（检测技术与自动化装置专业论文）基于lin总线和彩信的汽车防盗系统.pdf

基于l i n 总线和彩信的汽车防盗系统 摘要 最新统计表明，我国已经是世界第二大汽车消费国。汽车不仅提升了人们 的生活质量，为人们的出行提供了极大的便利，同时也连带出一个附加的技术： 防盗市场上现有的汽车防盗产品都有着这样那样的缺点，诸如：误报率高、 安装不便、维护不便、声光污染和价格昂贵等缺点。微电子技术、汽车总线技 术和无线通信技术的不断发展为我们在汽车防盔技术上提供了新思路和新手 段。 本文首先介绍了基于l i n 总线和彩信的汽车防盗系统的总体方案设计，在 分析了汽车总线、短信及彩信通信的特点后，选择了基于l i n 总线，短信和彩 信相结合的方法构建本系统。 设计了基于l i n 总线的移动终端的硬件结构。文中叙述了移动终端的硬件 设计方法和电路实现的相关细节，包括芯片选型、d s p 与m c u 的接口电路、 g p r s 模块接口电路、电源转换；并详细叙述7 基于d s p 的图像采集和压缩的 方法。 进行了系统软件设计，主要实现以下功能：在设防方式下，当安放于车内 的传感器开关触发时，移动终端发送中文报警短信或彩信到指定手机；车主可 通过报警信息准确了解汽车的遭侵害位置，紧急情况下可以发送短信回控汽车： 另外，车主还可以利用个人电脑进行远程控制。 关键词：汽车防盗，l i n 总线。彩信，d s p ，0 v 7 6 6 0 ，g r 4 7 t h e a u t o - g u a r ds y s t e mb a s e d o nl i nb u sa n dm m s a b s t r a c t 1 1 地n e ws t a t i s t i c ss h o wt h a tc h i n ah a sb e c o m et h ew o r l d ss e c o n da u t o c o n s u m p t i o nm a r k e t a u t o sn o to n l yi m p r o v et h eq u a l i t yo fp e o p l e sl i f e ，b u ta l s o b r i n gg r e a tc o n v e n i e n c ef o rt r a v e l i n g i na d d i t i o n , i tr a i s e sa n o t h e rt e * h n o l o g y ：a u t o g u a r & t h em u - r e n ta u t og 啪r dp r o d u c t sh a v es o m ed i s a d v a n t a g e ss u c h 舔h i g hf a l s e a l a r mr a t e 、i n c o n v e n i e n c eo f i n s t a l l a t i o na n dm a i n t a i n i n g 、s o u n da n dl i g h tp o h u f i o n a n dh i g hp r i c e t h e d e v e l o p i n gt e c h n o l o g i e so fm i c r o e l e c t r o n i c 、a u t o m o t i v e n e t w o r kb u sa n dw i r e l e s sm o b i l ec o m m u n i c a t i o np r o v i d eu sn e wi d e a sa n dn e w m e t h o d s t h i sp a p e rd i s c u s s e st h eo v e r a l lc o n c e p t u a ld e s i g no fa u t o g u a r ds y s t e mb a s e d o nl i nb u sa n dm m s a f t e rt h ea n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h es h o r tm e s s a g e s e r v i c e ( s m s ) a n dm u l t i m e d i am e s s a g i n gs e r v i c e n 订s ) ，w ec h o o s et ob u i l do u r s y s t e mw i t ht h ec o m b i n a t i o no f l i nb u s , s m sa n dm m s w ed e m g n e dt h et e r m i n a lh a r d w a r e $ t n l c t u r eb a s e do nl i nb u s i ti n t r o d u c e st h e 缸曲n i n 甜sh a r d w a r ed e s i g nm e t h