基于GSM模块的车载防盗系统设计 本科论文

1、摘 要摘 要 电子式车载汽车防盗器的主要功能是防止车辆被盗窃，但是防止盗窃的实时性太差，如果发生盗窃，即使汽车发出声音报警，由于时间空间的影响无法及时通知车主。网络式车载汽车防盗器不仅具有电子式的所有功能，而且弥补了电了式的预防盗抢实时性差这一最大缺陷，它基于GSM网络或其他网络，是汽车防盗器和车载移动电话的综合体。 网络式车载汽车防盗器基于GSM网络或其他网络，在车辆发生偷窃时，它能够及时通过电话或短信通知车主，同时车主可以通过电话进行监听车内情况，吼吓窃贼，禁止车辆运行等；在正常情况下，车主可以通过电话或者短信对汽车进行控制，比如设防上锁，撤防开锁，预热点火，熄火等。 本文是在GSM网络车

2、载汽车防盗器这一产品的成功设计和实现之后的综合性阐述和归纳。文章着重介绍GSM网络汽车防盗器的研究和设计，内容涉及到基于WTV70一次性语音芯片的语音系统设计、AT命令对GSM模块的电话应用和短信应用的控制、电话按键产生的DTMF信号的检测识别等相关知识，其重要工作如下： 第一、汽车防盗器内的语音系统的搭建和调试，主要包括运用WTV170一次性语音芯片录制产品涉及到的真人语音，以及通过单片机STC89C54RD+对语音芯片的控制。 第二、通过单片机串口发送AT命令控制GSM模块，其中包括拨打接听电话和发送接收短信的控制。 第二、车主通过电话按键来控制汽车而产生的DTMF信号的检测，主要运HM9

3、270C/D来接收DTMF信号。 第四、汽车防盗器的外围控制器的软件设计，主要包括KEELOQ滚码射频遥控器的软件设计。第五、对项目中的联调测试过程中出现的故障进行分析并且提出了解决方案，并对进一步的研究提出展望。关键词:汽车防盗器；语音系统；GSM； AT命令；DTMF信号IAbstractTitle Based on the GSM module in the system design of vehicle ABSTRACT The main function of the electronic vehicle security system is to prevent the thef

4、t of vehicles，but it has bad real-time,，and it cannot notices car owner timely，when happening car theft. The network vehicle security system has all the good features of the electronic，and make up for the biggest drawback of the bad real-time of the electronic one，and the network vehicle security sy

5、stem is based on GSM network or other network，which is the Combination of the car security system and mobile phone The network vehicle security system is based on GSM network，when car theftoccurs，it can promptly notices car owner by telephone or SMS，and owners can monitor vehicle，scare thieves，and p

6、rohibit driving by telephone；In normal situation， the owner can controls car by telephone or SMS，such as defense，lock doors，not defense, unlock doors, vehicle ignition, vehicles flameout This paper is a comprehensive description and summary after the successful design of the network vehicle security

7、 systemArticle focuses on product research and design, the research content include voice system design based on voice chip WTV 170，how to use AT command to realize phone applications and SMS applications with GSM module，and the detection and identification of DTMF signal，and so on, its important wo

8、rks as follows： Firstly，design the voice system of vehicle security system，including using one-time voice chip WTV 170 to record real voice，which is product related to，as well as how to control voice chip with MCU STC89C54RD+ Secondly，send AT command control GSM module through serial port，including

9、phone answer and call，SMS Thirdly， detect the DTMF signal，mainly using HM9270C/D to receive DTMF signals Fourthly，design the decoding software of RF remote controller with KEELOQFinally，summarize the experience of the development and test work，and give the prospect in the future researchKey word：Aut

10、omobile security system；GSM；AT order；DTMF signal； III目 录摘 要IABSTRACTII第一章 引 言- 1 -1.1 研究背景- 1 -1.2 研究现状- 1 -1.3 工作任务- 2 -1.4 论文结构- 2 -第二章 系统总体设计分析- 3 -2.1 系统功能- 3 -2.2 系统设计思路- 3 -2.3 系统硬件的架构- 4 -2.4 系统软件的架构- 5 -2.5 本章小结- 6 -第三章 系统硬件设计分析- 7 -3.1 硬件模块以及关键器件电路分析- 7 -3.1.1 嵌入式微处理器 STC89C54RD+- 7 -3.1.2

11、GSM 模块 SIM300CZ 的硬件设计原理- 8 -3.1.3 语音芯片 WTV170 的硬件设计原理- 10 -3.1.4 双音多频解码芯片 HM9270C 的硬件设计原理- 11 -3.2 基于 KEELOQ 技术的射频遥控器的硬件实现- 13 -3.2.1 硬件实现 KEELOQ 技术- 14 -3.2.2 中央处理器 MCU 对硬件 KEELOQ 解码后的遥控信号检测- 15 -3.3 本章小结- 15 -第四章 系统软件设计详细分析- 17 -4.1 防盗系统语音环境搭建- 17 -4.1.1 MCU 对语音芯片 WTV170 控制过程- 17 -4.1.2 系统语音环境的工作流

