基于GPS和GSM的汽车防盗系统设计 毕业设计(论文)说明书.doc

i 毕业设计（论文）说明书 课题名称 基于 gps 和 gsm 的汽车防盗系统设计 ii 摘要 随着汽车数量的快速增加，汽车防盗产品的需求越来越大。目前市场上普遍使用 的电子式汽车防盗产品作用范围小、可靠性低、误报率高且噪声污染大；而基于 gps 全球定位系统和 gsm 公众网络的汽车防盗产品虽然其可靠性高，但是需要有监控中心 的服务，需要缴纳入网费，造成车主防盗成本增高，导致在中低档轿车上的使用率还 很低。针对这些问题，提出一种基于 gps 和 gsm 的汽车防盗系统设计方案。系统以单 片机为主控芯片，采用 sim908 gsm/gprs/gps 一体化模块，利用 gps 全球定位系统和 gsm 无线通信业务及短消息业务，设计实现了汽车的远程遥控、短信报警和定位追踪等 功能，作用范围广，可靠性高且无噪声污染，并且不需要监控中心，降低了防盗成本。 关键词：汽车防盗系统；gsm；gps；sim908；单片机 iii abstract with the rapid increase in the number of cars, more and more demand on automotive anti-theft products. on the market at present commonly used electronic automotive anti-theft products scope is small, low reliability, high rate of false positives and noise pollution; and based on gps global positioning system (gps) and gsm car alarm the public network product even though its high reliability, but need has the service of the monitoring center, need to pay it, cause the owner security costs increased, low-standard cars in use is still very low. to solve these problems, put forward a design scheme based on gps and gsm car alarm system. system with the single chip processor as the master control chip, adopts sim908 gsm/gprs/gps integration modules, using gps global positioning systems and gsm wireless communication service and short message services, design and realize the remote control car, sms alarm and location tracking, and other functions, wide scope, high reliability and no noise pollution, and does not require the monitoring center, reduce security costs. key words: car security system；gsm；gps ；sim908；m icrocontroller iii 目录 摘要 i abstract.ii 1 绪论 .1 1.1 课题背景 1 1.2 汽车防盗器的发展概况 1 1.3 课题研究目的和意义 2 2 课题研究相关技术 .3 2.1 gps 全球定位系统 .3 2.1.1 gps 构成.3 2.1.2 gps 原理.4 2.2 gsm 全球移动通讯系统 .4 2.2.1 gsm 发展历史.4 2.2.2 短信息业务（sms） .5 2.3 单片机技术 5 2.3.1 单片机概念 5 2.3.2 单片机的特点 5 2.3.3 atmel 89 系列单片机5 3 系统总体设计方案 .7 3.1 系统功能需求分析 7 3.2 系统总体设计 7 4 系统硬件详细设计与实现 10 4.1 稳压电路设计与实现 .10 4.2 sim908 模块及其外围电路 .11 4.2.1 sim908 模块简介.11 4.2.2 sim908 对外接口电路.12 4.3 单片机外围接口电路 .14 4.3.1 sd 卡接口电路.14 5 系统软件详细设计与实现 16 v 5.1 短信的发送与接收程序 .17 5.2 gps 数据接收程序与分解 17 6 系统调试与分析 20 结束语 .22 致谢 .23 参考文献 .24 附录 .25 附录 1 系统总电路图 .25 附录 2 系统程序 .26 1 1 绪论 1.1 课题背景 自改革开放以来，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，汽车这 种高端消费品已经进入千家万户，成为普通老百姓家中的私人交通工具。