汽车电子防盗报警器的设计研究

孙莉

（江苏省新沂中等专业学校，江苏徐州，221400）

0 引言

私家车在我国的数量越来越多，随之而来的汽车盗窃问题也日益严重，针对这些偷盗类案件，防盗报警器是一种很好的规避被盗风险的方法。随着GPS、GSM技术的不断发展，汽车防盗产品也在逐渐的技术迭代，传感器技术也在汽车防盗产品的研发中发挥着关键性作用。因此，在当今电子信息技术高度发达的今天，有必要对汽车防盗系统进行电子传感与通信网络、GPS定位等主导高新科技融为一体的综合电子网络模式技术革新。本文正是以STM32单片机作为汽车防盗系统的主控核心，尝试对传统汽车防盗系统进行GSM模块、GPS模块以及传感器模块的技术应用理论设计。

1 汽车电子防盗报警器设计研发的关键技术

本文的设计研究需要用到的关键电子技术由以下三种：

第一，GSM通信技术。GSM技术指的是数字蜂窝通信系统，这一系统一共有三个部分所组成，其中包含网络、基站以及移动台，当中网络这一方面大部分是按照CSM协议给予鉴权，规范使用GSM网络数字通信的权限，另外为访问位置、原地位置以及设备标志提供寄存器功能，同时还负责操作系统的维护。GSM系统的功能包括了控制信息以及业务信息的传输，可以支持市话网、国内长话、国际长话等数字网络用户之间的通信。本文主要应用了GSM通信技术中的短信收发服务，通过AT指令完成对GSM模块的自动化控制，另外借助于PDU编码模式，利用UTF-16字符集将短信信息编码以后发送给移动通信系统，再经由手机解码以后生成短信文本。本文拟定设计的汽车电子防盗报警器中的短信报警功能以及短信远程控制汽车供油自锁功能都需要用到GSM通信技术。

第二，GPS定位技术。这种技术指的是全球定位系统，它由定位卫星、地面监控系统以及用户定位模块构成。定位卫星对地面上的位置进行时间、空间的三维坐标计算，确定目标位置的详细坐标。地面监控则通过接收卫星信号并将这些信号编码、存储，方便后续调用。用户定位模块则对卫星发出的信号进行收集，并具备对卫星信号进行放大、编译转换的功能，能够直接运算获取卫星信号的空间三维坐标。GPS目前具有应用范围广、定位精确度高、操作简单等应用优势，是目前应用最为广泛的定位系统。本文笔者大部分是通过这一技术能够对汽车的实际位置当中的信息进行实时获取，用于研判汽车是否被盗，或被盗以后的行动轨迹。

2 汽车电子防盗报警器的硬件电路设计

2.1 单片机控制器模块

汽车电子报警器的控制器是基于单片机技术组成的控制系统，主要负责对GSM模块、GPS模块、传感器等其他数据收集模块和报警操作模块实现智能控制，通过I/O通信通道联通整个电子防盗报警系统。本文选用ARM公司的STM32F103C8系列单片机，该系列单片机片对512K Flash存储器进行了集成，使得在工作过程中节点和程序收集到的数据得以保存；72MHZ是其工作频率；包含了三个通用16位定时器，一个PWM定时器，一个USB接口、一个CAN、两个SPI、三个USART和两个I2C；利用5个通用串行接口，可以和PC上位机之间开展指令和数据上的通讯，利用两个12位的ADC，可以使得声传感器收集的信号由模拟转化为数字，然后传送到单片机10上进行运算处理。单片机能实现整个系统的运行以及系统的核心控制。它是GPS模块的信息传送和接收以及GSM模块的短信收发。GSM模块和GPS模块与STM32F103C8之间分别用串口进行通信。有两个时钟信号出现，32.768KHZ的是其中的一个，32MHz的是另一个。对电源输入谐波的滤除利用了电容C3、C4，进一步稳定了电源。

2.2 电源模块

防盗报警系统要想确保稳定性，传感器模块就需要时刻处于运作状态，因此需要一个稳定的电源。汽车蓄电池的电源通常为12V，为了保证报警系统的稳定性，在汽车电源主要供电以外，需要设计一个备用电源。该备用电源的继电器工作电压应该与蓄电池电压一致。GSM模块工作状态则需要较大的瞬时电流供应，因此为了保证对防盗报警系统各个模块供电的稳定性，就需要对别用电源设计一个可调供电电路。本次建议采用LM2576芯片的降压型集成稳压电路，该电路集合了电路放大器、比较器、电流限制器、稳压电路等功能，且散热器件较少，不存在持续工作元器件起热性能下降的问题。

2.3 传感器模块

本系统的传感器模块由加速度传感器与震动传感器共同组成。加速度传感器是针对汽车的瞬时加速度进行检查，无论汽车移动的方向，当车体出现瞬时加速度时，就会将采集到的加速度数据通过I2C信道传输给单片机主控系统。本文建议选用MMA7660FC系列的加速度传感器，该传感器具备三轴加速度敏感侦测功能，且能够兼容单片机的I2C通信方式，本身体积也相对较小，并且自身具备待机、活动、关闭状态，当汽车正常行驶时进入关闭状态节省模块能耗。

震动传感器主要是监测汽车的震动频次，当汽车被震动时候，本系统会自动向目标手机发送短信。本文建议选用常闭型震动传感器，该传感器的工作电压为3.3V到5V之间，与电源模块兼容，另外该传感器输出的侦测信号形式为二进制，更方便接入单片机的I2C信道。