12、程- 19 -4.2防盗系统的通信过程设计- 23 -4.2.1 AT Command 协议- 23 -4.2.2 电话通讯的相关解析以及按键信息识别的相关过程设计- 24 -4.2.3 短信通讯的 PDU/TEXT 码以及相关协议解析- 28 -4.3 系统软件测试故障分析和解决- 32 -4.4 本章小结- 33 -第五章 总结和展望- 34 -5.1 对本文的总结- 34 -5.2 对后续工作的展望- 34 -致 谢- 35 -参考文献- 36 -附 录- 38 - 1 -第一章 引 言第一章 引 言1.1 研究背景 随着我国改革开放，人们生活水平的不断提高，汽车越来越成为人们生活中不可

13、缺少的一部分。从世界上第一辆 T 型福特牌轿车被盗开始，偷车已成为现今城市里最常见的犯罪行为之一。汽车数量增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这不仅给给一位汽车用户的生活和工作带来很大不方便，而且给社会带来极大的不安定因素，担心车辆被盗，成为困扰每一位汽车用户的难题1。由于上述原因，汽车防盗器应蕴而生。什么是汽车防盗器？简单说，汽车防盗器就是一种安装在车上，用来增加盗车难度，延长盗车时间的装置。由于汽车防盗器的诞生，汽车被盗的情况有所好转，这个汽车一族的生活以及社会戴上了无形的保护伞。所谓魔高一尺，道高一丈，为了应对不断升级的狡猾盗车手段，汽车防盗器面临的是如何提高自己防止盗窃的能力，要不断的改良

14、和提升，最大限度的防止和预防汽车被盗。1.2 研究现状汽车防盗器有哪几种类型？随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车手段，人们一代一代研制各种方式、不同结构的防盗器，目前防盗器按其结构可分三大类；机械式、电子式和网络式。钩锁、变速挡锁等基本属于机械式防盗器，它主要是告锁定离合、制动、油门或转向盘、变速挡来达到防盗的目的，但只防盗不报警。插片式、按键式和遥控式等都属于电子式防盗器，它主要是靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。网络式汽车防盗器是随着电子技术的进步而发展起来的，是市场上推广普及最为广泛的一种。具有代表性的是 GSM 无线通讯汽车防盗系统，它依托覆盖极高的

15、GSM 公众网络，利用 GSM 无线通信网络，采用人车互动主动防盗模式，对车辆进行远程监控和定位，使车主摆脱了看不到、听不见的被动防盗尴尬局面，它还具备遥控式防盗器的全部功能，可靠方便，可带有振动侦测功能。随着市场防盗器要求的不断提高，遥控网络式汽车防盗器还增加了许多方便使用的附加功能，如遥控中控门锁、遥控送放冷暖风、遥控电动门窗及遥控开启行李舱等功能。系统充分运用 GSM 移动通讯网络，结合数字通讯技术、实现对各种移动目标进行状态监控、调度、防盗报警、求助报警、远程控制、跟踪定位、车载电话等功能。目前还出现了一种新型网络式汽车防盗器，它是 GPS 卫星定位汽车防盗系统(或其他网络系统)，可以

16、将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心，但是 GPS 入网成本高，防盗器终端设计较复杂，成本过高。它只是高端汽车防盗器的一种发展趋势【2】。1.3 工作任务本课题是针对遥控网络式(GSM 网络)汽车防盗器的设计研究，设计研发的产品也是市场上普及最为广泛的一种，具有极强的现实意义和经济效益。主要任务是对以下技术进行了研究和具体实现：1.深入学习 KEIL C 8.05 集成开发环境,并掌握了软件设计的方法和技巧，并且归纳出适合自己的一套软件开发经验。2. 仔细学习了 GSM07.05 和 GSM07.07 规范中的 AT 命令集，并掌握了如何通过 STC89C54RD+单片机串口发送

17、AT 命令控制 GSM 模块，其中包括电话和短信的收发控制，以及一系列的相关问题。3. 构建了汽车防盗器内的语音系统，以及如何检测电话按键产生的 DTMF 信号，并且根据用户的按键命令来控制相关的继电器。4. 汽车防盗器的外围控制器的软件设计，主要包括运用了基于硬件的 KEELOQ技术的滚码射频遥控器的脉冲信号采集的软件设计。5. 对目前非常前沿的 GPS 卫星定位汽车防盗器以及双向可视汽车防盗器的展望。1.4 论文结构本文论文结构如下：第一章主要介绍课题的研究背景及现状、课题的研究内容与创新点。第二章主要阐述系统功能和总体设计思路。第三章主要阐述了系统硬件设计思路，包括了对防盗器硬件结构的分

18、析、关键器件介绍以及详细的硬件模块设计。第四章主要内容是 GSM 网络汽车防盗器的系统软件的设计与实现。内容包括语音系统搭建和调试的软件设计思路，AT命令对 GSM 模块控制，DTMF 信号的检测，以及电话短信的通信原理，最后针对系统联调测试中出现的软件故障进行了分析，并且阐述了故障的解决办法。第五章结论部分主要总结了本课题的研究结果，并且对下一代更为先进的汽车防盗器研究工作做了的展望。第二章 系统总体设计分析第二章 系统总体设计分析作为汽车网络监控防盗器，其主要依靠 GSM 公网将汽车车载端，车主，报警 中心紧密地联结在一起，车主和报警中心可以通过 GSM 网络与汽车车载段进行交互操作。2.