据统计， 2011 年全国私家车拥有量为 7326.79 万辆。随着汽车市场的迅猛发展，汽车用品市场 发展快速，汽车用品琳琅满目，如汽车座套、疝气灯、真皮座椅、倒车雷达、电子狗、 gps 导航仪、汽车美容用品等。在注重汽车的外观、舒适度的同时，车主们最关注的还 是车辆的安全问题。庞大的汽车拥有量吸引了盗贼的眼球，盗窃目标由室内贵重物品 转向汽车，汽车盗窃案以惊人的速度上升，盗窃手段变得日益高明。因此，汽车防盗 成为车主们非常关心的话题，汽车防盗器成为了汽车的必需品。 汽车拥有量尤其是私家车拥有量的快速增加促使汽车防盗产品的需求大大增加， 而科技的进步使得防盗性能可靠、使用方便、价格便宜的汽车防盗产品的实现成为了 现实。最初的防盗装置是机械防盗锁，但其技术含量低、笨重，以逐渐被淘汰。目前 流行的是电子式防盗器，俗称电子狗，其使用简便、安全可靠。汽车防盗器的高性能 化得益于科技的快速发展和普及。传感器技术的发展，使得汽车防盗器的灵敏度大大 提高，汽车像是安装了眼睛和耳朵，对车内以及车附近进行有效的监控。无线通信技 术的发展，使得车主能在较大的范围内对车进行监控，而 gsm 无线通信网络的发展使 得车主能在全国乃至全球范围内对爱车进行监控。随着微处理器的快速发展，汽车防 盗器的微型化、智能化成为了现实。gps 全球定位系统的发展和应用，使得车主能在全 球范围内对爱车进行监视和定位追踪。 1.2 汽车防盗器的发展概况 目前汽车防盗器可分为四类：机械式防盗装置、电子式防盗系统、网络式防盗系 统和生物识别防盗系统。早期的汽车防盗器主要是机械式的防盗锁，主要由根据汽车 结构特制的锁和钥匙组成。机械式的防盗锁利用防盗锁的结构强度来锁定油门、离合、 制动、车轮及转向盘等以达到防盗的目的，其价格便宜、安装简便，但需经常拆装、 可靠性低。电子式汽车防盗器是目前市场上使用比较普遍的防盗装置。这种类型的产 品种类繁多，主要由无线发射器、各类声光传感器以及汽车的 ecu 系统构成。车主通 过无线发射器与本车的 ecu 系统通信，可以切断点火线圈或供油回路，防止汽车被非 法启动。汽车上安装的声光报警器可以在汽车的车门、后备箱盖、前机舱盖被强行开 2 启时发出报警声，并通过无线发射器通知车主。电子式防盗器价格适中、使用方便、 可靠性较高，但误报率高，噪声污染的，防盗范围有限。现在比较新型、可靠性更高 的是网络式防盗系统。网络式防盗系统是集 gsm 网络数字移动通信技术和 gps 卫星定 位技术于一体的高科技防盗产品，它通过 gps 全球定位系统对车辆进行定位和跟踪， 并通过 gsm 公共网络将车辆信息传送给监控中心和车主，是一种主动监护式防盗器。 万一车辆被盗，可以通过 gps 迅速找回被盗车辆。网络式彻底解决了普通防盗器无法 解决的距离限制和易于破解的难题，但需要支付服务费、且车主隐私得不到保护。最 后一种是比较高端的生物识别防盗系统，其主要产品有汽车指纹启动控制器。利用人 体指纹的唯一性，将车主指纹信息收集起来，汽车启动前先进行指纹比对，只有核实 身份后才能启动。其安全性很高、车辆不易被盗，但价格昂贵。 1.3 课题研究目的和意义 汽车的安全问题是车主们最关系的问题，汽车防盗器成为了必需品。但任何商品 都讲究性价比。汽车的油耗、养护、管理等是一笔不少的开支，所以在汽车的防盗开 支上，车主们都会精打细算。目前机械式防盗锁由于其笨重、使用不便且防盗效果差 已逐渐被淘汰。电子式防盗器因其方便可靠且价格便宜已经得到普及，而网络式防盗 系统由于成本较高，纵然性能可靠、防盗范围广，还是得不到广泛的使用。 本系统设计的目的是解决电子式防盗器防盗范围小、噪声大和网络式防盗系统成 本高的问题。本系统有如下特点： （1）防盗范围广，能远距离控制汽车和获取汽车信息。电子式防盗器采用的无线 遥控器覆盖范围小，遥控器离开车较远时就会失效。而本系统依托 gsm 公众网，覆盖 范围广，能在全球范围内获取爱车的信息。 （2）能对车辆进行定位和追踪。利用 gps 全球点位系统，能实时获取车辆的位置 信息。 （3）开发成本低。大多数网络式防盗系统都采用比较高级的微处理器作为主控芯 片，芯片成本和技术成本都较高。本系统采用单片机为主控芯片，芯片便宜，开发简 单。 （4）无需监控中心。这是本课题要解决的主要问题。目前网络式防盗系统都需要 监控中心的支持，使得防盗成本大大提高。而本系统将位置信息数据库存在 sd 卡中， 只要从 gps 模块中获取坐标，就能在数据库中获取位置信息，无需监控中心就能实时 获取车辆的位置信息，大大降低了防盗成本。 3 2 课题研究相关技术 现代科学技术日新月异，汽车防盗产品也在快速地更新换代。目前，汽车防盗产 品正向高科技化、功能多样化和微型化发展。只有掌握当今先进的科学技术，才能设 计出满足当代社会需求的产品。本课题研究涉及当今较为先进和热门的 gps 全球定位 系统，gsm 全球移动通讯系统和单片机技术。 2.1 gps 全球定位系统 gps 是英文 global positioning system（全球定位系统）的简称，是利用 gps 定 位卫星在全球范围内实时进行定位、导航的系统。 2.1.1 gps 构成 gps 全 球 定 位 系 统 由 空 间 部 分 ， 地 面 控 制 部 分 和 用 户 设 备 部 分 构 成 。 (1)空 间 部 分 gps 的空间部分由距地表 20200km 的上空的 24 颗卫星组成（21 颗工作卫星，3 颗 备用卫星），运行周期为 12h。卫星均匀分布在 6 个轨道面上（每个轨道面 4 颗），轨 道倾角为 55。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫 星，并能在卫星中预存导航信息，这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 (2)地 面 控 制 部 分 地 面 控 制 部 分 由 一 个 主 控 站 ,5 个 全 球 监 测 站 和 3 个 地 面 注 入 站 组 成 。 监 测 站 均 配 装 有 精 密 的 铯 钟 和 能 够 连 续 测 量 到 所 有 可 见 卫 星 的 接 受 机 。 监 测 站 将 取 得 的 卫 星 观 测 数 据 ,包 括 电 离 层 和 气 象 数 据 ,经 过 初 步 处 理 后 ,传 送 到 主 控 站 。 主 控 站 从 各 监 测 站 收 集 跟 踪 数 据 ,计 算 出 卫 星 的 轨 道 和 时 钟 参 数 ,然 后 将 结 果 送 到 3 个 地 面 注 入 站 。 注 入 站 将 主 控 站 修 正 过 的 卫 星 参 数 注 入 到 卫 星 中 。 主 控 制 站 位 于 美 国 科 罗 拉 多 州 法 尔 孔 空 军 基 地 （falcon .colorado）。五个监测站位于科罗拉多州 （colorado）、卡瓦加兰（kwajalein）、迭戈加西亚(diego garcia)、阿松森群岛 (ascension)和夏威夷(hawaii)。三个地面注入站分别位于卡瓦加兰（kwajalein）、 迭戈加西亚(diego garcia)、阿松森群岛(ascension)。 (3)用 户 设 备 部 分 4 用 户 设 备 部 分 也 就 是 gps 信 号 接 收 机 。 接 收 机 由 硬 件 和 内 置 软 件 组 成 ， 内 置 软 件 包 含 定 位 算 法 。 gps 接 收 机 能 够 按 一 定 的 截 角 捕 获 待 测 卫 星 ， 然 后 跟 踪 这 些 待 测 卫 星 。 接 收 机 内 置 有 微 处 理 器 和 定 位 算 法 ， 只 要 从 待 测 卫 星 获 取 一 定 量 的 信 息 就 能 够 算 出 位 置 信 息 。 接 收 机 捕 获 待 测 卫 星 信 号 ， 测 量 出 接 收 机 到 卫 星 伪 距 变 化 率 ， 并 解 调 出 该 卫 星 的 其 他 数 据 ， 如 时 间 、 轨 道 等 信 息 。 根 据 这 些 数 据 ， 接 收 机 就 可 以 利 用 内 置 有 微 处 理 器 和 定 位 算 法 解 算 出 用 户 的 经 纬 度 、 海 拔 、 速 度 、 航 行 等 信 息 。 2.1.2 gps 原理 gps 全 球 定 位 系 统 的 基 本 原 理 是 根 据 记 录 导 航 卫 星 和 用 户 接 收 机 之 间 传 递 信 号 所 经 历 的 时 间 ， 计 算 出 导 航 卫 星 与 用 户 接 收 机 的 距 离 ， 再 综 合 多 颗 导 航 卫 星 的 位 置 信 息 就 可 以 计 算 出 用 户 接 收 机 的 实 时 位 置 、 航 向 和 速 度 等 信 息 。 卫 星 的 数 据 记 录 在 星 载 时 钟 上 。 gps 导 航 卫 星 在 正 常 工 作 时 会 连 续 地 发 射 导 航 电 文 ， 导 航 电 文 使 用 伪 随 机 码 （ 伪 码 ） 发 送 。 gps 卫 星 使 用 两 组 伪 码 ， 一 组 称 为 c/a 码 ( coarse/ acquisition code)， 频 率 为 1.023mhz ， 另 一 组 称 为 p 码 (precise code) ， 频 率 为 10.23mhz。 由 于 导 航 卫 星 与 用 户 接 收 机 之 间 有 大 气 层 的 干 扰 ， 所 以 测 量 出 的 距 离 不 是 真 实 距 离 ， 而 是 伪 距 （ pr） ， 这 样 的 测 量 称 为 伪 距 测 量 。 伪 距 测 量 可 以 通 过 参 数 修 正 提 高 定 位 精 度 。 根 据 电 文 使 用 的 伪 码 不 同 ， 可 将 伪 距 分 为 c/a 码 伪 距 和 p 码 伪 距 。 c/a 码 伪 距 精 度 约 为 20 米 左 右 ， p 码 伪 距 精 度 约 为 2 米 左 右 。 由 于 p 码 频 率 较 高 且 定 位 精 度 高 ， 主 要 给 美 国 军 方 使 用 。 c/a 码 频 率 低 ， 容 易 受 到 干 扰 ， 而 且 人 为 地 降 低 了 点 位 精 度 ， 主 要 开 放 给 民 间 使 用 。 gps 卫 星 的 位 置 是 已 知 的 ， 而 我 们 可 以 准 确 测 量 接 收 机 到 卫 星 之 间 的 距 离 ， 那 么 接 收 机 肯 定 在 以 卫 星 为 中 心 ， 测 量 距 离 为 半 径 的 圆 球 上 。 