基于STM32F103的汽车防盗系统设计*

王弈麟，张青青，杨 沐，王又可，刘祎东，董守鸿

(河南科技大学信息工程学院，河南 洛阳 471023)

0 引言

随着国民经济快速发展，生活节奏日益加快，汽车数量不断增长,汽车偷盗案件也越来越多,给人们带来了巨大的经济损失[1]。虽然市面上的汽车防盗器种类繁多，但实现系统报警、精准定位、解除布防的目标仍然非常困难。因此，设计出一款智能化的防盗设备至关重要。

本汽车防盗系统采用STM32F103单片机作为控制器，结合红外人体传感器、GPS定位模块、继电器模块、GSM模块和蜂鸣器模块，同时增添了蓝牙配对模块以实现配对成功后解除布防，功能强大、高效智能、可靠且性价比高。

1 系统结构与功能

本项目设计的汽车防盗系统增添了蓝牙模块，能够实现携带钥匙的车主靠近汽车后，自动配对，从而解除布防的功能。汽车防盗系统还具有电源模块、GSM/GPS模块、摄像头模块、继电器模块和蜂鸣器模块等。汽车防盗系统结构框图如图1所示。

图1 汽车防盗系统的结构框图

本项目是通过DYP-ME003红外人体传感器检测，传给STM32处理信息，同时蜂鸣器进行报警处理。一方面通过OV7725摄像头模块拍照并保存图片，通过GSM模块将GPS模块的定位信息及照片发送给警局，将汽车存在被盜风险信息发送给车主，另一方面通过蓝牙模块实现识别功能。继电器模块可以实现断电，盗贼即使进入车内后也不能点火启动汽车，从而真正实现汽车防盗。

2 系统硬件设计

2.1 单片机最小系统

STM32F103VET6是意法半导体有限公司生产的32位基于Cortex-M3内核的增强型的微控制器，其通信和USART接口较多，时钟频率可达72MHz，有低功耗、低成本、高性能等优点[2]。本文选用STM32F103VET6作为汽车防盗系统的控制芯片,并配上其他模块的硬件电路实现汽车防盗报警的功能。

2.2 摄像头采集模块

本设计采用的是OV7725摄像模块，这是一款分辨率为30万像素的CMOS摄像头，由镜头，图像传感器、板载电路及下方的信号引脚和FIFO组成。FIFO部件是一个数据缓冲器，带发送和接收单元。它可以暂存拍得的嫌疑犯的人像图片，再由单片机处理采集数据，并存入SD卡中。OV7725摄像头采集电路的电路原理图如图2所示。

图2 OV7725摄像头电路图

2.3 GSM通信模块

本汽车防盗系统采用SIM900A为GSM通信模块，ATK-SIM900A是ALIENTEK推出的一款高性能工业级GSM模块，具备语音、短信和GPRS数据传输等功能[3]。GSM模块传输引脚TX、RX，采用串口通信的方式，采用AT指令集的开发方式，并带硬件流控制，使得该模块可以非常方便的与单片机之间进行连接。图3所示为ATK-SIM900A的电路原理图，该模块在使用之前需要安装通信运营商的SIM卡，以通过流量实现网络通信功能。

图3 SIM900A通信电路图

三个引脚SIM_TXD、SIM_RXD和GND连接的是TTL电平,分别与STM32单片机连接。连接时，需将SIM_TXD与单片机的RXD用线连接，将SIM_RXD与单片机的TXD连接，GND与单片机上的GND相连接。

2.4 GPS模块

本设计中的GPS模块采用ATK-NEO-6M高性能定位模块。U-BLOX公司性能优异的NEO-6M模组是该模块的核心。该GPS模快具有较强的搜星能力，主要归功于其自带的高性能的无源的陶瓷天线与高增益LAN芯片；为了可以支持温启动或着热启动，即使在主电源突然断电后，其模块也可利用自身的后备电池来进一步维持设备对GPS接收数据半小时左右的保存；测量输出频率和追踪灵敏度的数值已经达到了5Hz与-161dBM，可以知道模块拥有的卫星通道个数为50个，不容小觑；该模块还拥有一个优势，即可以通过串口进行各种参数设置，保存在自身所带的EEPROM中去。模块自带IPX接口，可以对各种有源天线进行连接，具有很强的适应能力；模块兼容3.3V和5V电平，方便连接各种单片机系统。本设计将连接ATK-NEO-6M GPS模块与外部系统的重任交由串口，还利用USMART这一强大的工具，设置GPS模块很重要的的刷新速率，并且对时钟脉冲进行配置。GPS模块电路图如图4所示。