19、1 系统功能电子式车载汽车防盗器的主要功能是防止车辆被盗窃,但是防止盗窃的实时性太差，如果发生盗窃，即使汽车发出声音报警，由于时间空间的影响无法及时通知车主。网络式车载汽车防盗器不仅具有电子式的所有功能，而且弥补了电子式的预防盗抢实时性差这一最大缺陷，它基于 GSM 网络或其他网络，是汽车防盗器和车载移动电话的综合体。本系统就是从车主需求出发进行设计，功能全面，车主和报警中心可以通过 GSM 网络，对汽车车载端进行远程监控【3】。如图 2-1 所示，实现功能如下：图 2-1 系统功能示意图1. 系统操作时有语音提示，具有远程设防，撤防，监听，反窃，定位，自动点火和熄火，紧急报警等多种功能，并且

20、遥控器采用美国 MICROCHIP 公司的 KEELOQ滚动码跳码技术，拥有长达 66 位加密序列（若每秒一次不断按遥控器，需要28年才有密码重复的机会），使任何复制和解密企图化为泡影。2. 当汽车遇警发生时（比如受到撞击，车门非法被打开，汽车非法被启动，遭遇抢劫等），防盗器会通过短信或电话向车主和预先设置好的报警中心发送报警信息。3. 本系统除了监控防盗，还具有车载电话功能。车主可以在汽车行驶状态下接听外部打入的电话。2.2 系统设计思路如同上图 2-1 所示，本系统主要依靠 GSM 公网的强大支持，最大限度的克服了传统电子汽车防盗器在遇警后不能及时通知车主并采取措施的弊端，可以说这是汽车防

21、盗器发展到现在最重要的一次飞跃。系统的设计思路主要有以下三点构成：1.防盗器的车载端是以嵌入式微处理器为控制核心，通过自行开发的嵌入式软件平台将 GSM 模块，语音模块,DTMF双音解码模块和其他汽车防盗器模块整合到一起。2. 防盗器的车载端主要通过对汽车的中控锁和点火线圈电路的控制达到对汽车开门关门和点火熄火的控制。3. 防盗器的车载端控制汽车的激励是通过电话和短信发出的，因此整个嵌入式软件平台是以 GSM 模块的控制为核心展开设计的，当然具有 KEELOQ 技术的滚码跳码遥控器的硬件实现也是设计的关键内容，不仅如此，整个防盗器内还有一个友好的语音平台，这些都将在以后的章节中介绍分析。2.3

22、 系统硬件的架构本系统的目标板结构框架如图 2-2 所示。该系统车载端主要由嵌入式微处理模块、GSM 模块、语音模块、双音解码模块、KEELOQ 编解码模块以及继电器组等六个部分构成。图 2-2 系统硬件构架图如上图 2-2 所示，系统的大脑核心是中央微处理器MCU，由它来调配各个模块的协同工作，GSM模块SIM300C负责与GSM公网通讯，语音模块WTV170 则构建了系统的语音环境，双音解码芯片HM9270C的主要作用是解析GSM 模块SIM300C输出的按键差分信号并将之转换为 Q信号输入微处理MCU处理，继电器采用的是TIAOBO继电器，继电器组由若干继电器组成，它们担当着直接控制汽车

23、的任务，RFID解码模块用来接收具有KEELOQ技术的射频遥控信号【4】，在第三章的硬件设计分析中将具体介绍各个模块的硬件架构和设计原理。系统各模块的工作流程如下：1. 当车主向防盗器车载终端打进电话时，GSM模块SIM300C通知微处理器MCU，然后微处理器MCU驱动语音模块WTV170调用相应的语音提示车主如何操作，根据语音提示按键产生的DTMF双音信号通过GSM公网传送到GSM 模块，双音解码模块HM9270C将此信号解析成Q信号送入MCU，MCU根据Q 信号通过继电器组1对汽车的中控锁进行控制达到开启关闭车门的作用，通过继电器组2对点火线圈电路的控制启动汽车或熄火，通过继电器组3控制汽

24、车车灯达报警的作用。2. 当汽车发生遇警情况时，汽车边门电路或震动传感器通知微处理器 MCU，MCU根据车主预先设置的报警电话通过GSM模块打电话或发短信通知车主和报警中心，车主随即可以通过电话对车辆进行监控，禁止其运行等操作。3. KEELOQ射频解码模块接收KEELOQ滚码跳码遥控器发出的撤防开门，设防关门，静音设防，寻车等命令信号，将信号送入中央微处理器MCU进行解码，MCU根据这些信号进行系统设置和对继电器组进行相应操作达到控制汽车的效果。2.4 系统软件的架构本系统的软件框架总体有以下4大模块组成:语音模块WTV170、双音解码模块、KEELOQ 编解码模块、GSM 模块 SIM30