如 果 我 们 测 量 接 收 机 到 三 颗 卫 星 的 距 离 ， 就 可 以 确 定 用 户 在 三 个 圆 球 相 交 的 点 上 ， 得 出 接 收 机 的 位 置 。 此 外 ， 由 于 接 收 机 的 时 钟 与 卫 星 的 时 钟 系 统 不 是 同 步 的 ， 所 以 在 计 算 过 程 中 ， 要 利 用 测 定 第 四 颗 卫 星 ， 校 正 接 收 机 的 时 钟 。 所 以 要 实 现 定 位 功 能 ， 接 收 机 至 少 需 要 获 取 四 颗 卫 星 的 信 息 。 2.2 gsm 全球移动通讯系统 gsm 是英文 global system of mobile communication（全球移动通讯系统）的简 称，是当今应用最普及的数字移动通信技术，它已经被大多数国家接受和使用。gsm 用 在不同的频段（900、1800、1900mhz），所有这些都代表了 gsm 技术的普及性。gsm 系 统的分层结构和网络实体之间的使用标准接口，这就允许运营商可以自行选择配件， 5 制造商也可以自行生产专用部件而不必生产整个系统。gsm 系统的这些优势使得其继续 保持良好的发展势头。 2.2.1 gsm 发展历史 1982 年，“移动通信特别小组”在欧洲邮政与电信大会（cept）上成立。1985 年， 法国、意大利、英国和德国签署联合开发 gsm 合同。1986 年，欧盟（eu）各国首脑同 意为 gsm 安排 900mhz 频段。1987 年，来自 13 个国家的 15 个成员形成谅解备忘录，确 定 gsm 标准的基本产数。泛欧数字会议（pedc）在英国伦敦召开。1989 年，决定将 gsm 作为全球数字蜂窝系统标准。1990 年，第一阶段 gsm 规范（1987-1990 年制定）被 冻结，开始 dcs1800 规范。1992 年，发送第一条短信（sms）。2000 年，第一个 gprs 商用业务开通。2005 年，第一个 hsdpa 网络开通。2007 年，引入 hsupa 技术。 2.2.2 短信息业务（sms） 短信息即 sms（short message service），是 gsm 的一项重要的电信业务，因为 其使用简便且价格便宜备受广大手机用户的青睐。短消息服务是通过手机发送和接收 有限长度的文本信息的功能。一条短消息可以包含 160 个英文字母（7-bit 编码）或 70 个非拉丁字母（16-bit 编码），如中文汉字或阿拉伯字母等的 unicode 编码。随着 无线通信技术的成熟和用户的增多，短信业务将会变得越来越便宜，使用短信息的应 用变得越来越普遍。目前，短信息服务业务提供多样的短信包月套餐，用户可以根据 自己的需求选择合适的业务。 2.3 单片机技术 2.3.1 单片机概念 单片机就是在一片半导体硅片上集成中央处理单元（cpu）、存储器（ram、rom）、 并行 i/o 口、串行 i/o 口、定时器/计数器、中断系统、系统时钟电路及系统总线的微 型计算机。这样一块集成电路芯片具有一台微型计算机的属性，因而被称为单片微型 计算机，简称单片机。 单片机的问世是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它的诞生标志着计 算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机芯片体积小、 6 成本低，可广泛地嵌入到如工业控制单元、机器人。智能仪器仪表、汽车电子系统、 家用电器、办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通信产品中。 2.3.2 单片机的特点 单片机的出现是集成电路技术与微型计算机技术高速发展的产物。单片机体积小、 价格低、应用方便，稳定可靠，因此，单片机的发展和普及给工业自动化等领域带来 了一场重大革命和技术进步。由于单片机体积小，很容易嵌入到系统之中，以实现各 种方式的检测、计算或控制，而一般的微型计算机无法做到。由于单片机本身就是一 个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以 灵活地构成各种应用系统，如工业自动检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、 智能仪器仪表等。 2.3.3 atmel 89 系列单片机 89 系列单片机是 atmel 公司的 8 位 flash 单片机系列。这个系列单片机的最大特 点就是在片内含有 flash 存储器。因此，在应用中有着十分广泛的前景和用途，特别是 在便携式和省电，特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用。 89 系列单片机对于一般用户来说，存在下列很明显的优点： （1）内部含 flash 存储器 这就使得系统在开发的过程当中能够非常简便地进行程序的修改和调试，这不仅 大大缩短了系统的开发周期，而且在系统工作过程中，能够有效地保存一些数据信息， 即使外界电源损坏也不影响数据的保存。 （2）和 8051 插座兼容 89 系列单片机和 8051 具有相同的引脚定义和排序，因此在使用 89 系列单片机代 替 8051 时，可以直接进行取代。 （3）静态时钟方式 与其他单片机相比，89 系列单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能，有利 于降低移动设备的功耗，使电源更加耐用。 （4）可反复进行系统实验 89 系列单片机具有可反复编程的特点，这就允许系统开发者反复进行系统实验， 保证系统性能达到最优。 7 3 系统总体设计方案 目前，随着 gps 全球定位技术的开放和普及，基于 gps 的应用越来越普遍。基于 gps 和 gsm 网络的防盗报警器，依靠监控中心对汽车进行定位和追踪，安全可靠，在发 达城市已逐渐被接受和使用。然而在县城、乡镇，由于监控中心的入网费用开销大， 还不能被车主接受。所有，不管是大城市还是小城镇，价格低廉、可靠的防盗产品的 开发成为了必要。本系统在分析了市场上各类汽车防盗器优缺点的基础上，取其精华， 去其糟粕，设计出了基于 gps 和 gsm 网络的新型防盗系统。 3.1 系统功能需求分析 本系统具备以下功能： （1）可按需求开关的声光报警功能。电子式防盗器的声光报警具有阻吓盗贼的效 果，但同时造成了很大的噪声污染。本系统的声光报警器可按需求开启和关闭，如在 居民小区内将其关闭，在闹市街头将其开启。 （2）油门监控功能。进入防盗状态后，将油门电路关闭，如发现油门被非法开启， 将启动声光报警装置，短信通知车主，并及时关闭油门，防止汽车被盗走。 （3）车门监控功能。车门被非法开启时，启动报警。 （4）gsm 短信监控。利用 gsm 的短信业务对车辆监控，价格便宜，防盗范围广。 8 （4）gps 定位追踪。gps 能实现对汽车的定位和追踪，万一车辆被盗，可方便将 车辆追回。 （5）内置位置信息数据库，无需入网就可以获得车辆的具体位置。本系统将位置 信息数据库存放在大容量的 sd 卡中，只要从 gps 模块获得当前位置的坐标，即可以在 数据库中提取出相应的位置，是车主直观地了解爱车的位置。sd 卡中的数据可根据需 求进行更新。 3.2 系统总体设计 基于 gps 和 gsm 网络的新型网络式汽车防盗系统的总体结构框图如图 3-1 所示。 系统由车载模块和用户手机组成，依靠 gps 全球定位系统获取车辆位置信息，依托 gsm 全球移动通信网络实现手机对车载模块的远程控制和获取信息。 本课题主要是对车载模块的研究和设计，根据图 3-1 可知，系统的车载模块由单 片机控制系统、sim908 模块、稳压电路、sd 卡存储设备和其他外围监控报警电路组成。 （1）单片机控制系统 系统采用 atmel 公司的 at89s52 单片机作为主控芯片。主控系统分为主机和从机， 分别完成如下功能： 主机完成对各类传感器采集到的信号的处理和判断，以做出准确的响应。 9 稳压电路 s i m 9 0 8 从 a t 8 9 c 5 5 a t 8 9 c 5 2 主 g p s 模块 g s m 模块 s d 卡 位置信息数库 车门监控电路 油门监控电路 声光报警电路 g s m 网络 g p s 全球 定位系统 用户手机 车载模块 图 3-1 汽车防盗系统的总体结构框图 主机通过串口控制 sim908 模块，完成 gsm 和 gps 功能的初始化，接收和发送 短信息。 主机完成单片机和 gsm 模块之间的数据协议转换，包括将要发送的短信内容转 换成 gsm 模块能够识别的格式以及将接收到的短信包解析成系统能够识别的信息或命 令。 主机完成对车门，油门的检测和控制。 主机完成对声光报警电路的控制。 主机通过从机获取位置信息。 从机通过串口从 sim908 的 gps 模块获取 gps 信息并解析成有用的经纬度、高 度等信息，并从 sd 卡中提取位置信息，然后传给主机。 （2）sim908 模块 系统采用 sim908 模块作为 gps 和 gsm 模块。sim908 具有集成度高、体积小、功能 完善等特点。sim908 通过串口与单片机通信。该模块实现如下功能： 利用 gsm 模块实现短信息的接收和发送。 利用 gps 模块实现定位功能。 10 通过 gsm 串口接收 at 指令、数据，发送数据和状态信息给主控芯片；通过 gps 串口将 gps 信息传递给单片机。 （3）稳压电路 系统采用汽车蓄电池为供电电源，利用降压稳压器件构成稳压电路，实现系统所 需的+5v 和+3.3v 输出。 （4）sd 卡存储设备 系统使用 sd 卡存储大容量的地图位置信息数据，使系统得以将不直观的经纬度转 换成直观的地标。 （5）其他外围监控报警电路。 其他外围监控报警电路包括油门监控、车门监控和声光报警电路，主要实现对油 门、车门的监视和控制，驱动声光报警电路。 11 4 系统硬件详细设计与实现 4.1 稳压电路设计与实现 本系统以汽车蓄电池为主电源，并有备用电池以确保可靠。系统需要+5v 和+3.3v 稳压直流电，+5v 供应单片机和 sim908 模块使用，+3.3v 供应 sim908 模块和 sd 卡存 储设备使用。汽车蓄电池电压为+12v，需要使用降压和稳压电路进行降压和稳压。 系统采用 lm2576s-5.0 降压型开关稳压电源控制器以实现降压和稳压，得到+5v 电 压。lm2576 相对普通的三端稳压器是高效的，能够减少散热片的面积或者甚至不用散 热器，所以在很多应用特别是对节能要求很高的移动设备上取代了三端稳压器。 