（检测技术与自动化装置专业论文）基于sms的远程控制系统在汽车防盗中的应用.pdf

基于s m s 的远程控制系统在汽车防盗中的应用 摘要 汽车防盗技术是一门伴随着汽车工业发展而不断进步和完善的系统工程技 术。它既与汽车环境、汽车机械和汽车电子紧密相连，同时又有自身独特的技 术背景。现有的汽车防盗技术都存在一定的缺点，主要表现在两个方面：一是 报警距离短；二是报警以后对被盗车辆缺乏有效控制。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。 本文首先介绍了基于s m s ( 短信) 的远程控制系统的总体方案设计，选择 了s m s m m s 、c a n 总线和汽车a m t 技术相结合的方法构建本系统，设计了 基于s m s 远程控制系统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 工作电路、图像采集模块接 口电路、g p r s g s m 模块接口电路、c a n 总线接口电路和电源转换。并详细叙 述了c a n 总线的通信原理，s m s m m s 的原理和实现方法。 最后，本文介绍了与系统相结合的汽车a m t 系统的原理和相关硬件电路 的实现，包括控制变速箱和油门的步进电机驱动电路、控制离合器的直流电机 驱动电路。并且进行了系统软件设计：当汽车出现异常时，移动终端通过短信 通知车主。车主可以通过手机发送短信来控制终端采集图片或控制汽车a m t 系统实现汽车减速，从而实现远程控制。 关键词：汽车防盗，s m s m m s ，c a n 总线，a m t ，远程控制 t h ea p p l i c a t i o no fl o n g d i s t a n c ec o n t r o ls y s t e mb a s e do ns m s i na u t o g u a r d a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fa u t o g u a r di sac o n t i n u o u sp r o g r e s s i v et e c h n o l o g yo f s y s t e m se n g i n e e r i n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v ei n d u s t r y i ti sf i r m l y c o n t a c t e dw i t ha u t oe n v i r o n m e n t ，m a c h i n ea n de l e c t r o n ，a tt h es a m et i m e ，i th a si t s o w ns p e c i a lt e c h n o l o g yf i e l d t h e r ea r em a n yd i s a d v a n t a g e si nc u r r e n ta u t o - g u a r d t e c h n o l o g y ，s u c ha si t sa l a r md i s t a n c ei ss h o r ta n dh a sn oe f f e c t i v ec o n t r o lf o rl o s t a u t o s t h e p r e s e n tm i c r o e l e c t r o n i c ， a u t o m o t i v eb u s a n dw i r e l e s sm o b i l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sp r o v i d e da l r e a d ya d v a n c e di d e a sa n dn e wm e t h o d sf o r u s t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h eo v e r a l ld e s i g no fl o n g - d i s t a n c ec o n t r o ls y s t e mb a s e d o ns m s i ti n c l u d e dt h et e c h n o l o g i e so fs m s m m s ，c a nb u sa n da m t t h e h a r d w a r es t r u c t u r ei sd e s i g n e db a s e do nt h et e r m i n a lo fs m sl o n g d i s t a n c ec o n t r o l s y s t e m i ti n t r o d u c e dt h ed e s i g nm