25、0C。如图 2-3 所示：系统软件设计包括对相关设备初始化函数的调用和设置，以及在程序主函数中调用其他模块中的相关函数以完成程序功能。其基本思想是采用进程快速循环，在一个大主循环里调用各个功能模块中各自的小循环，并在主循环中设置看门狗，以防系统死机。 图 2-3 软件框架设计图2.5 本章小结本章首先从宏观上面分析了 GSM 汽车监控防盗器的主要功能，介绍了防盗器的主要功能是基于 GSM 公网实现的监控和防盗。然后分析了系统的设计思路，并且介绍了系统软硬件的架构以及设计思路，为后续的各章分析和阐述作了铺垫。- 5 -第三章 系统硬件设计分析第三章 系统硬件设计分析 整个嵌入式操作系统和应用程序

26、运行的硬件平台构成了硬件环境。本章在第二章系统硬件架构介绍的基础上针对各个硬件模块的相关设计原理和关键器件的电路进行了分析，最后单独将基于KEELOQ的射频遥控器的硬件实现做了详细的阐述。3.1 硬件模块以及关键器件电路分析硬件模块和关键器件的选择是非常重要的也是基础的一环，需要本着性价比高的原则来选择。下面将详细介绍本系统涉及到的一些硬件模块和关键器件。3.1.1 嵌入式微处理器 STC89C54RD+图 3-1 STC89C54RD+的功能架构图如图 3-1所示，车载GSM监控防盗器的主MCU是宏晶科技的 STC89C54RD+，选择此款MCU是因为STC89C54RD+是基于增强的RSI

27、C结构的低功耗8位 CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，STC89C54RD+的数据吞吐率高达1MPIS/MHz，从而可以大大缓解系统在功耗和处理速度之间出现的矛盾【5】。另外，其51内核具有丰富的指令集和32个通用工作寄存器。所有的寄存器都直接与算术逻辑单元(ALU)相连接，使得一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器。这种结构大大提高了代码效率，并且具有比普通的 CSIC 微控制器高10倍的数据吞吐率。此外，选用STC89C54RD+这款高性价比的嵌入式微处理器还因为它具有如一下特点:(l) STC89C54RD+自带16K字节的系统内可编程F1as

28、h(具有同时读写的能力，即RWW)，10K字节EEPROM，片上、片外各集成512字节和1280字节RAM，36 个通用 I/O 口，32个通用工作寄存器，四个具有比较模式与PWM的灵活的定时器/计数器(T/C)。16K 容量的系统内可编程Flash己经足够嵌入式应用平台编程使用，10K的E2PROM可以存放安全密码、车主的手机号,数字I/O口、寄存器和定时器的数量也足够支撑系统工作。(2) STC89C54RD+可以提8路10位具有可选差分输入级可编程增益的ADC(数模控制器)，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个 SPI 串行端口，与 IEEE1149.1 标准兼容的、可用于访问片上调

29、试系统及编程的 JTAG 接口。1 个 USART 可以用来连接 GSM 模块或下载程序，内部集成 MAX810 专用复位电路，外部晶振 20M以下时，可以省去外部复位电路。可编程看门狗定时器可以预防系统死机。(3) STC89C54RD+可以在 12 时钟/机器周期和 6 时钟/机器周期上任意选择，ISP(可在线编程)/AIP(在应用可编程)，无需专用编程器和仿真器，可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，8K 程序 3 秒钟即可完成。(4) STC89C54RD+是根据宏晶科技的高密度非易失性存储器技术生产的。高抗静电（ESD 保护），能轻松通过 2KV/4KV 快速脉冲干扰（E

30、FT 测试），宽脉冲不怕电源抖动。片内 ISP Flash 允许程序存储器通过 ISP 串行接口，或者通用编程器进行编程。3.1.2 GSM 模块 SIM300CZ 的硬件设计原理GSM 模块作为一种主要的 GSM 网络接入设备，已得到越来越多系统制造商和系统开发商的重视，基于它的各种应用也蓬勃发展起来。GSM 模块是继 GSM 手机后，又一种非常重要的 GSM 移动通信系统的终端设备。它是传统调制解调器与 GSM 无线移动通信系统相结合的一种数据终端设备，因此也叫无线调制解调器。它的出现给 GSM 的发展注入了新的活力，改变了传统的以话音为主的通信手段，打开了GSM 网络数据通信及其应用的大

31、门【6】。所以在应用上，凡是使用调制解调器的地方多数都可以用 GSM 模块代替。由于调制解调器必须通过 PSTN 或者其他专用通讯网进行通信，因而受地域以及线路等因素的影响，在应用上有很大的局限性。而 GSM模块则无此限制，所以基于这种模块，以 GSM 网络作为无线传输网络，可以开发出多种前景乐观的应用，如 GPS/GSM(SMS)移动车辆监控定位系统、移动 POS 机、移动收费系统、移动性数据和 Internet 接入。本系统的 GSM 模块选用 Simcom 公司的 GSM900/1800MHz 网络双频模块SIM300CZ，选用此模块的特点有以下五点:1：模块是三频（ 900/1800/