o da n dc o r r e l a t i v ed e t a i l so f c i r c u i ti m p l e m e n tw h i c h i n c l u d ec h i ps e l e c t i o n , i n t e r f a c ec i r c u i tb e t w e e nd s pa n dm c u , g p r sm o d u l e i n t e r f a c ec i l 谢t ，p o w e rs u p p l y i ta l s of u l l yd i s c u s s e st h ei m a g ea c q u i s i t i o na n d c o m p r e s s i o nb a s e d o nd s p t h es o i w a r eo ft h es y s t e mw a sd e s i g n e dt or e a l i z et h ef u n c t i o na sf o l l o w s ： s e n d i n gs m si na l i l 螂eo rm m s t oa p p o i n t e dm o b i l et e l e p h o n ew h e nd e t e c t o r s p l a c e di n a u t ow a sa c t i v a t e d ；u s e rc 趾k n o ww h i c hp a r ti so f f e n d e da c c u r a t e l y t h r o u g ha l a r mm e s s a g e ；i ne m e r g e n c y , t h eu s e rc a nc o n t r o la u t ob yt h em e 觚so f b r e a k i n gi t so i lc l ”c u i ta n ds 耐t c h i n go f fi t sm o t o r i na d d i t i o n , u s e rc a nr e m o t e l y c o n t r o la u t ob yc o m p u t e r k e yw o r d s ：a u t o g u a r d , l i nb u s ，m m s ，d s p , 0 v 7 6 6 0 ，g r 4 7 插图清单 图1 1 近年汽车产量直方图。1 图1 2 市场主要防盗器类型比例3 图2 。l 汽车防盗系统体系结构。 图2 2l i n 通讯机制8 图2 3 主节点和从节点的工作过程8 图2 4l i n 消息结构。9 图3 1v c 5 4 0 9 的结构框图1 5 图3 2 编解码框图 图3 3d c t 变换流程图2 1 图3 4 二维d c t 交换方法2 l 图3 5z 型扫描2 2 图3 6 量化流程图。2 2 图3 7z 型扫描流程图2 3 图3 8 z 型扫描序号 图3 9 编码流程图2 5 图3 1 0d s p 程序流程2 6 图4 2m s p 4 3 0 f 1 4 9 内部结构3 0 图4 3h p i - 8 框图 图4 4h p i 与m s p 4 3 0 f 1 4 9 接口 图4 6 0 v 7 6 6 0 与d s p 接口 图4 s c a n 控制器接口电路设计3 5 图4 9g p r s 终端拨号连接流程。 图4 1 0 g r 4 7 与m c u 接口电路 图4 1 1l i n 子节点硬件结构图。 图5 1 软件模块化框图 图5 , 3 每一帧的处理机制 图5 4l i n 主节点主程序流程图 图5 5 发送一个帧的流程图 图5 6l i n 从节点的主流程。 图5 7c a n 珏网关接收和发送数据的流程图 3 6 3 7 4 0 4 4 ，4 5 4 6 图5 , 8 短消息收发程序流程图5 l 图5 9m m s 数据编码模型 图5 1 0 彩信程序流程 5 2 5 3 表格清单 表2 1s a e 的汽车网络分类6 表z 2l i n 波特率7 表3 1d c 数差值的嫡编码结构2 3 表3 2a c 系数非0 值的嫡编码结构2 4 表4 1 四种电源设计方案比较表3 8 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我 所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果，也不包含为获得 盒鳇王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名：翁j 、i 良 签字日期：9 1 年朋纠日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金g b 兰些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金罂兰些 烂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者躲嫡j 、i 良 签字日期：1 年岁月 f 日 学位论文作者毕业后去向； 工作单位： 通讯地址： 导师签名z 签字日期： 电话： 邮编： 俘弦统钿芟年 f j ， 致谢 本论文的完成首先感谢我的指导老师陈荣保副教授。