e t h o do fh a r d w a r ea n dc o r r e l a t i v ed e t a i l so fc h i p s e l e c t i o n ，d s pc i r c u i t ，i n t e r f a c ec i r c u i to fi m a g ec o l l e c tm o d u l e ，g p r s g s m m o d u l ec i r c u i t c a nb u sc i r c u i ta n dt h es u p p l i e dp o w e r i ta l s of u l l yn a r r a t e dt h e t h e o r yo fc a n b u sc o m m u n i c a t i o na n ds m s m m s i ta l s oi n t r o d u c e dt h ea u t oa m ts y s t e ma n di t sr e l a t e dh a r d w a r ec i r u i t s ， i n c l u d i n gd r i v ec i r c u i to fs t e p p i n gm o t o rw h i c hc o n t r o lt r a n s m i s s i o na n dt h r o t t l e ， a n dc i r c u i to fd cm o t o rw h i c hc o n t r o lc l u t c h t h es o f t e w a r ew a sd e s i g n e d ：t h et e r m i n a l c o u l di n f o r mu s e rw i t hs m sw h e ns o m eu n e x p e c t e dt h i n g sh a p p e n e d u s e ra l s oc o n t r o l t e r m i n a lt oc o l l e c ti m a g eo rc o n t r o la m tt os l o wt h ea u t o t h u sa c h i e v e i n gl o n g d i s t a n c e c o n t r o lt oa u t o k e y w o r d s ：a u t o g u a r d ，s m s m m s ，c a nb u s ，a m t , l o n g d i s t a n c ec o n t r o l 插图清单 图1 1 市场主要防盗器类型比例一3 图2 1 系统整体组成框图一4 图2 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 功能模块图一5 图2 3 上电复位电路图6 图2 4 时钟电路6 图2 5d s p 外括s r a m 连接图7 图2 6o v 7 6 6 0 结构框图9 图2 7m v 3 0 18 的功能框图9 图2 8m v 3 0 18 与o v 7 6 6 0 连接图1 0 图2 9g r 4 7 模块框图1 2 图2 1 0g r 4 7 硬件连接图1 3 图2 1 lp c a 8 2 c 2 5 0 引脚图及功能描述1 4 图2 1 2c a n 节点接口图15 图3 1c a n 总线物理层功能和对应的节点构成1 9 图3 2 数据帧构成2 0 图3 3 仲裁场组成2 1 图3 4 控制场组成2 2 图3 5c r c 场结构2 2 图3 6 应答场结构2 3 图3 7 远程帧组成2 3 图3 8 出错帧组成2 4 图3 9 超载帧组成2 4 图3 1 0 非“错误认可”帧间空间一2 5 图3 1 1 “错误认可”帧问空间2 5 图4 1p d u 结构图2 7 图4 2m m s 发送消息流程：3 0 图4 3m m 数据报结构31 图5 1 a m t 系统结构图3 6 图5 2m c 9 s 1 2 c 3 2 单片机内部结构框图3 8 图5 3 变速箱步进电机驱动电路3 9 图5 4 离合器直流电机驱动电路4 0 图6 1 汽车防盗系统的工作流程4 l 图6 2 汽车控制系统流程图4 2 图6 3 配置位定时器流程图4 3 图6 4 邮箱初始化流程图4 4 图6 5 信息发送流程图4 5 图6 6c a n 终端接收数据流程图4 6 图6 7m v 3 0 18 工作流程图4 7 图6 8 短消息收发子程序流程图4 9 图6 9 彩信的实现和发送流程5 0 图6 10 变速箱换档控制流程图一51 表格清单 表2 1 四种电源设计方案比较表16 表3 1o s i 开放系统互连模型1 8 表3 2 数据长度码中数据字节数目编码2 2 表4 1 文件头字节分析2 8 表4 2 有效期编码2 8 表4 3s m s 与m m s 的比较2 9 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志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些态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。 