lm2576 使用时仅需要极少的外围器件，内置固定频率振荡器和频率补偿电路，使用简 便。 系统+5v 稳压电源电路如图 4-1 所示，输入端接汽车蓄电池+12v。输入端与输出端 分别接 1000uf 和 0.1uf 一大一小电容，以滤除高频和低频波纹。输出端接电感可以很 好地控制电压波纹，避免干扰产生。肖特基二极管 in5817 起到稳压作用。 图 4-1 系统+5v 稳压电路 系统的+3.3v 稳压电路如图 4-2 所示。采用 ams1117-3.3 稳压器，输入+5v，输出 +3.3v。输入端和输出端接 0.01uf 电容以滤除高频波纹，避免干扰产生。二极管 12 in4007 反接在输入和输出端之间，起到续流保护作用，防止电路通断时瞬间反向高压 脉冲电流，避免稳压器被击穿。 图 4-2 系统+3.3v 稳压电路 4.2 sim908 模块及其外围电路 4.2.1 sim908 模块简介 sim908 是希姆通信息技术有限公司的一款为全球市场设计，高性能的 gsm/gprs/gps 三合一模块。gps 解决方案提供了最佳的采集和跟踪灵敏度、时间修复 (tiff)和准确度。因为尺寸只有 30mm x 30mm x 3.2 mm，重量只有 5.2g，所以 sim908 几乎可以满足所有用户的应用中对空间的要求，例如 m2m，智能手机，掌上电脑，导航 仪和其他移动设备。 sim908 模块供电电压为 3.2v5.2v，采用节能技术设计，所以在睡眠模式下 （gps 模块关闭）电流消耗在 1.2ma 以下，支持锂电池充电。其中 gsm/gprs 模块为 4 频模块，工作频段为：gsm 850mhz、egsm 900mh、dcs 1800mhz 和 pcs 1900mhz，sim908 可以自动搜寻四个频段，也可以通过 at 指令预设频段。在 gps 模块 关闭状态下，每个频段的发射功率分别为 2w（gsm 850 和 egsm 900）和 1w（dcs 1800 和 pcs 1900）。 sim908 采用 at 指令控制，可以通过串口发送 at 指令和数据。通过 at 指令可以方 便地使用 sim908 进行语音通话、短信息接收和发送、gps 定位以及连接 gprs 网络。短 信息支持 mt、mo、cb、text 和 pdu 模式。支持电话簿功能，通讯录管理支持 sm、fd、ld、rc、on、mc 类型。 sim908 模块引脚图（俯视图）如图 4-3 所示。 sim908 有 80 个贴片焊盘，提供了模块和客户电路板的所有硬件接口。 13 串口和调试口可以帮助用户轻松地开发应用。 2gps 串口 两路音频接口。可以通过 at 指令轻松地进行配置。 电源接口 可编程的通用输入输出接口（gpio）。 键盘和 spi 显示接口可以让用户灵活地开发定制应用。 无线接口 sim908 模块主要由 gsm 基带模块、gps 模块、闪存、gsm 射频模块、天线接口和其它 接口六部分组成。sim908 模块功能框图如图 4-3 所示。 供电 模拟基带 数字基带 电源管理单元 s p i r t c g p s 接收 音频 a d c f l a s h 射 频 模拟接口 数字接口 s i m u a r t k e y p a d / g p o s p w m s l c d g p s u a r t 图 4-3 sim908 模块功能框图 4.2.2 sim908 对外接口电路 sim908 模块对外接口电路包括电源接口电路、工作状态指示电路、开机电路、sim 卡接口电路。 （1）电源接口电路 sim908 模块供电电压范围为 3.2v5.2v，采用单电源供电，通过 vbat 引脚 （62,62 脚）对模块进行供电。系统稳压电路输出为+5v，所以 sim908 的 vbat 引脚可 14 以直接接稳压电路输出端。在 vbat 输入端接一个 100uf 旁路电容，用以滤除干扰波纹， 电容尽可能靠近 vbat 引脚。 （2）工作状态指示电路 工作状态指示电路包括开机指示电路和网络指示电路。 status 引脚（52 脚）的信号用来驱动开机指示灯。当 sim908 处于开机状态时， 开机指示灯亮。关机状态时，开机指示灯灭。 netlight 引脚（51 脚）的信号用来驱动网络信号指示灯网络指示灯不同的熄灭状 态表示不同的网络状态，具体如下： 网络指示灯 网络状态 熄灭 sim908 没有工作 64ms 亮/800ms 灭 sim908 没有找到网络 64ms 亮/3000ms 灭 sim908 连接到网络 64ms 亮/300ms 灭 sim908 进行 gprs 通信 sim908 的工作状态指示电路如图 4-4 所示。 图 4-4 工作状态指示电路 图 4-5 开关机电路 （3）开关机电路 sim908 模块的启动和关闭都可以通过拉低 pwrkey 引脚（3 脚）电平持续 1 秒钟以 上，然后恢复并保持高电平。开关机电路如图 4-5 所示。 status netligh t system sync 330r 330r 15 当短路帽接 1,2 脚时，为手动开机状态，sim908 模块通过 s2 控制开关机。当短路 帽接 2,3 脚时，为自动开机状态，sim908 模块只要上电就可以自动启动，此时模块的 关机可以通过 at 指令或关闭模块电源实现。 （4）sim 卡接口电路 sim 卡是英文 subscriber identity module（用户识别模块）的缩写，通常称为 手机卡或智能卡。sim 卡用来存储手机用户的身份识别信息、用户电话簿等个人信息， 是手机用户的身份证。 sim908 通过 sim-data（17 脚）、sim-rst（18 脚）、sim-clk（19 脚）和 sim- vdd（20 脚）和 sim 卡实现连接。 sim 卡接口定义： sim-data（17 脚）：sim 卡数据输入输出口。 sim-rst（18 脚）：sim 卡复位。 sim-clk（19 脚）：sim 卡时钟。 sim-vdd（20 脚）：sim 供电。可以根据 sim 卡的类型自动选择输出电压，支持 1.8v 或 3v sim 卡。 sim 卡接口电路如图 4-6 所示。电路中的旁路电容起到滤波、减少干扰的作用。22 欧姆电阻串联在 i/o 口线中用来匹配 sim908 模块和 sim 卡之间的阻抗。 图 4-6 sim 卡接口电路 16 4.3 单片机外围接口电路 本系统采用 atmel 公司生产的 at89s52 为主控芯片。at89s52 单片机是一种低功耗 高性能的 cmos 八位微控制器，使用的指令和引脚定义与工业标准的 80c51 完全兼容。 内置有 8kbyte 的 flash 程序存储器，在技术上实现了高密度非易失性存储，允许程序 存储器反复在线编程，也适用于常规编程器。at89s52 单片为众多嵌入式控制应用系统 提供了高灵活、超高效的解决方案。其应用范围广，可解决复杂的控制问题，同时成 本较低。 单片机外围接口电路包括最小系统电路、油门监控电路、车门监控电路、声光报 警电路和 sd 卡接口电路。 4.3.1 sd 卡接口电路 sd 卡是英文 secure digital memory card 的简称，在中国普遍称为内存卡，是一 种基于半导体快闪记忆器的新型存储设备，它广泛应用于移动便携式设备，比如手机、 数码相机和多媒体播放器等。 sd 卡的引脚定义如下： 表 4-1 sd 卡的引脚定义 引脚 名称 功能 1 cs 片选 2 di 数据输入 3 vss1 电源地 4 vdd 电源 5 sclk 时钟 6 vss2 电源地 7 do 数据输出 8 nc 9 nc sd 卡支持 sd 和 spi 两种总线方式，由于 at89s52 单片机自带 spi 控制器，支持 spi 总线方式，且 spi 方式开发成本较低，所以本系统采用 spi 总线方式实现对 sd 卡 的数据读取。 sd 卡的 spi 总线方式接口电路如图 4-7。 17 n c c s d i v s s 1 v d d s c l k v s s 2 d o n c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 c s m o s i s c l k m i s o + 3 . 3 v 单片机 5 0 k 图 4-7 sd 卡接口电路 5 系统软件详细设计与实现 系统以 at89s52 单片机为主控芯片，系统的软件设计就是对 at89s52 进行编程， 控制其外围电路，实现系统的各项功能。系统的软件设计主要包括短信的接收与发生 程序设计、gps 接收程序设计以及监控报警程序设计。 系统程序流程图如图 5-1 所示。 18 g s m 模块初始化 启动 g p s 模块 并初始化 断开油门 锁住车门 y n n y 单片机初始化 是否收到 防盗指令 车门是否 被打开 油门是否 被打开 汽车位置 是否改变 是否接到 撤防指令 n n 油门解锁 车门解锁 关闭 g p s 模块 是否接到 查询指令 是否接到 解除报警指令 声光报警 是否开启 断开油门 ， 发送短 信报警信息 启动声光报 警 y y n 解除报警停 止发送报警 信息 发送汽车状态信息 n y y n y y n 开机 图 5-1 系统程序流程图 5.1 短信的发送与接收程序 单片机通过 at 指令控制 sim908 实现短信的收发，其中与短信收发的 at 指令和解 析如下： at+csms 选择消息服务。支持的服务有 gsm-mo、sms-mt 、sms-cb 。 at+cnma 新信息确认应答。 19 at+cpms 优先信息存储。这个命令定义用来读写信息的存储区域。 at+cmgf 优先信息格式。执行格式有 text 方式和 pdu 方式。 at+csas 保存设置。保存+csas 和+csmp 的参数。 at+cnmi 新信息指示。这个命令选择如何从网络上接收短信息。 at+cmgr 读短信。信息从+cpms 命令设定的存储器读取。 at+cmgs 发送信息。 at+cmgw 写短信息并存储。 at+cmss 从存储器中发送信息。 at+csmp 设置文本模式的参数。 at+cmgd 删除短信息。删除一个或多个短信息。 at+csca 短信服务中心地址。 at+wcbm 单元广播信息标识。 短信的发送首先要设置短信的发送格式，可以通过指令 at+cmgf=设置，当 n=1 时为 text 格式，当 n=2 时为 pdu 格式。然后要设置短信中心号码，可以通过 at+csca 设置。