从选题、开题、资料 收集、课题研究到论文的编写无不是在陈老师的精心指导下完成。感谢陈老师 在我读研期间给予的不厌其烦的课题指导、生活上无微不至的关怀；感谢陈老 师为我提供了良好的学习及实验条件。陈老师严谨求实、以身作则的学术风范 令我时时倍感感动，是我终身学习的榜样 感谢香港俊成科技有限公司厦门分公司的李志勇工程师免费提供了图像传 感器芯片和技术文档；感谢师弟曹军在d s p 硬件设计上的帮助。 感谢实验室朝夕相处的同学：贾承勇、陆海峰、石雪，大家在一起积极讨 论课题研究的情况，并在生活上互相帮助，和睦相处，度过了令人难忘的美好 时光。 感谢爸爸、妈妈对我继续学业提供的经济支持和精神鼓励! 作者：翁东波 2 0 0 7 年4 月 第一章概述 1 1 课题研究的背景与意义 近年来我国汽车市场每年平均以2 5 的速度快速增长，我国汽车消费已占 全球汽车消费的7 5 ，成为世界第二汽车消费国，汽车产量为世界第三。据有 关专家预测，2 0 1 0 年我国家用轿车的保有量将达到1 4 6 6 万辆，2 0 2 0 年达到7 2 0 0 万辆，特别是从2 0 0 0 年开始中国汽车市场进入快速增长期，2 0 0 6 年我国汽车产 销均超过7 0 0 万辆。汽车产业的快速发展促进了汽车后市场的快速化、专业化 的发展，汽车防盗器市场正是汽车用品市场在汽车消费需求和汽车产量快速增 长的前提下迅速崛起的。汽车市场的进一步发展也为汽车防盗器市场带来成倍 的增长空问 8 0 0 7 6 0 0 5 0 0 万辆4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 o 2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 年2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年 圜 图1 1 近年汽车产量亘方图 虽然汽车防盗器的市场潜力很大，通过本人调查分析得知：现有的防盗产 品都有着这样那样的缺点，诸如：防盗效果差、安装不便、声光污染、维护不 便和价格昂贵等缺点这些都在一定程度上制约着市场的发展。汽车防盗的发 展方向是智能程度更高的芯片式和网络式。微电子技术、汽车总线技术和无线 通信技术的不断发展为我们在汽车防盗技术上提供了新思路和新手段。 采用汽车总线技术和无线通信技术的汽车防盗系统可以实现对汽车的实时 保护和远程监控，与传统的车辆报警装置相比，具有报警实时、分级报警、现 场画面可视、远程互动及费用低廉的优点，而且这方面的研究与设计很少有报 道。因此，本研究内容具有显著的工程意义和市场前景。 1 2 汽车防盗技术的国内外现状 1 2 1 国内外汽车防盗设备应用概况 汽车防盗设备按其结构与功能可分四大类：机械类、电子式、芯片式和网 络式，按防盗方式分：锁方向盘、锁油门、锁车门、锁刹车、锁变速杆甚至锁 车轮；按能否反馈汽车信息分：单向、双向 其中电子式是目前应用最为广泛的汽车防盗设备。但汽车防盗的发展方向 是向智能程度更高的芯片式和网络式发展 第一代电子防盗产品属于单向电子防盗器，现在还是主流产品。车主通过 遥控器来控制汽车主主要功能是：车的开关门、震动或非法开启车门报警等， 遇异动时会报警，但没有回传功能。 优点：价格便宜，安装简易，能自动断电 缺点：质量不稳定，抗干扰度较差，易受到高频率干扰而接受不到信号。 第二代产品双向可视防盗器最早在韩国出现。这种防盗器可遥控使用，还 能将车辆状态传递给车主，遥控距离较单向防盗器远当汽车有异动报警时，同 时遥控器上的液晶显示器会显示汽车遭遇的状况。其遥控有效距离较远，可划 分为两类，一类为1 0 0 米左右，另一类为4 0 0 5 0 0 米，反馈信息距离为1 0 0 0 米。 优点：在很远的距离便可以知道汽车的状态，能够自动断电。 缺点：价格高，不容易安装，由于技术上的复杂性，容易误使用，误 报率大，电子密码容易破解，防盗效果差，耗电大。 第三代蒴盗装置是芯片式数码防盗器，它是现在汽车防盗器发展的重点， 大多数轿车均采用这种防盗方式作为原配防盗器。 芯片式数码防盗器基本原理是锁住汽车的马达、电路和油路，在没有芯片 钥匙的情况下无法启动车辆，而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开锁 目前进口的很多高档车、国产的大众、广州本田、派力奥等车型已装有原厂的 芯片防盗系统。 目前芯片式防盗已经发展到第四代，最新面世的电子防盗芯片具有诊断功 能，能够授权备用钥匙数目，授权者能够得到防盗系统的历史信息。第四代还 具有其他先进之处：它独特的射频识别技术限f i d ) 可以保证系统在任何情况下 都能正确识别驾驶者，在驾驶者接近或远离车辆时可自动识别其身份自动打开 或关闭车锁 优点：重码率低，密码不易破解 缺点：防盗装置由汽车厂原配，损坏或丢失密匙只能返厂，维护不方便。 