学位论文作者签字：需尊 签字日期： 讶年岁月乙日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、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，允许论文被查阅或借阅。本人授权盒蟹至些太 堂可以将学位论文的全部或部分论文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) 学位论文作者签名： 哮蚕 签字目期：叼年岁思f 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翮虢眄糌 签字日期：田钙月纠日 电话：，；? z 3 ia 二。，6 邮编： 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、课题研究无不是在陈老师的精心指导下完成。陈老师严谨的治学态度， 勤勉的工作作风，敏锐的学术洞察力和高度的责任心给我留下了深刻的印象， 为我今后的工作和生活树立了榜样，使我终身受益。在本人研究生阶段的学习 过程中，陈老师为我提供了良好的学习和实验条件，本人所取得的每项研究成 果都和陈老师的淳淳教导息息相关。在此，向辛勤培育我的导师致以由衷的感 谢和崇高的敬意。 感谢实验室朝夕相处的同学：陈晓旺、彭瑾、任启明，大家在一起积极讨 论课题研究的情况，并在学习和生活上互相帮助，度过了令人难忘的美好时光； 同时感谢师兄翁东波，贾承勇在我读研究生期间在学习上给予的热情帮助。 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：曹军 2 0 0 8 年3 月 第一章概述 1 1 课题研究的背景与意义 从发达国家的经验以及我国所处的发展阶段来看，未来我国汽车产业的良 好前景是不容置疑的。近年来我国汽车市场每年平均以2 5 的速度增长，我国 汽车消费已占全球消费的7 5 。2 0 0 7 年我国汽车市场需求量预计超过8 0 0 万 辆，比2 0 0 6 年增长l8 ，而产量则超过9 0 0 万两，比2 0 0 6 年增长2 0 以上。 汽车产业的快速发展同时也促进了与汽车产业相关产品的市场的快速发展，汽 车防盗器市场正是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。 虽然汽车防盗器市场潜力很大，通过本人调查分析可知：现有的防盗产品 都有着一些缺点，如：防盗效果差、安装不方便、声光污染大、维护不便和价 格昂贵等。并且这类防盗产品的报警功能都是基于单纯的“防盗 要求，主要 表现在两个方面：一是报警距离短，要求车主和车的距离必须在一定的范围内； 二是报警以后对被盗车辆缺乏有效的控制，功能稍微强劲的也仅仅是通过切断 油路来阻止汽车被盗。如果汽车正行驶在高速公路或者车辆拥挤的城市街道上， 这种操作就会带来很大的安全隐患。但是随着科技的发展，汽车防盗的发展方 向是智能程度更高的芯片式和网络式方面发展。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完善汽车防盗技术上提供了新思路和新手 段。 在现有的汽车防盗技术中融入新的技术，结合g s m g p r s 无线传输技术的 前期投入少、传输距离远、传输速度快和永远在线的优点，构成基于s m s 远程 控制的新型防盗系统，必将成为汽车安全行驶和远程监控的主要手段。运用现 有的车载网络可以使车主随时随地获取当前的汽车行驶状态，一旦汽车被盗， 车主能够及时知晓；同时通过安装在车内的微型摄像头，运用彩信技术和汽车 本身的a m t 技术，结合g s m g p r s 无线传输技术即可远距离获得当前驾驶员 状态，也可对汽车实现远距离控制。该系统在与传统的车辆防盗装置相比时具 有报警实时、现场画面可视、车身状况可知、远程互动及费用低廉等优点，而 且目前关于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状况 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阻灭矢：利l 概突、吧于瓦、心片瓦利网 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。但是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。具体方式有：车的开关门、震动或非法开启车门报警等， 遇到异动时会报警，但是都是单向控制。这种方式优点是：价格便宜，安装简 易，能自动断电。