32、1900 ）的 GPRS 系列。2：具有睡眠模式功能。3：具有嵌入式的 TCP / IP 与透明模式。4：能够自动解析波特率。5：改善公共服务电子化/ EMI 性能。6：温度过高时自动关机。7：具有 SIM 卡驻留检测功能。如图 3-2 所示，GSM 模块 SIM300CZ 的外围电路主要有 SIM 卡座和模块的接口分别为 SIM_CLK，SIM_RST，VCC 和 SIM I/O,其中 SIM_CLK，SIM I/O 是 SIM 卡与模块时钟和数据的通讯线，SIM_RST，VCC 为复位口和电源；另外还有与 MCU 串口相连的串口接口 U9RXD 和 TX，AT 指令就是通过两个通道在 MC

33、U 和 GSM 模块之间进行收发的；除此之外，GSM 模块还包括系统语音通道和 MIC 通道，这两个通道是 MCU通过 AT 指令进行切换的，主要运用于放到监控器中系统语音和麦克风之间的切换；最后还有 DTMF 双音多频信号的发送端口 IN+和 IN-，当用户和放到监控器的车载电话处于通话状态时，如果有按键行为，这时所产生的 DTMF 信号就是通过 IN+和IN-发送到双音多频解码芯片 HM9270C 解析并产Q信号的，此时，MCU 根据 Q 信号来决定该如何进行操作3.1.3 语音芯片 WTV170 的硬件设计原理车载GSM监控防盗器的语音环境所选择的芯片是唯创科技有限公司的一次性高性能语音

34、IC 是WTV170，它具有标准的CMOS工艺与嵌入式8m/4m/2m比特EEPROM，最多可存储170秒的语音信息具有4位的ADPCM压缩6khz采样率，8位PCM也可作为用户可选择的选择【7】。可选控制方式有按键控制模式、按键组合控制模式、并口控制模式、串口控制模式等。按键控制模式的触发方式灵活；串口模式下可控制音量、打开或关闭功放、有循环播放和停止功能，方便不同的用户根据需要进行选择。用户可选择触发模式，这样能给输出信号提供最大的灵活性以及各种应用。芯片内部的内置式电阻器控制振荡器、8位电流输出模式和PWM直接输出模式能直接驱动喇叭，这样能尽量减少外部元件的数量，使得硬件设计简单化。WT

35、V170系列的语音芯片还具有一整套的编程与烧录开发工具，包括:一个烧录器（PCB NO.WTV）和语音编程软件<<WTV OTP VOICECHIP 2-0>>。该系列芯片的语音编程软件操作简单，功能齐全，可以大大缩短芯片的制作周期，且性能可靠，充分利用芯片内部的资源。芯片还具有众多单元电路，且有极强的可编程能力，不仅能实现标准的控制方式，亦可根据客户需求，订做各种功能，尽可能的使产品的性价比提升到最高。可用来播放立体声语音，亦可控制各种电器设备等，可应用在很多领域，例如：电子琴、高级玩具、儿童学习机、防盗设备、智能家电、保健与理疗产品、仪器仪表，以及各类自动控制系统等

36、等。在很多需要高音质、功能灵活多变等要求的产品中，WTVxxx系列语音芯片是最具性价比的方案之一，也是在某些场合替换ISD系列语音芯片的最佳选择。语音芯片WTV170特点归纳如下： 可编程的一次性烧录(OTP)语音芯片。 6KHZ频率时，语音长度达170秒。 内置12bits-16bits DAC数字/仿真转换器(DAC)。 PWM和DAC两种语音输出方式。 可任意插入静音，且不占用语音空间。 相同的语音可重复调用，且不占用语音空间。 多种工作模式：按键控制模式、并口控制模式、串口控制模式。 按键模式：可用开关直接控制8段语音，触发方式灵活。 地址控制模式：3个地址脚，1个触发脚，地址通过二进

37、制方式编码，可控制8段语音。 串口控制模式：分别用CS、DATA、CLK三个脚控制语音的播放，可以控制音量，而且有循环播放和停止功能。 播放语音时，BUSY脚输出低电平。 内置0.5W喇叭直推线路(Direct-Drive),不需要外加零件,音质与音量比传统“Cout+三极管”更佳,且耗电量更少。 工作电压范围：2.5V至3.5V。 省电模式时耗电 2uA。图 3-3 语音芯片 WTV170 的外围电路图如图3-3所示，系统采用串口控制模式：分别用CS、DATA、CLK三个脚控制语音的播放，OUT1脚反映语音播放状态，当语音正在播放时此管脚输出高电平，否则为低。OUT1脚后面紧接着一个射随电路