第四代防盗装置以g p s 卫星定位防盗系统为代表，属网络式电子防盗器， 它主要靠锁定点火装置达到防盗的目的，同时还可通过g p s 卫星定位系统，将 报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。 2 系统接受全球定位卫星发出的定位信息，计算出移动目标的经度、纬度、 速度、方向，并利用g s m 网络的短信息平台作为通信媒介来实现定位信息的传 输，网络防盗主要是突破了距离的限制 优点；功能全，实时性强，远程监控 缺点：存在信号死角，易受到破坏，价格昂贵，每月要服务费用。 参考价格：4 0 0 0 5 0 0 0 元，使用g p s 还有5 0 1 0 0 元的月使用费用第四代 防盗器国外已经采用了蓝牙技术了，这种技术的优点在于非接触式，可以直接 放在钥匙里，目前只在最新款的奔驰车上才被应用，国内还未引进生产。 1 2 2 汽车防盗器的发展趋势 总而言之，目前市场上的汽车防盗器种类繁多，但是从发展趋势来看，机 械式防盗器由于功能较少、外形不美观，使用不方便等缺点已经开始淡出市场， 电子式防盗系统由于功能较多、使用方便、价格适中等优点成为目前应用最广 泛的汽车防盗系统，据统计，在汽车防盗器销售份额上电子式防盗器占销售的 8 8 的份额，其中双向可视电子防盗器为4 4 ，单向电子防盗器为4 0 但是汽 车防盗的发展方向还是向自动化和智能化程度更高、技术更先进的芯片式和网 络式防盗器发展。 图1 2 市场主要防盗器类型比例 由于网络式汽车防盗技术还不太成熟，目前网络防盗器还不是市场主流， 但正是因为不成熟，才为它的研究、发展、完善提供了空间。随着现在通信技 术和网络技术的快速发展，相信网络防盗技术会不断完善成熟，网络防盗器的 功能、质量都会得到提高，价格也会有所下降，市场前景看好。 1 3 本论文研究的内容和任务 论文重点从工程应用的角度来实现一个基于l i n 总线和g s m g p r s 移动 通信网络汽车防盗系统，综合利用了中国移动通讯的s m s 短消息、m m s 彩信 数据传输和无线连接i n t e r n e t 业务。课题主要包括以下几个基本研究内容： ( 1 ) 构建汽车防盗系统选择l i n 总线通信和中国移动通信的g s m g p r s 网络搭建远程监控系统，采用短消息和彩信相结合的方法，实现车载移动终端 的远程操作。 ( 2 ) 设计并实现基于双c p u 和g p r s 模块的移动终端硬件系统。移动终端 嵌入车身控制网络中，是汽车和车主之间建立远程通信的桥梁，主要由两大部 分组成，一个l i n 防盗主节点和七个l i n 字节点。其中，主节点包括：控制单 元、g p r s 模块、图像采集及图像压缩模块；子节点包括：控制单元、驱动模 块、开关，传感器 ( 3 ) 编写移动终端软件，主要实现以下功能：当子节点的开关，传感器器触 发时，发送中文报警短消息或彩信到指定手机；接收车主的回控短消息并执行 相关熄火操作；基于d s p 的图像采集和j p e g 图像压缩 4 第二章汽车防盗系统总体方案设计 汽车防盗系统搭建在汽车l i n 总线和移动通信网络上，实现了报警可靠准 确和不受地理位置以及气候条件影响的远程控制，只要有移动通信网络覆盖的 地方即可实现通信。从系统通信的角度考虑，系统可以分成以两大部分：一部 分是l i n 网络主节点和子节点的通信：另一部分是移动终端和车主的无线通信。 在本章内容中，将从整体上介绍系统的框架和远程控制方法 2 1 系统总体架构 考虑到系统使用对象的不同，汽车防盗系统有两种不同的架构可供选择。 当使用者为个人用户的时，系统主要由手机、g s m g p r s 网络、移动终端三部 分组成，这样有使用方便费用低廉的优点；使用对象为集体用户时，如：汽车 出租公司和客运公司时，系统由计算机、手机、g s m ，g p r s 网络、移动终端四 部分组成，这样便于用户对汽车集中监控和集中管理，提高管理效率。图2 。1 为 系统体系结构 移动终蠼 手机 计算机 图2 1 汽车防盗系统体系结构 当个人用户使用系统时，车主手机是整个系统的远程遥控器，移动终端的 s i m 卡号是车主进行远程遥控时拨打的电话号码。利用g s m g p r s 网络作为通 信媒介可以对移动终端迸行设防、解防、切断油路，同时接收移动终端发送的 报警短信、彩信。集体用户使用时，系统除了具备手机远程控制外，还可以利 用计算机进行远程控制，将计算机连接到i n t c m c t 上，通过一个基于s o c k e t 的 面向t c p i p 连接的网络程序与g p r s 模块建立连接，实现用户与汽车之间的 双向信息交流。 在两种系统架构中，中国移动通信的g s m g p r s 网络都是系统的通信媒 介，通过它进行短消息、彩信的接收和i n t e r a c t 网络连接。移动终端是一个基 5 审曼 于l i n 总线的网络嵌入在汽车车身控制网络中，是整个系统的核心，它由一个 主节点和七个从节点组成，主节点由控制单元、g p r s 模块、图像采集模块及 图像压缩模块组成。