缺点是：质量不稳定，抗干扰度较差，易受到高频率干扰而 接收不到信号。 第二代防盗产品是双向可视防盗器，其最早在韩国出现。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，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10 0 米左右，另一类为4 0 05 0 0 米左右。反馈信息 距离为10 0 0 米。这种方式的优点是：在很远的距离便可知道汽车的状态，能够 自动断电。缺点是：价格较高，不容易安装，而且由于技术上的复杂性，容易 误使用，误报率大，防盗效果差，耗电大。 第三代防盗装置是芯片式数码防盗器，它是现代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。目前进口的高档车，国产的大众、 广州本田、派力奥等车型己装有原厂的芯片防盗系统。 目前芯片式防盗系统发展较为迅速，最新面世的电子防盗芯片具有诊断功 能，能够授权备用钥匙的数目，授权者能够得到防盗系统的历史信息。另外其 独特的射频识别技术( r 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或自动打开、关闭车锁。这种防 盗系统的优点是：重码率低，密码不易破解。缺点是：防盗装置由汽车原厂配， 损坏或丢失密码钥匙只能反厂，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，属于网络式电子防盗器， 它主要靠锁定点火装置达到防盗目的，同时还可以通过g p s 卫星定位系统，将 报警信息和报警车辆所在的位置无声地传送到报警中心。这种防盗系统地优点 是：功能全，实时性强，可以远程监控。缺点是：存在信号死角，易受到破坏， 价格昂贵，每月都要服务费用，市场地参考价格在4 0 0 0 元到5 0 0 0 元之间，使 用g p s 还需5 0 到10 0 元地月使用费。另外，目前第四代防盗器已经采用蓝牙 技术了，这种技术地优点在于非接触式，可以直接放在钥匙里，但是目前只在 最新款地奔驰车上才被应用，国内目前还未引进生产。 1 2 2 汽车防盗器的发展趋势 总而言之，目自，j 市场上地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总销售 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 。 一一一一一 7、。 ，_ ! ，_ 。( ，j ) ：之1 r 。7 ，7，属誊蠢拳、一1 蛰，u 二i、 图1 1 市场主要防盗器类型比例 随着汽车技术的发展，汽车防盗器的发展方向正在向着自动化和智能化程 度更高、技术更先进的芯片式和网络式防盗器发展。但是由于网络式汽车防盗 技术还不太成熟，目前该型的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，相信网络防盗技术也会不断完善成熟，市场前景广阔。 1 3 本论文研究的内容和任务 论文重点是从工程应用的角度，结合前面师兄研究的技术，实现一个基于 c a n 总线和g s m g p r s 移动通信网络的可远程控制的汽车防盗系统。综合利 用了中国移动通信的s m s 短消息、m m s 彩信数据传输技术和汽车a m t 技术， 从而实现车主通过手机远距离对汽车进行控制。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c a n l i n 总线和中国移动通信的g s m g p r s 网络搭建远程控制系统。采用短消息和彩信相结合的方法实现车载防盗系统的 远程操作。 ( 2 ) s m s 和m m s 的产生、发送和接收。通过传感器和图像采集模块将采集 到的图片转换成m m s 的数掘格式，然后通过g s m g p r s 网络和车主手机进行 互通。 ( 3 ) 汽车a m t 控制汽车减速。汽车a m t 模块控制器收到车主发送的控制 命令来对汽车进行减速控制。 第二章汽车防盗系统的方案设计 基于s m s 远程控制的汽车防盗系统是搭建在汽车c a n l i n 总线和中国移 动通信网络基础上的，并且该汽车要具有自动变速系统。该防盗系统报警可靠， 并且不受地理位置以及气候条件的影响。只要有移动通信网络覆盖的地方即可 实现通信。从系统功能上考虑，系统可以分成两大部分：一部分是汽车防盗系 统，主要功能是实现汽车状态的监控和s m s m m s 的实现和收发。另一部分是 汽车控制系统，主要功能是通过a m t 实现汽车减速。在本章的内容中，将介 绍系统的整体框架和汽车防盗系统的方案设计。 2 1 系统总体架构 具有远程控制的防盗系统首先适用的是具有自动变速系统的汽车的，车主 可以随时通过手机短信获取汽车的行驶状态，当汽车出现异常时，如车门非正 常打开，后备箱非正常打开，发动机前盖非正常打开等，各个控制节点将这些 信息通过l i n 总线发送给系统的主控制器。