38、用来匹配MCU的I/O输入对外部的输入要求。COUT脚为语音输出脚，它连接着功放电路。3.1.4 双音多频解码芯片 HM9270C 的硬件设计原理HM9270C是一个完整的DTMF接收解码电路。和其它电路，如LCD驱动电路一起，可实现CALLERID功能。它集成了陷波滤波器和数字解码功能。在滤波器部分，使用了开关电容技术；解码部分，用数字计数的方法检测所有16种DTMF音频对，并将它们编成4bits的码，如表3-1所示，其中H表示芯片对应管脚为高电平，L表示为低电平。通过在芯片上放置差分输入放大器，时钟晶振和可锁存的三态输出，可以使外围元上件最少。HM9270C的DTMF双频多音信号解码过程如

39、下:信号经过输入放大，过滤掉噪声，再被由6阶高频组带通滤波器和8阶低频组带通滤波器组成的陷波滤波器滤出DTMF信号，然后经过平滑滤波，再由过零检测器将模拟信号转换成数字信号，进入数字部分。信号在数字部分分为两路，一路直接送到频率检测部分，分别对信号进行高频和低频检测。如果输入信号频率在预先设置的范围内，则将检测结果送到编码部分进行编码，并等待D触发器的同步输出信号；如果输入信号频率不在预先设置的范围内，检测结果维持为0不变。另一路则送到频率平均算法部分，分别经过4，8分频，以初步检测信号的持续时间，将诸如噪声之类的干扰消除掉；同时，进一步设置更为严格的频率检测范围【8】。如果信号通过了检测，就

40、使EST端输出高电平，通过外围RC回路对St端充电(R，C的值可以根据不同的工业标准进行选择)，如果EST端高电平持续时间足够长，使充电后Vc>=Vtst(2.35V，这是通过比较器比较)，这就意味着所检测的信号满足DTMF的工作标准，则使引导逻辑部分的输出同步脉冲到编码部分，使4位编码输出，经过延迟单元，锁存进三态输出单元，输出正确的码；同时，引导逻辑部分产生StD端高电平信号，同时使GT维持儿高电下。如果充电时间不够长，这就是说即使被检测信号的频率在DTMF频率范围内，但它的持续时间不足以满足DTMF的工业标准，输出同步脉冲保持为0，编码结果不输出。如图3-4所示，双音多频解码芯片H

41、M9270C的外围电路非常的简单，DTMF信号就是从IN+和IN-输入，然后STD脚产生电平跳变，此时MCU进入中断处理识别接收到的Q信号并进行相关操作。图 3-4 双音多频解码芯片 HM9270C 的外围电路图3.2 基于 KEELOQ 技术的射频遥控器的硬件实现KEELOQ 技术作为一种保密的高新技术，对许多人来说比较陌生，但是它正广泛应用于各种防盗报警系统（特别是车辆的防盗报警系统）、遥控电子锁及其他安全控制领域。它是一种多变化、抗截获、安全可靠的跳码加密解密技术。目前这项先进技术只掌握在国外少数几家公司手中，他们利用集成电路设计的优势， 把这项技术封装在芯片里（如编码器HCS300，解

42、码器HCS512），向用户销售。本节将对硬件实现KEELOQ技术进行介绍。KEELOQ技术加密和解密的原理如图3-5所示，图 3-5 KEELOQ 技术的加密和解密示意图3.2.1 硬件实现 KEELOQ 技术基于KEELOQ技术的专用芯片分为两种：一种实现加密功能，一种实现解密功能。通常配合起来使用。实现加密功能的芯片带有4个按键接口，组合使用可达15种功能，每一次有键按下，就自动生成KEELOQ加密码。KEELOQ加密码的组成一般如图3-6所示。图 3-6 KEELOQ 加密码的组成一旦芯片制造出来，上述项的长度就是确定的。如序列号的长度设计成28位，整个系统的容量就不会超过2684354

43、55，如果想扩展系统容量非常不方便% 这种芯片在使用前必须预置一些初值（序列号、加密钥匙、 同步计数器）。在发送方和接收方一起工作前，接收方必须先通过学习来获得并存储发送方的序列号、加密钥匙和当前同步计数器的值。学习是KEELOQ技术的一个重要方面。序列号用来标识不同的对象；加密钥匙用来对发送的数据进行加密，增加破译的难度，它不直接发送出去；同步计数器是用来抗截获的，每次有键按下，同步计数器的值就被更新，它经过加密变换后被发送出去。硬件实现KEELOQ技术解密过程如图3-7所示。图 3-8 硬件 KEELOQ 解密过程接收方在确认序列号匹配后，对接收的数据进行解密，然后检查同步计数器是否匹配，

44、在确认其匹配后，再去处理接收到的按键信令【10】。3.2.2 中央处理器 MCU 对硬件 KEELOQ 解码后的遥控信号检测本系统对硬件实现的KEELOQ的解码过程是：经过KEELOQ加密算法加密后的信号通过芯片HCS512硬件解密后产生的信号波形如图3-9所示。其中逻辑0和1的判断是通过每一帧高低电平的占空比来判断的。当有信号传到MCU时，系统会进入中断并且配合定时器进行三次采样，如果三次采样中有前两次采样电平为高，第三次为低，则表示这一帧的逻辑为1；如果三次采样中只有第一次采样电平为高，则表示这一帧的逻辑为0。这样一来，MCU就可以完全接收解密芯片HCS512解密出来的有效信息并且根据这些