其中，图像采集和压缩模块采集压缩现场照片：g p r s 模 块用来与g s m g p r s 网络通信，通过它接收和发送短信和彩信、传送移动终端 的数据信息；控制模块是移动终端的核心，协调各模块的工作和通信。 2 2 系统方案设计 2 2 1 汽车总线的选择 2 2 1 1 汽车总线简介 随着汽车电子技术的不断发展，汽车上各种龟控单元的数目不断增加，提高 电控单元间通信可靠性和降低导线成本成为汽车总线技术发展和应用动力所 在，包括c a n 、l i n 、f l c x r c y 、m o s t 、i d b l 3 9 4 等已成为现代汽车网络总线 的关键技术。美国汽车工程师协会( s a e ) 将汽车网络按照速率划分为a 、b 、 c 、d 、e 五类汽车电控单元之间的通信可根据通讯带宽和通信速度的要求选 择不同的通信网络。其中，a 类网为面向执行器、传感器的低速网络，l i n , t t p a 为其主流协议；b 类网为面向数据共享的中速网络，其主流协议将是c a n ( i s 0 1 1 8 9 8 - 3 ) ，s a ej 1 8 5 0 , v a n 等协议；c 类网为面向实时控制的高速网络，其主流 协议为高速c a n ( i s 0 1 1 8 9 8 - 2 ) ，r r p l ”，c ( t i m e - t r i g g e r e dp r o t o c 0 1 ) ，f l e xr a y 等协 议；d 类网主要面向多媒体、导航系统等。目前该类网络的主流协议 为：d 2 b ( d o m e s t i cd i s t a lb 曲、m o s t ( m e d i ao r i e n t e ds y g t e m st r a n s p o r t ) ；e 类 网是面向乘员安全系统的网络，主要应用于车辆被动安全性领域，该类网络的 协议有b y t e f l i g h t t l o l 等。具体如表2 1 所示 车门和座位的控制属于车身控制一部分，由于传输的数据量少且对实时性 要求不高，属于a 类的l i n 成为该应用场合的主流。 表2 1s a e 的汽车网络分类 网络分类传输速率应用场合 a 低速 i m t w s应用于更严格的实时控制场合及多媒体控制 e 高速， 5 m b p s应用于车辆被动安全性领域，例如乘员的安全系统 2 2 1 2l i n 总线介绍 ( 1 ) l i n 协议 l i n ( l o c a li n t e r c o n n e c tn e t w o r k ) 是一种低成本的串行通讯网络，用于实现 汽车中的分布式电子系统控制l i n 的目标是为现有汽车网络提供一种低速总 线技术标准，它能满足c a n 总线所不要求的带宽和功能，比如传感器和执行器 6 的通信，使用l i n 总线可大大节省成本在使用l i n 总线的网络中，电控单元 的集成是将汽车上分布的智能e c u 连成一个局部网络，如将门上的电动窗、集 控门锁、电动后视镜连成一个局部网络，然后再通过网关将这个网络挂接到车 辆的主体网络中去，l i n 总线和c a n 总线可以通过网关来完成信息交换 l i n 技术规范中，除定义了基本协议和物理层外，还定义了开发工具和应 用软件接口。因此，从硬件、软件以及电磁兼容性方面来看，l i n 保证了网络 节点的互换性这极大地提高了开发速度，同时保证了网络的可靠性l i n 采 用低成本的单线连接，传输速度最高可达2 0 k b s ，对于低端的大多数应用对象 来说，这个速度是可以接受的l i n 通讯是基于s c i ( u a r t ) 数据格式，它的媒 体访问采用单主控制器，多从设备的模式，不需要进行仲裁，同时在从节点中不 需要晶体振荡器而能进行自同步，这极大地降低了硬件平台的成本。 ( 2 ) l i n 的主要特点 单主多从，配置灵活的网络结构l i n 网络的拓扑结构为总线型，网络中只 有一个主节点，其余均为从节点主节点控制整个网络的通信，网络中不存 在冲突，不需要仲裁。整个网络的配置信息只保护在主节点中，从节点可以 自由的接入或脱离网络而不会对网络中的其他节点产生任何影响。网络中的 节点数不仅受标识符场长度的限制，而且还受总线物理特性的限制。实际应 用中l i n 网络中挂接的节点数不高于1 2 个 单线传输，速率最高达2 0 k b p sl i n 单线传输最大距离不超过4 0 m ，最大波 特率受e m i 的限制最高达2 0 k b i t s ，受网络传输的超时限制，最小为l k b i t s 。 这一速度能满足多数智能传感器和执行器的通信要求。在实际应用中推荐按 表2 2 来选择波特率。 表2 2 l i n 波特率 慢速中速高速 l2 4 0 0 比特秒9 6 0 0 比特秒 1 9 2 0 0 比特秒 可保证的信号传输最大延迟，通讯时不会产生冲突，无需仲裁，因此网络的 最大传输延时能通过计算准确得出，从而为可靠通讯提供保障 从节点的时钟同步不需要内部石英或陶瓷振荡器，由于通讯速率不是很高， 网络中从节点可以利用主节点发出的同步场进行同步而不需要从节点内的 石英或陶瓷振荡器 低成本的硬件接口，低成本及使用最为普遍的硬件接口是l i n 最初开发的 主要目标之一l i n 的物理层采用普遍的s c f u a k t 标准硬件接口，并通过 总线收发器连接至l i n 网络。