主控制器收到这些信息后，通过 g s m g p r s 模块发短信来通知车主。车主收到短信后，回发短信命令来控制汽 车或采集驾驶员状态，采集驾驶员状态直接通过主控制器控制安装在车内的微 型摄像头来完成。控制汽车通过汽车的a m t 来实现。系统的组成框图如图2 1 所示： 2 2 防盗系统方案设计 幽2 1系统整体组成框图 2 2 1 微控制器( m c u ) 的选择和其外围电路设计 在本文设计的远程控制防盗系统中，m c u 是核心部分。它的主要工作是将 各个节点传来的数据编辑成s m s 格式或将图像采集模块采集来的压缩图像数 据编辑成m m s 格式。并按要求实时通过c a n 总线向其他相关节点发送有用信 号。在这里我选用的是t i 公司的t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 作微控制器用。 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 是美国德州仪器公司( t i ) 生产的一种高性能16 位定点 d s p 。定点运算最高可达到每秒4 0 兆条指令。由于采用了高性能静态c m o s 技 术，使得供电电压降为3 3 v 。它具有2 k 字的单寻址随机存储器( s a r a m ) 、1 5 k 字的数据程序r a m 和5 4 4 字的双寻址随机存储器( d a r a m ) ，3 2 k 字节的片内闪 速存储器( f l a s h m e m o r y ) ，可以进行快速电擦除和再编程，便于实施和更新代码， 具有灵活可靠、成本低等特点。可以外扩外部存储器1 9 2 k 字：6 4 k 字程序存储器、 6 4 k 字数据存储器、6 4 k 字i o 寻址空间。t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 具有丰富的片内资源： 1 0 位1 6 通道片内a d 转换器，转换速度达到5 0 0 n s ；两个事件管理器，分别具有两 个1 6 位通用定时器、三个比较单元、三个捕获单元、片内光电编码器接口和八 路p w m 输出；同步串口和异步串口：以及c a n 模块等片内外设都大大方便了硬 件设计和软件编程。具体功能如图2 2 所示。 怎 二 匿巫垂巫 v 叫d ( 1 6 一o )下_ 1 6 位t 寄存嚣 1 6 位左移1 6 1 6 乘法器 移位器 3 2 位p 寄存嚣 左移移位嚣 3 2 位a i 3 2 位累加器 左移移位器( 0 一t ) 8 个辅助寄存器 8 层硬件堆栈 重复计数磊 内核 事件管理器 4 个定时器 1 0 个比较单元 16 个p v l i 管出 死区控制逻辑 4 个输入捕获 正文箱码t 冲挖由i 4 l 十8 在z o 口 看丌狗定时番 $ p i 率口 s c i 书口 a d 转换鑫 3 路1 0 位a d 转换器1 3 路10 位 d 转换嚣2 $ 墨 书 车 车毒 图2 2t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 功能模块图 ( 1 ) 复位电路设计 复位输入引脚r e s e t 为d s p 提供了硬件初始化的方法，该引脚上的电平变 化可以使程序从指定的存储地址丌始运行。当时钟电路工作后，只要在该引脚 上出现2 个外部时钟周期以上的低电平，芯片即可复位。复位有三种方式即上电 复位、手动复位、软件复位，本设计采用的是上电复位，电路图如图2 3 所示。 利用r c 电路的延迟特性给出了复位所需要的低电平时间。上电瞬间，由于电容 c 7 上的电压不能突变，所以通过电阻r 6 进行充电，充电时间由r c 的乘积决定， 一般要求大于5 个外部时钟周期。为防止复位不完全，可能把参数选择的大一些。 3 3 v 图2 3 上电复位电路图 ( 2 ) 时钟电路设计 对于t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a ，其使用嵌入到c p u 内核的锁相环( p l l ) 电路，从 一个较低频率的外部时钟合成片内的时钟。t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 有三个引脚与时钟 相关： x t a l l c l k i n ：这是从外部晶振到片内振荡器的时钟输入引脚。如果使用 个外部振荡器，则外部振荡器的输出必须接到该引脚。 x t a l 2 ：这是从片内振荡器驱动外部晶振的时钟输出引脚。 c l k o u t i o p e o ：这是时钟输出和通用i 0 的复用引脚。可以用来输出c p u 时钟或看门狗定时器时钟。 基于锁相环的时候模块可提供两种操作，一是使用外部晶振，另一是使用 外部时钟源。本设计中我们使用外部晶振。如图2 4 所示，晶振的输出端与d s p 的x t a l l ( x 1 ) 和x t a l 2 ( x 2 ) 引脚相连，为d s p 提供时钟。 