图4 GPS模块电路图

管脚号为3的引脚名称为GPS_PPS，它是时钟脉冲输出脚，该引脚同时连接了模块自带的状态指示灯，在默认条件下该指示灯有2个状态，如果是常亮状态，表示模块没有实现要求的定位功能，但是已是工作状态，模块定位成功时的状态是闪烁状态；管脚号为20的引脚名称为GPS_TXD。它是模块串口发送引脚，需要接TTL电平，接单片机的RXD；管脚号为21的引脚名称为GPS_RXD，它是模块串口接收引脚，也需要接TTL电平，模块因为TXD和RXD引脚内部相接的510Ω电阻可以对电平的兼容操作进行相应的处理，但是如果在使用的过程中不小心使得导线的电阻过大，此时的通信就会出现不正常的现象；管脚号为18的引脚名称为IIC_SDA,它与存储器24C32的对应引脚相连，它的功能是串行地址和数据输入/输出，SDA是双向串行数据传输引脚，漏极开路，需外接上拉电阻到VCC；管脚号为19的引脚名称为IIC_SCL,它也与存储器24C32的对应引脚相连，它代表串行时钟输入，SCL同步数据传输，上升沿数据写入，下降沿数据读出。

GPS模块与3.3V或者5V单片机系统都可以进行兼容。模块中的TXD和RXD脚与电脑的RS232串口连接时必须由电平转换芯片进行相应的电平转换，不然可能会造成一些相应的损坏。

2.5 红外人体传感器模块

本设计采用的人体报警传感器是型号为DYP-ME003的红外人体传感器，这款红外人体传感器是一种具有可靠性、灵敏性的传感器，具有抗干扰能力，并且其体积较小，不易被嫌犯察觉。其可以以非接触的形式检测出一定范围内红外线辐射的变化[4]。

该传感器的工作电压DC范围为4.5～20V，静态电流要求小于50uA，感应角度为小于110°锥角，感应距离7m以内(距离可调)。传感器具有全自动感应的功能，例如当嫌疑人进入其探测范围，就将输出变为高电平；当嫌疑人离开探测范围后，输出则自动变为低电平。此传感器还具有感应封锁时间的功能，具体来说是在感应模块进行感应输出后会出现一个封锁的时间段，在这个时间段内，此传感器接收不到感应信号。这一功能提高了防盗系统的可靠性，防止误报。

2.6 蓝牙无线通信模块

本设计采用的是ATK-HC05蓝牙串口模块，这是一款主从一体的，可以和各种不同的、但是带有蓝牙功能的智能终端配对的高性能模块，该模块拥有4800～1382400宽的波特率范围，3.3V或者是5V的单片机系统该模块都是绝对兼容的。从图示可以看出来VCC、GND、TXD和RXD是蓝牙模块与相应单片机连接时必不可少的4根线，ATK-HC05模块上的TXD和RXD需要与单片机的RXD和TXD进行连接，VCC和GND的作用就是为整个模块进行供电。

图5 蓝牙无线通信模块电路图

3 系统软件设计

本系统使用C语言来编写程序，将编译成功的程序烧录进单片机，可以进行系统调试。本设计在KEIL5编译环境中编写STM32F103的源程序，经过编译后产生.hex程序代码，用ST-Link下载将.hex文件下载到目标单片机的Flash中。

系统软件设计采用模块化设计,由主程序、初始化子程序、中断服务与蓝牙匹配程序、GPS定位程序、GSM发送短信程序和停止报警程序等模块组成。系统的总体程序流程图如图6所示。

图6 系统总体流程图

在主控制器STM32F103初始化后﹐系统自动检测是否处在上锁状态。如果系统不是上锁状态,则报警器不工作。如果处在上锁状态﹐启动报警器,报警器自动延迟20s开始工作,以便让使用人有足够的时间锁好门离开汽车。延时后报警器进入值守工作状态,系统保持监视单片机接口和红外人体感应模块﹐用来采集并处理异常情况。如果有人想要非法入侵车内，通过检测单片机接口﹐就可以判断汽车是否发生了人员非法入侵。如果有则进行报警措施﹐通过蜂鸣器进行报警，摄像头模块进行采集人脸信息并保存在SD卡中，再通过调用GSM模块将GPS定位信息和被盗风险发送给警方和车主，单片机再通过蓝牙匹配决定是否解除警报。

4 结语

本文介绍了采用STM32F103单片机和传感器的汽车防盗系统，系统硬件结构简单，具有体积小、操作简单、使用方便、多功能报警等特点。并且该系统从继电器模块断电的防盗措施到被盗后进行定位29报警的追盗措施极大的降低了被盗的风险，从多方面阻断盗窃行为。另配有蓝牙无线通信模块，识别车辆主人从而自动撤防。比以往的机械式防盗装置、芯片式防盗装置、网络式防盗系统等更加智能、高效。

今后还可根据市场发展和用户需求，开发其它功能，如:火灾报警、医疗求助、紧急情况呼救、气体的安全等。将其应用渗透到更多的领域。随着经济的发展，使用汽车出行的人越来越多，汽车防盗及安全系统必将成为我们生活中重要的一部分。