45、信息对汽车进行控制。图 3-9芯片 HSC512 硬件解密后的射频信号3.3 本章小结本章首先介绍了GSM监控防盗器的硬件架构，详细阐述了系统各个模块的工作流程，紧接着介绍了其硬件模块和关键器件的特点和性能，最后阐述了基于KEELOQ技术的射频遥控器的硬件实现原理以及中央处理器MCU对硬件KEELOQ解码后的遥控信号检测。为下面的软件设计分析做好了铺垫。- 15 -第四章 系统软件设计详细分析第四章 系统软件设计详细分析4.1 防盗系统语音环境搭建系统的语音环境是围绕 WTV170 一次性语音芯片搭建起来的，简单来说就是预先将涉及到的语音烧录进芯片的 ROM 中，然后在根据需要调用相应的语音。

46、4.1.1 MCU 对语音芯片 WTV170 控制过程中央微处理器是如何调用语音的呢？WTV170 语音芯片提供了第三章讲到的三种方式的控制模式：按键控制模式、并口控制模式、串口控制模式。本系统采用的是三线串口控制模式，这样可以节约 I/O 口资源,并且控制简单合理。三线串口模式：指分别用 CS（片选）、DATA（数据）、CLK（时钟）三个管脚控制芯片的工作。通过串口发送数据可以控制语音的播放、停止、循环等。控制时序如图 4-1 所示。（时钟上升沿采集数据）图4-1三线串口控制模式下 SPI 总线控制时序根据三线串口控制模式下的控制时序图 4-7，从系统软件中提取出来了这部分的应用函数 voi

47、d wtv170_drive1(uint8 command,uint8 graddr)，此函数实现了标准 SPI 总线的控制方法：void wtv170_drive1(uint8 command,uint8 graddr)uint8 i=0x00,j=0x00;CST = TRUE;DIN = TRUE;for(i=0x00;i<0x08;i+)SCK= FALSE;if(command&0x01) DIN=1;else DIN=FALSE;command>>=1;for(j=0x00;j<0x02;j+);SCK= TRUE;for(j=0x00;j<0

48、x02;j+);if(graddr=0xff)graddr=0x09;for(i=0x00;i<0x08;i+)SCK= FALSE;if(graddr&0x01) DIN=TRUE;else DIN=FALSE;graddr>>=1;for(j=0x00;j<0x02;j+);SCK= TRUE;for(j=0x00;j<0x02;j+);SCK= FALSE;CST = FALSE;上文介绍了三线串口控制模式下语音芯片的 SPI 控制总线的函数，接下来将对语音芯片WTV170 调用语音段的具体工作流程进行分析。如图4-2所示，首先初始 化WTV170语

49、音芯片，然后软件系统调用void wtv170_drive1(uint8 command,uint8 graddr)函数播放语音，紧接着根据 OUT1 口的电平判断语音是否播放完毕，以此类推系统就能不断的播放各段语音了。图 4-2三线串口控制模式下 SPI 总线函数本节着重阐述了中央微处理器 MCU 对语音芯片 WTV170 控制的基本驱动程序，分别介绍了三种控制模式:按键控制模式，并口控制模式，串口控制模式。而汽车监控防盗器的系统语音环境的工作流程和构架将在下一节将进行详细的分析和阐述。4.1.2 系统语音环境的工作流程在上一节对语音芯片基本驱动介绍的基础上，本节重点介绍系统语音环境的框架和

50、工作流程，首先介绍汽车在行驶状态、设防状态和报警状态下，用户打进电话或防盗器拨打用户电话后的门进语音结构，然后介绍进入操作主菜单后的系统语音结构，最后介绍系统功能相关的设置菜单语音结构。（1）门进语音环境门进语音环境是当汽车在行驶状态，设防状态和报警状态下，用户打进电话或防盗器拨打用户电话后，系统语音环境给用户提供的友好方便的互动语音环境，方便用户根据汽车的不同状态键入系统密码进入操作主菜单对汽车进行监控。如图4-3所示,可以更深刻的了解门进语音环境的详细工作流程,当汽车在行驶状态下,用户打进电话后可以选择与司机通话还是进行系统操作,如果选择系统操作,操作与设防状态打进电话相同,用户需要用户键

51、入六位系统密码,然后系统语音将给用户报告车辆状态,再按#号或任意数字键进入操作模式主菜单。如果键入系统密码三次错误，系统将拒绝用户操作挂机。图 4-3 门进语音环境的框架图和工作流程（2）操作主菜单语音环境 操作主菜单语音环境如图4-4所示，用户进入操作菜单以后，用户根据系语音0-6的操作提示进行相关操作：选项1是解除防盗状态，开启车门，这个选项是在遥控开关和钥匙丢失的情况下，用户可以通过电话撤防开车门。图 4-4 操作主菜单语音环境的框架图和工作流程选项2是设置防盗状态，锁车门，车辆进入设防状态后会遇警后会打电话或短信报警。选项3是进入监听状态，用户打入电话可以监听车内的情况。进入监听菜单后