c 1 1 y 2 口 2 0 p 图2 4 时钟电路 6 ( 3 ) 存储器设计 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 有三个独立的地址空间，分别为：程序存储器、数据存 储器和i o 。每个空间的容量为6 4 k 字x1 6 位。d s p 的所有片内、外设均映射到 数据存储器空间，这些寄存器的访问通过c p u 指令对其数据存储器的存取来完 成。 d s p 片内有3 2 k 字16 位的f l a s h 程序存储器( 地址从o o o o n7 f f f ) ，由于 本系统在程序调试需要l o a dp r o g r a m 进外部r a m 中，另外由于需要从压缩芯片 读取压缩图片数据( 中国移动公司目前支持的彩信数据量不能大于5 0 k b y t e ) ， 这就要求本系统外扩r a m 存储器。由于d s p 访问外部r a m 需要15 n s ，这就要求 外部r a m 存储器是高速的的存储器。i s s i 公司的i s 6 1 l v 6 4 1 6 ( 6 4 k 1 6 位) 是低电 压f 3 3 v ) 、低功耗的高速静态r a m ，其读写周期为l0 n s ，在本系统中选用它作为 外部数据存储空间和调试时程序空间的扩展，其基本方法是将d s p 的d s 和p s 信号线通过与门，将其输出作为i s 6 1 l v 6 4 1 6 的片选信号r a m c s ，d s p 的数据总 线和地址总线与i s 6 1 l v 6 4 1 6 相应的数据总线和地址总线连接，d s p 的r d 和w e 与i s 6 1 l v 6 4 l6 的w e 和o e 相连，如图2 5 所示。就可以实现在程序调试时数据 区和程序区的共用，而在脱机运行时又可将其完全作为数据存储区。总共6 4 k 的数据存储区完全可以满足系统对于处理器内存的要求。程序存储器使用 t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 内部的3 2 k 的f l a s h 对于系统的应用程序也将是够用的。 v d d v d d g n d g n d 1 l ：订 1 2 一l o t c u f t 仨 i r l l 嘛 l 一 图2 5d s p 外括s r a m 连接图 c 1 9 u f 一警 脚慨眦懒似晒鼢蝴麟粉舢舢舰舢肌舢 o 2 3 4 5 6 7 8 9 j，一e一“一f一旦一b4一加m舵躬斛舢舶觚能的躺川肥邶川觚舶加觚一旺一眦一叽一吣一螅洲 2 2 2 图像采集模块硬件设计 图像采集模块是防盗系统中的重要一环，因为图像采集的质量直接影响防 盗的识别效果，本系统中图像采集和压缩都是通过硬件来完成的。 ( 1 ) 图像传感器 目前，c c d ( 电荷耦合器件) 是主要的实用化固态图像传感器件，它具有 读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点。但c c d 技术难以与c m o s 技 术集成于同一芯片之中。这样，渚如定时产生、驱动放大、自动曝光控制、模 数转换及信号处理等支持电路就不能与像素阵列做在同一芯片上，以c c d 为基 础的图像传感器难以实现单片一化，因而具有体积大、功耗高等缺点。c m o s 图 像传感器是近向年发展较快的新型图像传感器，由于采用了相同的c m o s 技术， 因此可以将像素阵列与外围支持电路集成在同一块芯片上。实际上c m o s 图像 传感器是一个较完整的图像系统( c a m e r ao nc h i p ) ，通常包括：一个图像传 感器核心、单一时钟、所有的时序逻辑、可编程功能和模数转换器。与c c d 相 l k c m o s 像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上：具有以下优点：体积 小、重量轻、功耗低；编程方便、易于控制；平均成本低。由于以上有点， 本系统采用的是c m o s 图像传感器。 基于美国o m n i v i s i o n 公司的3 0 万像素o v 7 6 6 0 c m o s 图像传感器的手机摄像 模组p c m m t 0 3 0 ，其外形尺寸非常小，直径不大于2 m m 的镜头能够隐秘地安 装在合适地方，图像信号通过扁平电缆引出，使用起来非常方便。另外，该传 感器运用专用的传感器技术，能清除普通的光电干扰，例如固定模式噪声、拖 尾效应、灯光闪烁等，输出清晰、稳定的彩色图像。图2 6 所示的是o v 7 6 6 0 的 基本结构图。