由于大多数单片机中都含有s c i 接口，因此 网络中的从节点可以由廉价的单片机来开发，这样就降低了整个网络的成 本。 可变长度的信息帧，l i n 信息帧中的数据场长度可变，可以选择为2 、4 、8 7 个字节 故障检测，l i n 网络中的节点具有区分短暂干扰和永久故障的能力 睡眠和唤醒，网络空闲时主节点发出睡眠命令使整个网络进入睡眠。睡眠命 令只能由主节点发出，网络中任何的一个节点都可以发出唤醒信号来唤醒整 个网络。 ( 3 ) l i n 的通讯机制及帧结构 l i n 网络中每个节点都含有一个称为s l a v et a s k 的模块，s l a v et a s k 又分为发 送和接收两个任务模块，此外主节点中还包含一个m a s t e rt a s k 模块，如图2 2 所示 图2 2 l i n 通讯机制 l i n 网络中的所有通讯都是由i n a b - t 舡t a s k 来发起的。m a s t e r t a s k 发出帧头来 启动网络中的通信，帧头包括3 部分：同步间隔场、同步场和信息标识符场。所 有节点的s l a v et a s 妪包括主节点) 都接收响应，而由用户程序最终决定信息是否 有用。针对每一个标识符只有一个节点发出响应。信息标识符标识信息的内容 而不是目的地址，这一特点使得网络中的数据交换能以多种方式进行：主节点既 可以与每一个节点进行单独地通信( 上载和下载数据) ，也可以进行网络广播，从 节点与从节点间的通信可直接进行，而不需要通过主节点进行数据交换。主节 点执行主控发送任务，主控任务能决定什么时候、哪一个帧将在总线上传输。 主任务发送的帧由一个报头和不同从任务的一个响应消息构成。图2 3 所示为由 不同从任务响应的主任务报头当一个消息帧发送时，在接收和过滤标识符后， 仅有一个从器件得到激活 m a s t e r t a s k 一一 s l a v e t a s k l 一一 s l a v e t a s k 2 一 图2 3 主节点和从节点的工作过程 图2 4 所示所示为一个消息帧的结构。帧的消息头包括一个同步间隔场 ( s y n c hb r e a kf i e l d ) 、一个同步场( s y n c hf i e l d ) 、和一个标识符场。其中，同步 场由5 个下降沿构成；标识符场为一个字节，其中o 3 位为信息类别标识，4 5 位为信息长度标识，6 7 位为奇偶校验。消息帧的响应则由3 个到9 个字节 8 场组成：2 、4 或8 字节的数据场p a t af i e l d ) 和一个校验和场 c h e c k s u mf i e l d ) 。字 节场由字节间空间分隔，消息帧的消息头和响应是由每一个帧内响应空间分隔。 分隔的大小没有具体规定，但要符合信息帧的最大长度要求。最小的字节间空 间和帧内响应空间是0 图2 4 l i n 消息结构 ( 4 ) l i n 的错误管理与异常操作 l i n 网络中传递的帧若出现错误，则被抛弃，因为l i n 协议没有重发机制， 故出现错误帧后所采取的措施由用户在应用层中设置，但每一个检测到错误的 节点对错误进行标记，以备外部诊断。l i n 协议中有六种错误类型。 位错误，一个节点在数据发送到总线的同时监控总线，若发现总线的电平与 发出的不同则产生位错误。 校验和错误，按照校验规则，若接收到的数据场中的所有字节的带进位加法 和与校验和场相加所得的数据不是0 x f f ，则产生校验和错误。 标识符奇偶校验错误，采用奇偶校验时，若收到的标识符场中的l 的个数 不为奇或偶数，则产生标识符奇偶校验错误 s l a v et a s k 响应错误，s l a v et a s k 接收到帧头后在规定的帧传输所需的最大时 间内没有完成响应帧的传输时产生s l a v e t a s k 响应错误。 同步错误，如果s l a v et a s k 在规定的同步时间误差容限内没有检测到同步场 会产生同步错误 总线空闲错误，若接收到有效信息帧后，在规定时间内没有有效的同步场出 现，则会产生总线空闲错误在所有这些错误中，主节点的m a s t e rt a s k 在 发送数据时会检测位错误和标识符奇偶校验错误，主节点的s l a v et a s k 在接 收时检测s l a v et a s k 响应错误及校验位错误；从节点中的s l a v et a s k 在发送时 检测位错误，在接收时检测标识符奇偶错误、校验和错误、s l a v et a s k 响应 错误。 2 2 2 g s m 和g p r s 选择 2 2 2 1 短消息业务的特点及存在的问题 g s m ( g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n ) 作为欧洲一个数字蜂窝移动 9 通信标准于1 9 9 1 年正式在欧洲面世。