52、可以按*键或任一数字键转换监听和喊话模式。选项4是系统设置菜单，此选项主要让用户设置防盗报警电话和紧急求助报警电话，以及修改系统密码等，下文将详细介绍此语音菜单的工作流程。选项5是禁止车辆运行，此选项在设防状态下点火启动汽车后进行熄火操作，以在冬天提前预热车辆后熄火。在行驶状态下可以强行禁止车辆运行，让汽车熄火断电。选项6是此选项在设防状态下可以点火启动汽车，可以在冬天提前预热车辆，这样可以节约用户的宝贵时间。选项0是挂电话，退出操作主菜单。操作主菜单给用户提供了友好方便的语音环境，用户可以根据语音的提示进行相应的设置或对汽车进行监控。（1）系统设置菜单语音环境当用户进入系统设置菜单，语音环境

53、为用户提供了4个设置选项，如图4-4用户可以通过操作提示进行相关的设置：选项1是修改防盗报警电话号码，用户一共可以设置两组防盗报警电话，当汽车遇警以后，防盗器首先会拨打第一组防盗电话，如果占线或无人接听，防盗器会自动拨打第二组防盗电话，尽量保证能够通知到车主。选项2是修改系统密码，系统采用核对两次输入的密码，如果相同设置成功，否则重新输入密码。选项3是修改紧急求助报警电话号码，用户一共可以设置两组紧急求助报警电话，当汽车遇到抢劫或其他情况以后，防盗器首先会拨打第一组电话，如果第一组求助电话占线或无人接听，防盗器会自动拨打第二组求助电话，尽量保证能够通知到报警中心。选项4是报警器设置菜单，此选项

54、可以设置开启或关闭震动报警功能，即MCU是否响应震动传感器传入的预警信号。除此之外，还可以开启或关闭短信报警功能，即当遇警后是否先给用户手机发短信提示汽车遭偷窃，如果开启短信报警功能后，当汽车遇警或遇抢劫后，防盗器首先是发短信提示，如果在一分钟之内没有打电话对汽车进行监控，防盗器就根据设置的报警电话打电话给用户或报警中心。图 4-5 系统设置菜单语音环境的框架图和工作流程系统设置语音菜单提示用户如何修改紧急防盗电话号码，系统密码，紧急求助电话号码，以及报警器设置，这样给用户提供了简单方便的互动语音环境，显得更加人性化。4.2防盗系统的通信过程设计本节主要对防盗系统通讯部分的软件设计进行详细的分

55、析，包括AT Command协议，短信通讯的PDU/TEXT码以及相关命令解析，电话通讯的软件设计阐述。下面分别介绍各部分的具体内容。4.2.1 AT Command 协议AT即Attention, AT指令集是从TE(Terminal Equipment)或DTE(Data Terminal Equipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)发送的通过TA，TE 发送AT指令来控制MS(Mobile Station)的功能与GSM 网络业务进行交互用户可以通过AT指令进行呼叫短信电话本数据业务补充业务

56、传真等方面的控制4.4.1 AT Command 协议AT即Attention, AT指令集是从TE(Terminal Equipment)或DTE(Data Terminal Equipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)发送的通过TA，TE 发送AT指令来控制MS(Mobile Station)的功能与GSM 网络业务进行交互用户可以通过AT指令进行呼叫短信电话本数据业务补充业务传真等方面的控制【11】。中央微处理器MCU和GSM引擎之间采用AT指令实现互相之间的通信，因此有必要具体分析相关的A

57、T指令。更详细的资料可以参考附录的AT指令相关内容。当我们对GSM模块进行操作时，无疑要通过一定的方式和指令进行，这才能发挥GSM模块的强大功能。此时，AT指令便成了嵌入式MCU和GSM块之间沟通的桥梁。AT Command是ETSI(欧洲通信技术委员会)发布的指令集，其中包含了对电话和SMS（短消息）的控制。MCU通过GSM模块的串行接口，向GSM模块收发一系列的命令，从而达到控制GSM模块电话呼叫和收发短消息的目的。在单片机实现过程中，注意它所发送的指令与接收到的响应都是字符的ASCII码。用MCU控制GSM模块接听拨打电话和收发短消息时，所涉及的重要AT指令如表4-1所示。中央微处理器MCU和GSM引擎之间采用AT指令实现互相之间的通信，因此有必要具体分析相关的AT指令。更详细的资料可以参考附录的AT指令相关内容。当我们对GSM模块进行操作时，无疑要通过一定的方式和指令进行，这才能发挥GSM模块的强大功能。此时，AT指令便成了嵌入式MCU和GSM块之间沟通的桥梁。AT Command是ETSI(欧洲通信技术委员会)发布的指令集，其中包含了对电话和SMS短消息）的控制。MCU通过GSM模块的串行接口，向GSM模块收发一系列的命令，从而达到控制GSM模块电话呼叫和收发短消息的目的。在单片机实现过程中，注意它所发送的