其主要性能特点有： 镜头尺寸1 5 ； 像素阵列( v g a ) 6 6 4 x 4 9 2 ； 数字内核电源1 8 v 、模拟电源2 8 v 、i o 口电源2 2 5 - 3 6 v ； 1 2 c 控制，标准s c c b 接口，通过s c c b 高速串行口( s i o c 、s i o d ) 对o v 7 6 6 0 内部寄存器进行设置以达到我们的要求，包括曝光控制、白平衡、 增益、饱和度等； 开窗功能、局部图像输出； 视频信号输出y u v y c b c r4 ：2 ：2 、r g b4 ：2 ：2 、r a wr g b ； 最大图像传输速率v g ac i fq c i fq q c i f3 0 f p s 、q v g aq q v g a6 0 f p s ； 图像自动控制功能包括自动曝光控制、自动增益控制、自动白平衡控制、 自动亮度控制、6 0 h z 噪声自动频带滤波、自动背光补偿； 图像质量控制包括颜色饱和度、色调、锐度、伽马校正、抗溢出： 列 选 择 图像阵列 ( 6 6 4 x 4 9 2 ) 时钟卜_ 一 视频时序发生器 曝光增 益检测 白平衡 检测 誉吲器r - i 号处理i 格式l 篇二 模块i 化器l 警” x c l k lh r e fp c l kv s y n cr e s e tp w d n 曝光i 增益控制lf 白平衡控制 控制用通 用寄存器 图2 6o v 7 6 6 0 结构框图 ( 2 ) 图像压缩芯片 图像压缩芯片采用韩国m t e k v i s i o n 生产的高性能图像处理器m v 3 0 18 。 m v 3 0 18 提供丰富的视频功能可以以3 0 帧s 的速度实时显示以及以硬件为基础 的实时j p e g 压缩和解压缩，其性能特点有：c m o s c c d 图像传感器接口、图 像尺寸：v g a c i f 类型；g a m m a 强化、边缘强化平滑滤波、灰度马赛克 底片色油画素描；j p e g 编码支持y c b c r 4 2 2 到v g a ：j p e g 解压缩支持 y u v 4 4 4 4 2 2 4 2 0 4 1 1 到v g a ；8 倍数字镜头变焦；自动色彩补偿、合并图 像、画中画提示、字幕显示；数据接口主机接口并行16 18 位。 o v 7 6 6 0 一i - 控 制器 l c d 控制器 历祗 圈囝 i 钟发生器ll 器 l 器 及同事 厂而丽 i ( 编 i i 码、解i l 旦墨2l 几丽焉 i 储器 l i ( 1 6 k 。6f l4 k ：1 m b il i1 2i 图2 7m v 3 0 18 的功能框图 9 圈圈 - - j - o m v 3 0 18 具有与c m o s 传感器的标准接口，其与o v 7 6 6 0 的连接如图2 8 所 幽2 8m v 3 0 1 8 与o v 7 6 6 0 连接图 1 0 r t 阿r 一、 8 - r e s e t 7 ， 在图像采集过程中，m v 3 0 1 8 需要对o v 7 6 6 0 的相关参数进行配置包括对 比度、亮度、饱和度、白平衡、自动曝光、帧速率和图像输出格式等，为此o v 7 6 6 0 提供了一种叫做s c c b ( s e r i a lc a m e r ac o n t r o lb u s ) 的总线接口，o v 7 6 6 0 的片内 寄存器可以通过s c c b 总线接口进行设置。m v 3 0 1 8 内嵌有i i c 总线控制器可 通过i i c 总线对o v 7 6 6 0 内部的寄存器进行设置，从而达到配o v 7 6 6 0 相关参 数的目的。配置完后，o v 7 6 6 0 通过像素同步时钟p c l k 将8 位y c b c r 4 2 2 图 像传送给m v 3 0 1 8 进行j p e g 压缩。 2 2 3g s m g p r s 模块的硬件设计 目前具有g s m g p r s 通信功能的模块和终端有很多。g s m g p r s 模块总 体上可以分为两类：通用的g s m g p r s 模块和内置t c p i p 协议栈的g s m g p r s 模块。 ( 1 ) 通用的g s m g p r s 模块 如s i e m e n s 公司的m c 3 5 ，w a v e c o m 公司的w s m 一0 2 d 等。这一类模块的 特点是只支持g p r s 和短消息收发模式，本身不具备协议处理功能，需要用户 自己编程实现g p r s 的拨号上网、p p p 配置并最终建立t c p i p 网络节点，实现 g p r s 的激活和附着过程。因此用户的开发任务较重，有时甚至超过了应用本 身的工作量。 ( 2 ) 内置t c p i p 协议栈的g s m g p r s 模块 g r 4 7 是可以配置的，使得外部输入、输出接口提供的外部控制应用更有 效。嵌入式的控制器对于在报警、仪表采集等应用领域是可以访问的，并且支 持c 语言编程。g r 4 7 独特的优势是：传输大量数据并始终保持连接，根据在 不同地区的测试，掉线几率是同类模块最小的；本身具有t c p i p 协议栈功能， 还可以开放内部c p u 资源，同时拥有所有m 2 m 通信必需的功能。 图2 9 所示为g r 4 7 的内部实时操作系统( r t o s ) 及外部硬件接1 2 1 框图。