由于其公开的规范标准和诸多优点，很快 就在全世界范围内的到了广泛的应用，实现了世界范围内移动用户的联网漫游 短消息业务可以认为是g s m 系统中最为简单和方便的数据通信方式，其 根本用途是实现移动用户之间的信息传递，也可以通过短消息中心查询或者定 制信息 ( 1 ) 短消息业务特点 经济性成本低廉，无需租用专用信道，而且手续非常简单。目前，每 发一条短信仅需o 1 元，如果短消息数量较多，还可申请移动公司推出的各种 套餐或者包月服务，可进一步降低系统运行成本。 可存储性短消息可长时间保存在移动终端或者在短消息中心，不会随 着通信的结束而消亡 独立性系统认为不同的短消息彼此独立，一条信息的传输就构成一次 通信，仅与用户和短消息中心有关，而与其他g s m 基础设施无关。 简单性短消息的发送和接收非常简单，无需建立连接，通过简单标准 a t 指令即可完成，可大大减小开发工作量，加快开发进程。 囝可靠性短消息发送只占用移动网络的信令通道，即使移动台已处于完 全电路通信情况下仍可进行短消息传输。而且，在移动终端关机或者信道发生 堵塞的状态下，短消息可暂时存储在短消息中心，不易发生丢失现象。当终端 重新上电或者信道恢复畅通后，短消息中心将自动重发短消息 数据承载能力一条短消息最多可收发1 6 0 个a s c 字符或者7 0 个 汉字，非常适合用于数据量不是很大的间歇性数据通讯中。 ( 2 ) 短消息业务的问题 短消息是利用g s m 网络的控制信道而不是语音信道进行数据的传递，用 户发出的短消息首先被发送到短信息中心服务器中，然后短信中心服务器对所 收到的短消息进行排队处理，按顺序再发送给相应的接收用户终端，如果接收 用户关机或超出服务区不能正常通信时，则该条短消息进行一定的延时后重新 发送，这样有可能会造成后发的短消息先到的情况此外消息中心服务器为每 一个用户开设的缓存区一般为有限，约1 5 2 5 条，当接收缓存区存满而接收用 户还不能正常通信时，将不再接收新的短消息，即发生短消息拥塞，造成短消 息丢失另外，短消息在消息中心服务器中保留的时间也有一定的期限，一般 为一天左右为了保证用户手机与移动终端的数据交换，一定要使接收机可靠 的与网络处于通信状态。g s m 模块所接收的短消息被保存在s i m 卡，普通s i m 卡一般能存储2 5 条短消息，因此，在使用过程当中应及时删除己处理过的短 消息，以免造成短消息的丢失。短消息格式简单，只支持简单文本，无法传输 图像或音频信息 1 0 2 2 2 2g p r s 的特点、优势及存在的问题 g p r s 是通用分组无线业务( g e n i t a lp a c k c t r a d i os e r v i c e ) 的英文简称，是在 现有g s m 系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为g s m 用户提供分组 形式的数据业务。但是由于g p r s 通道的传输速率受限，而原始图像又含有较 大的信息量，因而有必要进行图像压缩，去除冗余信息，然后再进行传输。 ( 1 ) g p r s 的主要特点 g p r s 采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对 网络资源和无线资源的利用。 定义了新的g p r s 无线信道，且分配方式十分灵活：每个t d m a 帧 可分配1 到8 个无线接口时隙。时隙能为活动用户所共享，且向上链路和向下 链路的分配是独立的。 支持中、高速率数据传输，可提供9 0 5 1 7 1 2 1 k b p s 的数据传输速率。 g p r s 网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接 g p r s 可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级的计费功能， 计费方式更加合理，用户使用更加方便。 g p r s 的核心网络层采用m 技术，底层可使用多种传输技术，很方便 地实现与高速发展的p 网无缝连接。 ( 2 ) g p r s 的技术优势 资源利用率高g p k s 引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路 交换模式的g s m 传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情 况下显得尤为重要。按电路交换模式来说，在整个连接期内，用户无论是否传 送数据都将独自占有无线信道。而对于分组交换模式，用户只有在发送或接收 数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而 提高了资源的利用率。g p r s 用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了 “到多少、支付多少”原则实际上，g p r s 用户的连接时间可能长达数小时， 却只需支付相对低廉的连接费用。 