接下来设置发送的号码，可以通过 at+cmgs 设置。最后写入发送内容，然后发 送 0x1a 启动发送。 短信的接收也要设置接收的格式，不同的格式接收同一条信息会有不同的格式， 也是通过 at+cmgf 设置。然后通过 at+cnmi 判断是否收到信息以及信息的存储位置。 最后通过 at+cmgr 指令在指定位置读取短信。 短信的收发流程图如图 5-2 所示。 5.2 gps 数据接收程序与分解 单片机通过串口与 sim908 的 gps 串口连接读取 gps 的数据。默认情况下 gps 模块 是关闭的，所以从机要接收 gps 前，必须通过主机控制 sim908 模块启动 gps 模块。与 gps 有关的 at 指令如下： at+cgpspwr gps 电源控制 at+cgpsrst gps 复位模式 at+cgpsinf 获得当前 gps 本地信息 at+cgpsout gps 的 nmea 数据输出控制 at+cgpsstatus gps 状态 at+cgpsipr 设置 te-ta 固定的本地波特率 当 gps 模块启动后，会不断向串口发送 gps 数据，对于本系统来说，以 $gprmc 开 头的数据已足够使用。计算机接收到 gprs 发送的数据格式为： 20 $gprmc，110521.686，a，45450000，n，12638.0000，e, 0.00, 0.00, 210305, *1f。收到这一组数据后，将其分解为有用的信息。 gps 数据接收与分解程序如图 5-3 所示。 进入 是否收到发送短信命令 写发送内容 是否发送成功 返回 通过串口写发送命 令到 s i m 9 0 8 启动发送 n y n y 进入 是否收到接收短信命令 返回 通过串口写接收命 令到 s i m 9 0 8 判断短信位置 n y 是否接收到短信 n 将短信内容读 入缓存 发 送 接 收 图 5-2 短信的收发流程图 21 进入 串口是否为 g p s 数据 （ 起 始符是否为 $ g p g g a ）？ 将一个字节写入缓冲器 结束符是否为 ？ 检验和正确否 返回 设置存储接收数据 的起始地址 字节计数器加 1 n y n y n y 图 5-3 gps 数据接收与分解程序流程图 22 6 系统调试与分析 基于 gps 和 gsm 的汽车防盗系统实物图如图 6-1 所示。采用 lcd1602 显示器以 方便对现象的观察。 图 6-1 系统实物图 调试步骤: （1）将各个模块连接好，连接上电源，打开电源开关。 （2）初始化完成后，主机的液晶上显示 alarming is turn off。说明系统没有 处于防盗状态。从机的液晶上显示 gps is turn off，说明 gps 模块没有打开。 （3）用手机发送防盗指令，液晶上显示 alarming is turn on。说明此时进入防 盗状态。从机的液晶上显示 gps is turn on，说明 gps 模块已经打开。 （4）进入防盗状态后，从机不断接收并解析 gps 数据，此时液晶上显示经纬度数 据，如图 6-2 所示. （5）用键盘模拟车油门状态，按下 s1 说明车油门被非法开启，此时主机模块发 出声光报警信号，驱动声光报警，液晶显示 alarming。同时发送报警信号 alarming 和 经纬度信息 n 24.19 e 109.26 到手机上。 23 （6）报警状态下，发送解报信号，主机停止报警，液晶显示 alarming is turn on。发送撤防信号，模块停止防盗，液晶显示 alarming is turn off。 （7）在防盗状态下，手机发送查询指令，模块回复当前位置信息。 图 6-2 当前经纬度信息 本次调试过程还算比较顺利，但也遇到系统上电不稳定的问题，与稳压电路模块 的不稳定有关；短信的收发延迟比较大，与天线的信号强度有关；定位信息有偏差， 与天线信号强度有关。 本系统尚未实现所预期的所用功能，尚未实现 sd 卡信息的读取。 24 结束语 本次设计详细分析和总结了市面上各种类型汽车防盗报警器优缺点，结合市场的 消费需求，利用目前比较先进和热门的 gps 全球定位技术和 gsm 无限通信技术，设计 和实现了基于 gps 和 gsm 的新型汽车防盗系统。本系统以单片机为主控芯片，通过监 测和控制 sim908 gprs/gsm/gps 三合一模块以及其他外围监控电路，实现了对汽车的 远程遥控和定位追踪，可以有效地对汽车进行远程监控和防盗。 本课题主要研究了 sim908 的外围电路设计和单片机通过串口利用 at 指令控制 sim908 模块实现短信息的发送和接收，gps 定位信息的接收和解析。 包括稳压电路， sim908 状态指示电路，sim 卡电路和 rs232 电路；at 指令，pdu 格式短信的收发算法， gps 定位信息的读取和解析。 在本次课题的研究过程中，我的电路基础知识和单片机应用能力得到了巩固和提 升，对尚未接触过的 gps 定位技术和比较陌生的 gsm 无线通信技术有了较深的了解， 熟悉了 sim908 的外围电路设计和控制，掌握了 pdu 格式信息的收发程序设计。 由于本次设计的主要研究方向偏向于汽车 gps 定位和 gsm 远程遥控的研究和实现， 所以对车门、油门控制电路和声光报警电路的硬、软件设计没有进行研究。 25 致谢 本