2.4 GPS模块

GPS模块主要是收集汽车的位置信息，当报警系统处于运作状态时，GPS定位模块就需要实时侦测并输出汽车的位置信息。因此，本文建议选用高性能的GPS模块，ATK-NEO-6M模块自带四个引脚，分别对应的单片机的TXD、RXD、GND地、电源线，与此同时可以实时输出位置信息。另外该型号的GPS模块也与单片机工作电压一致，接入系统的操作也相对简单。

2.5 防盗报警模块

防盗报警电路采用的GSM模块如图1所示， 当中的手机卡槽以及芯片全部在后面，需要连接5-26v的直流电压，然而不可低于2A，进而能够保证平稳工作，与此同时，波特率具备自适应功能，通常不用进行设置，其会按照当中的频率对其内部进行调节。模块一旦充电之后首先要按复位键3s，一直到蓝灯出现以后松开，这个时候就能够正常工作了。

图1 GSM电路模块

除了GSM短信报警装置以外，报警器还要具备鸣笛报警装置， 这一系统通过单片机与全球定位系统当中的模块相连接，一旦车辆发生异常情况的时候，这一系统会立即将车辆的实时状态利用短信的形式发送出去，用户则会第一时间对车辆进行查看，当汽车不幸丢失时，车主可以通过GPS对汽车进行定位，被盗汽车也能被找到。在车辆当中安装这一报警器可以对盗窃人员产生一个震慑的效果，一旦车辆无任何异常情况的时候，光耦则不会输出信号，当中的喇叭则无任何电流经过，则无法进行报警，一旦车辆发生异常情况的时候，则会马上输出信号，则会出现报警，处在被盗状态以后会持续10s进行信号的传输，此时TC35将被单片机STM32F103C8控制， 则会给用户及时发送消息，从而用户自己决定需不需要对车辆进行锁定。

2.6 防盗执行模块

这一模块的作用主要是一旦车辆发生异常的时候，用户可以通过手机对车辆进行控制，让其没有办法行驶，进而不会被盗，同时结合全球定位系统等相关设备，是整个车辆的防盗性能明显增强，同时对整个供电系统当中的构造，其供电大部分是通过汽车蓄电池进行的，无论是照明或者其他用电设备都是如此，这一防盗报警系统当中的电源也是从当中进行取电。如果想要将发动机进行有效控制，必须要通过电子喷射系统当中的供电电源予以有效控制就能够实现，同时在这一电源当中加入常闭型的控制器，就可以对这一电源进行有效控制，然而当中的驱动能力相对较为薄弱，因此，无法对这一继电器进行有效驱动，所以，必须要通过另外一个进行有效过度。

另外可以利用单片机的PA14控制共有继电器的开闭状态，以实现对汽车的远程供油系统自锁控制。当在ULN2003A的“INl”的引脚输入高电平时候，输出脚”OUTl”会输出低电压，加在继电器线圈两端的电压分别为+12V和0，此时继电器输出会导通，使得点火电路工作。当在ULN2003A的“INl”的引脚输入低电平时候，输出脚”0UTl”的电压为12V，继电器线圈两端无压差，即线圈无电流通过，就能够让功率继电器线圈被关断。

3 汽车电子防盗报警器的软件设计

3.1 软件系统结构设计

在整个系统设计当中主控制模块是当中的核心部分，对每一个模块给予初始化，并且进行管控。首先需要对每一个模块设备给予初始化操作，首先进行布防，一旦没有效果，则不会进行报警，一旦成功，则报警器会正常工作，对传感器进行检测，同时进行采样，如果在这一过程当中发现不正常，则要继续进行，一旦没有发生异常，则需要对GSM模块进行调用，当中所有的模块都必须要用户指令给予有效控制。主程序流程图如图2所示。

图2 主程序流程图

3.2 传感器模块软件设计

在整个系统设计当中，传感器模块是最为重要的一个组成部分，如果设置初始化，当将防盗系统启动以后，处理器就会对其整个状态进行有效查询，这一系统当中连接着震动传感器，一旦出现震动的时候，其就会自动输出一个高电平，与此同时在收到这一信号以后就会采取相对应的动作，设计流程图如图3所示。

图3 传感器模块程序流程图

3.3 GSM模块软件设计

在对整个软件设计期间，其主要认为就是对GSM当中的一个处理设置，通过主程序进行有效调度，其主要任务当中的程序流程图如4所示，单片机需要与GSM当中的串口进行连接，对当中的工作利用硬件给予控制，第一，需要对这一模块有初始化进行有效判断，一旦发现无初始化，硬件则没有办法接收到移动网络，一旦发生初始化，就能够对相关短信息进行接收以及处理，之后将当中的工作进行关闭，整个任务结束，一旦无初始化，需要之后开启才可以接收到短信息，这一系统就能够利用硬件进行工作，同时还能够利用软件进行初始化。

图4 GSM模块程序流程图

3.4 GPS模块软件设计

在整个系统当中，全球定位系统处理任务就是当中的一个任务环节，其目的是从串口对全球定位系统的信号信息进行读取，对全球定位系统当中的信号能否给予有效测定，一旦存在，就能够将全球定位系统当中的一系列信息给予获取，一旦没有，则需要不断进行检测，GPS任务流程图如图5所示。

图5 GPS模块程序流程图

4 结论

本文针对汽车防盗报警器信号易被干扰、防盗效果差等问题，运用单片机技术、GSM技术以及GPS技术，设计了集成了GPS模块、加速度传感器、震动传感器于一体的汽车状态信息收集监测体系，由GSM模块实现了对汽车的远程短信报警和短信控制，进一步提高了整个防盗报警系统的防盗效果。本文笔者就是对汽车防盗报警系统当中的相关设计给予全面讨论，同时也对主要的几个功能模块设计了具体的软件程序流程。希望本文的研究对新型多传感器的汽车防盗报警器电子产品的研发设计有所帮助。