车遭遇入侵，当车主收到报警信息后，可以通过汽车防盗系统对其进行操控，指令一经发布，汽车防盗系统将迅速执行[4]。

2.3 汽车锁定模块硬件电路设计

汽车锁定模块为汽车防盗系统设计了电磁阀接单片机、打火线圈等部分，其作用是通过单片机接收车主指令后，通过单片机操作电磁阀工作，打火线圈随后也将进入工作状态，汽车防盗系统的各部分同时进行工作从而实现对汽车的电路控制，并且为保证在汽车遭受入侵时可以有效地对车进行控制，在车主接收到报警信息后，汽车防盗系统将做好准备，车主一旦下达指令，汽车防盗系统将以最快的速度关闭汽车油门，防止汽车被外人入侵[5]。

2.4 声光报警模块电路设计

声光报警模块的电路将选用压电式蜂鸣器和发光二极管，有利于强化汽车防盗系统的各部分功能。通常情况下，在没有危险信号输出时声光报警模块将不会启动工作状态，但是，当单片机发送指令时，声光报警模块将协助主控单元的传感器以及中央模块进行协调工作，其工作流程主要是通过单片机输出低电平，此时三极管及压电式蜂鸣器进入警备状态，输出警报声音，并通过二极管闪烁不同频率的光源。如果车主在接收到报警信息后，拒绝系统工作，只需按下S键即可停止汽车防盗系统工作，该过程将由单片机发送终端指令[6]。

2.5 电源模块电路设计

汽车防盗系统的电源模块电路设计将由外部电源进行供电，并且采用9 V电压持续供电，为保证电源模块及时为汽车防盗系统的各部分模块提供最合适的电压，将在该电路中建立电压转换模块。在汽车防盗系统的电源模块电路设计中将采用LM2576S芯片为单片机及外围电路提供稳定电压，经实验证明5 V的电压是维持各模块工作的最稳定电压，除此之外，汽车防盗系统的电源模块电路设计将为GPS模块和GPRS模块提供5 V转3 V电路以及4.2 V电压。

3 基于GPS和GPRS技术的汽车防盗系统软件设计

汽车防盗系统的软件部分将对系统进行参数设定，比如为定时器设置初始数值、串行通信的方式等。汽车防盗系统的传感器模块将采取实时扫描的方法，对车身进行严密监控，一旦扫描到非法入侵信息，将采取紧急报警模式，通过GPRS模块的通信功能向车主发送信息，车主可以通过汽车防盗系统控制车身。

3.1 系统主程序设计

主程序设计属于汽车防盗系统软件系统的核心部分，亦是汽车防盗系统的入口，在对汽车防盗系统进行初始化操作之后，应将传感器检测的数据信息发送至单片机，使单片机针对该信号进行判断，倘若单片机对该信号的最终判断结果为报警信号，将向GPS模块发送指令，使其协助工作，并发送定位信息及针对该信号进行数据解析，处理完毕后将反馈信息发送至单片机，单片机成功接收到数据信息后对GPRS下达指令，使其向车主发送报警信息，车主可以通过客户端对汽车防盗系统发送控制指令从而控制汽车电磁阀，以此达到截断汽车油路的目的。主程序流程图，如图3所示[7]。

图3 主程序流程图

3.2 汽车锁定系统子程序设计

汽车锁定系统子程序设计将通过串行接口进行中断程序，并将单片机所接收的数据传输至数组中，待汽车防盗系统接收到指令后，将以函数的形式跳转至主程序中。AT+CMGF在汽车防盗系统中的功能为设置短消息信息格式，AT+CMGF可以用于设置文本模式以及发送短信，当AT+CMGF用作文本模式时，将AT+CMGF=0 形式呈现，而AT+CMGFS应用于发送短信时，将以AT+CMGFS=38形式呈现，成功向车主客户端内发送信息后，将以Ctrl+Z(0x1A)形式结束信息发送状态[8]。

3.3 GPS定位系统子程序

GPS定位系统子程序在汽车防盗系统中主要负责实时扫描汽车所处位置以及所处位置的安全性、速度等不确定因素，应用汽车防盗系统在汽车内时，汽车一旦遭遇外界因素干扰正常运作状态，汽车防盗系统中的单片机将读取GPS模块中的数据信息，并迅速协调其他模块进行运作，防盗模式启动后，将通过GPRS模式向车主发送信号，在此过程中GPS模块所进行的工作为数据解析，并将信息转化为单精度类型，有利于GPRS模块识别，为保证GPS模块所提供的数据信息精确化，将通过进行实时读取状态，最终将最准确的位置信息发送至车主[9]。

3.4 定时中断子程序

定时中断子程序的设置有利于车主及时对汽车防盗系统的声光报警系统进行中断，声光报警系统主要听从单片机的指令，当单片机接收到车主的中断信号后，单片机将信号发送至声光报警系统中，与此同时，单片机将进行终端现场保护状态，而声光报警系统回归原来位置后，中断退出，汽车防盗系统将回归正常运作状态[10]。

4 汽车防盗系统测试的实现与结果分析

4.1 CAN通信测试及分析

CAN通信网络在汽车防盗系统测试中至关重要，属于汽车防盗系统实现局域网通信的重要途径，并且CAN通信网络在汽车防盗系统的应用有利于对系统进行调试，在对系统进行调试之前，应强化汽车防盗系统的中央模块与车门各个控制节点建立联系，并加强各模块完成低速CAN通信网络。在调试汽车防盗系统的过程中，应在CAN总线中加入CAN分析仪，其目的是为了保证系统对通讯数据的分析。实际上汽车防盗系统中的中央模块在CAN通信测试中可作为多种节点，比如中央模块在作为发送节点时，其他节点在汽车防盗系统将成为接收节点，此时CAN分析仪接收来自中央模块的的数据信息，并进行分解步骤，根据指令信息的情况，车门控制节点将作出相关操作；而中央模块在作为接收节点，车门的控制节点将作为发送节点，并实时反馈信息发送至中央模块。此时CAN分析仪判断信息是否有误后，将通过指示灯进行指示。经CAN通信测试及分析后，相关数据信息均正常。

4.2 GSM/GPRS报警测试及分析

GSM/GPRS报警测试及分析在汽车防盗系统中主要负责测试报警信号，通过中央模块进行实时监测，一旦检测到汽车防盗系统处于被入侵状态，将立即开启防盗模式，并发出报警信号，通过GPRS模块中的GSM功能向车主发送报警短信，以此保护车主的自身利益，防盗模式一旦启动，将对汽车进行实时监控，数据信息将以图片形式发送至车主。经测试证明，GPS功能易受到外界环境的影响，因此，应将GPS定位间隔设置为30秒，每30秒更新一次，有利于汽车防盗系统的相关功能更加准确。

5 总结

本文主要介绍了基于GPS定位系统和GPRS通信功能的汽车防盗系统的设计与实现，展现了汽车防盗系统的各模块功能对于汽车车门的各个节点的控制，并且通过硬件设计以及软件设计对系统进行强化，经过多种设计，促使基于GPS和GPRS技术的汽车防盗系统较传统的汽车防盗系统相比更具优势，通过对汽车防盗系统进行测试分析，验证该系统具有一定的可行性，随着科技的迅速发展，在未来汽车防盗系统将具有一定的研究价值，汽车防盗系统的设计不但弥补了传统汽车防盗系统的局限性，而且使其具有远程控制等多种优势。