控 制器位于g r 4 7 内部，运行实时操作系统。r t o s 给用户提供了g s m 处理程序， a t 指令通道函数，t c p i p 协议，u a r t ，i o 口，1 2 c ，s p i 总线等外部接口的 驱动函数及一些其他的应用函数。微控制器在后台运行，所以并不影响模块的 g s m 功能。用户将应用程序以脚本形式下载到模块的f l a s h 中，模块使用了 一个解释器，解释器从f l a s h 中读入脚本，并且逐行解释，使之执行所需功 能。g r 4 7 的外部有3 个串口，其中串口1 作a t 指令通道或程序下载用，串口 2 主要用于调试程序，串口3 为通用r 2 3 2 口，可以连接其他外部设备，另外还 有1 2 c 、s p i 总线和8 g e ni o 线。 ( a t 指令通道)( 调试程序用) ( u a r t ) 图2 9g r 4 7 模块框图 g r 4 7 模块有两种工作方式，一种是内部控制器方式，即直接利用模块内 嵌的c p u 和开放的系统资源，将应用程序下载到模块中使用，脚本在模块本身 的内部控制器中运行，脚本运行的时候模块可以发送和接收数据并对其进行处 理；另一种方式是外部控制器方式，即将模块嵌入到用户的系统中使用，外挂 处理器对其进行操作控制，脚本在外部微控制器中运行。不论是外部控制器还 是内部控制的嵌入式应用程序都是通过串口与g s m g p r s 移动站进行通信的。 此外，利用g p 4 7 的1 2 c 总线和i o 线可以与其它许多外部设备进行通信。 总之，g r 4 7 模块以其独特的优势将在各行各业发挥重要的作用。另外g r 4 7 模块是和s i m 卡配套使用的，在模块上配置了卡的接口，使卡接入方便。s i m 卡是带有微处理器的芯片卡，内有5 个模块，每个模块对应一个功能：c p u ( 8 位) 、程序存储器( 3 8 k b ) 、工作存储器( 6 16 k b ) 、数据存储器( 12 8 2 5 6 k b ) 和串行通信单元。s i m 卡在与手机连接时，最少需要5 个连线：电源、时钟、 数据i o 口、复位和接地端。s i m 卡背面上2 0 位数据所代表的含义如下：前面 6 位是中国代号；第7 位：业务接入号；第8 位：s i m 卡的功能位；第9 ，10 位：各省的编码；第1 1 ，12 位：年号；第13 位：供应商代码；第14 19 位： 用户识别码；第2 0 位：效验位。 ( 3 ) 硬件实现 主控芯片通过串口和g r 4 7 进行通信，g r 4 7 模块的f 常工作电压为3 6 v ， 并且在发射数掘瞬间电流较大，所以在系统中采用具有高电源抑制比、输出电 流为1 5 a 、低压差线性调整电源芯片t p s 7 8 6 0 1 。另外由于g r 4 7 的逻辑高电 平为2 7 5 v ，输入电压允许范围为2 7 5 + 5 v ，与t m s 3 2 0 l f 2 4 0 7 a 引脚电平3 3 v 不匹配，因此在硬件设计时候为了避免电压过高影响g r 4 7 的正常工作，需采 用一定的措施来保证g r 4 7 的输入信号电平在允许的范围内，一种简单的方法 是采用电阻分压的方法来实现，通过在输出管脚与地之间串联两个电阻来获得 所需的电压。如图2 10 所示。式( 2 1 ) 为分压计算公式及结果。 旦1 2 ：2 7 5 v ( 2 1 ) 1 2 十3 6 由式( 2 1 ) 计算可知，经过分压后g r 4 7 的输入电压为2 7 5 v ，在g r 4 7 的允 许范围内。 二 图2 1 0g r 4 7 馒件迮接图 2 2 4c a n 接口硬件实现 b o s c hc a n 没有定义收发器以及以下各层标准，i s o 标准对收发器制定 了相应标准。收发器在两条线的c a n 网络上发送信号时，一条称为c a n h i g h ， 另一条称为c a nl o w ，两条线上是差动信号，具体特性取决于采用的标准或 设计规范。 以i s 0 118 9 8 2 标准采用双绞屏蔽或非屏蔽线为例，收发器通过c a n h i g h 和c a nl o w 两条线相连，总线两端有12 0 欧电阻。当总线驱动输出显性位时 打开驱动三极管，有电流流过电阻；输出隐性位时驱动三极管闭合，无电流流 过电阻。总线上的接收点，在c a nh i g h 与c a nl o w 之间的差值小于0 5 v 时，认为总线是隐性状态；如果差值大于o 9 v 认为是显性状态。一般c a nh i g h 的标准值( v ) 取2 0 、2 5 、3 5 、4 5 ，c a nl o w 的对应取值是0 5 、1 5 、2 5 、 3 j 0 。由于采用双绞线和差动方式，c a n 总线对电磁干扰不敏感。为了提高系 统抗干扰能力，还可以在收发器和c a n 控制器之间加光电隔离。 常见c a n 收发器有p h i l i p st j a l 0 5 0 ，p c a 8 2 c 2 5 0