传输速率高g p r s 可提供高达1 7 1 2 k b p s 的传输速率。这意味着通过 便携式电脑，g p r s 用户能和i s d n 用户一样快速地上网浏览，同时也使一些 对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。 接入时间短分组交换接入时间少于1 秒，能提供快速即时的连接，可 大幅度提高一些事务( 如信用卡核对、远程监控等) 的效率，并可使已有的i n t e r a c t 应用( 如e - m a i l 、网页浏览等) 操作更加便捷、流畅。 支持口协议和x 2 5 协议：g p r s 支持因特网上应用最广泛的m 协 议和x 2 5 协议。而且由于g s m 网络覆盖面广，使得g p r s 能提供i n t c r n c t 和其它分组网络的全球性无线接入。 ( 3 ) g p r s 存在的问题 实际速率比理论值低g p r s 数据传输速率要达到理论上的最大值 1 7 2 2 k b p s ，就必须只有一个用户占用所有的8 个时隙，并且没有任何防错保护。 运营商将所有的8 个时隙都给一个用户使用显然是不太可能的另外，最初的 g p r s 终端预计可能仅支持1 个、2 个或3 个时隙，一个g p r s 用户的带宽 因此将会受到严重的限制。所以，理论上的g p r s 最大速率将会受到网络和终 端现实条件的制约。 终端不支持无线终止功能目前还没有任何一家主要手机制造厂家宣称 其g p r s 终端支持无线终止接收来电的功能，这将是对g p r s 市场是否可以 成功地从其他非语音服务市场抢夺用户的核心问题。启用g p r s 服务时，用户 将根据服务内容的流量支付费用，g p r s 终端会装载w a p 浏览器。但是，未 经授权的内容也会发送给终端用户，用户要为这些垃圾内容付费。 o 存在转接时延g p r s 分组通过不同的方向发送数据，最终达到相同的 目的地，那么数据在通过无线链路传输的过程中就可能发生一个或几个分组丢 失或出错的情况 2 2 2 3 短消息与g p r s 业务的结合 短消息业务和g p r s 业务两者采用完全不同的传输方式和机制，具有不同 的性能特点和优缺点，根据汽车防盗系统的应用特点，采用短消息与g p r s 业 务结合的方法，实现远程监控。 ( 1 ) 采用s m s 短消息发送报警信息和系统设置由于短消息方式简单、经 济、方便，因此采用短消息远程更改防盗系统的设置，如设防、解防和切断油 路。另外，由于短消息传输可靠性很高，即使手机关机，也能在开机后收到短 消息，因此采用短消息发送报警信息，以确保报警信息的安全送达。 ( 2 ) 采用g p r s 网络传输现场拍摄的图像数据( 彩信) ，以及计算机远程监 控汽车，由于g p r s 网络传输速度快，适宜传输对实时性要求高的大数据量的 信息。 ( 3 ) 采用s m s 短消息发送网络礤地址在汽车防盗系统中，采用的是点对 点的短消息业务。短消息的传送是以从移动公司申请的用户鉴别号来标识并完 成的，而这个鉴别号一旦申请是不会变化的。而g p r s 业务则是通过移动终端 拨号与g p r s 网络建立连接，由g p r s 网络服务器分配移动局域网内部动态 p ，以疋地址为标识进行通讯的，而这个d 地址每次拨号后是变化的。由于 g p r s 的数据传输是通过i n t e r a c t 传送的，需要逶过口地址建立连接，即在 数据传输之前，通信双方必须要知道对方的i l i 地址。但是远端计算机无法通 过口地址找到g p r s 终端，只能由g p r s 终端主动连接公网因此，远端计 算机必须具有独立公网m 地址。远端计算机网络程序查得该计算机的公网p 地址，用户通过手机把该公网p 地址以短信息的形式发送给移动终端的 1 2 g r 4 7 ，移动终端根据g r 4 7 接收到的短消息提取p 地址用于建立t c p i p 连 接时使用。同时通过接收g r 4 7 发送的数据，运端计算机也可以获得该移动终 端的口地址信息，从而建立数据传输通道 第三章d s p 原理及其图像压缩的实现 3 1 压缩方法的选择 移动终端采集的图像信息需要通过g p r s 网络以彩信的形式传送给车主手 机或计算机彩信对于图像信息格式有一定的要求，目前，彩信支持标准为 j p e g 、g i f 8 7 a 、g i f 8 9 及w b m p 格式的图片因此，需要对现场采集的图像 信息进行压缩处理，图像压缩可以采用两种方式：软压缩、硬压缩。软压缩一 般采用通用d s p 芯片自主开发压缩程序，具有灵活性高、软件资源丰富、可以 编制不同的压缩格式的优点，但是由于图像压缩编码较为繁琐，需要较深的图 像、数学、编程基础，开发周期长；硬压缩一般采用专用的d s p 芯片，由于其 内部已经固化了压缩程序，具有实时性好、可靠性高和使用方便的优点，但压 缩格式单一，灵活性差 由于本系统处于研制初期，需要对原始图像信息采用多种不同形式压缩处 理做比较以确定最佳方案，所以，现阶段系统采用的是基于数字信号处理器s p ) v c 5 4 0 9 的软压缩方案。 3 2 数字信号处理器s p )