2012年大学本科毕业设计毕业论文_答辩精选02_GPS汽车防盗系统设计

1、GPS汽车防盗系统设计 GPS vehicle anti-theft system design 摘要 近年来，对机动性强、数量众多的移动目标进行有效监控防盗、紧急救援和提供各种信息效劳的需求，在客运、公安、银行、物流等行业表现得尤为突出。GSM数字蜂窝通信系统的出现，使得人们能够对移动目标进行全国范围、实时、全天候的监控防盗。将GPS定位技术和GSM相结合，具有广泛的应用前景。 本系统分为车载局部和用户 两局部。车载终端利用模块化的思想进行设计，主要包括DSP中央处理模块，GPS模块，GSM模块，检测控制模块。构建此硬件平台实现了用户与车载系统的通信，使用户通过 短消息对汽车的状态进行监控，

2、结合车载终端安装的GPS接收机获取地理位置信息，从而实现了全方位的汽车定位与防盗。 本文软件局部介绍了GPS通信协议NMEA-0183，短消息收发格式，AT指令及源代码开放的嵌入式操作系统。最后设计了主要应用程序，如GPS数据采集处理、GSM模块数据传输以及状态检测控制模块等。通过引入实时操作系统，提高了系统的实时性和可靠性；将系统功能任务化，便于软件后期维护与修改。1. 概述1.GPS技术的开展状况2.GPS的主要功能3.设计目标 1.1 GPS技术的开展状况 GPS技术在车辆跟踪与防盗方面的应用，兴起于20世纪80年代末的欧美兴旺国家，至今已有十几年的历史。从应用实践看，利用GPS技术对移

3、动目标进行跟踪监控能够为车辆应用单位带来管理上、经济上的效益，并且实现实时报警的防盗系统克服了传统车载防盗系统可靠性低、误报率高的缺点,取得了良好的效果。这些国家的政府部门也对GPS在车辆应用方面从政策上，经费上给予支持，因此，GPS在车辆应用方面越来越普及。在我国GPS技术应用于车辆管理断断续续也将近十年了，但效果却远远不如国外成功。 1.2 GPS的主要功能 导航功能：也即是电子地图功能，这个功能才是GPS的正统功能。车主只要输入起点和终点，该系统便立即将两地之间的最正确捷径指给车主。 反劫功能：车主尤其是出租车开到郊外，如果遇到几个悍匪劫车，也不再是孤军奋战。有强大的GPS系统支持，车主

4、只要按下报警开关，车辆会向监控中心发出遇劫报警。如果报警开关被悍匪发现并遭到破坏时，遭破坏的系统能自动发出报警信号，监控中心便立即启动实现自动跟踪系统，立刻将车辆的位置信息反响给110，以便对车主进行及时营救。 防盗功能：当车主离开车辆，车辆处于平安设防状态时，如果有人非法开启车门或发动车辆，车辆会自动报警，此时车主 、车辆监控中心同时会收到报警 ，不劳车主费脑伤神，监控中心的值班人员会立即联系110报警；且车辆自动启动断油、断电程序。1.3 设计目标 随着人们生活水平的提高，汽车逐渐进入了普通家庭，中国各大城市的汽车保有量逐年增加。同时,汽车被盗、被抢也成为一个较为严重的社会问题。虽然各类汽

5、车防盗/报警器在汽车上的应用在一定程度上解决了汽车的平安问题，但随着盗贼手段的提高，大多的报警器容易迅速被破坏。汽车报警的方式多为灯光闪烁和喇叭鸣响，车主不一定能得到报警，周边的居民却被严重干扰。此外，盗贼破坏报警器，盗走汽车后，外观稍加改动，汽车就如石沉大海，无法追踪了。为了解决这些问题，本设计利用GPS监控的方式跟踪汽车位置，在被盗情况下可利用GSM短信模块随时向车主或公安部门发送汽车的GPS定位，加快破案速度。 2. 通信平台的选择 目前，车辆防盗系统的通信平台有常规通信网、集群通信网、GSM网、CDPD( Cellular Digital Packet Data，蜂窝数字分组数据)网以

6、及GPRS网等多种方案。 1常规通信网:常规通信网信道利用率低，通常采用大区制，覆盖范围小，仅适用于构建小系统。 2集群通信网:集群通信网虽然信道利用率比常规通信网有所提高，但是信道建立需要时间，系统在TDMA(时分多址)传输模式下，容量过大时系统的实时性得不到保证，并且误码率相对较高。 3CDPD网:CDPD网虽然传输速度快，但其建网范围相对较小。 4GSM短消息:GSM短消息业务的通信方式是目前用的较多的一种，因为其覆盖范围大，并且可以全国漫游。 5GPRS网:GPRS具有传输速率大，频率利用率高，误码率几乎为零，支持多种网络协议，并且支持漫游等特点。 综合传输速率、频率利用率、网络时延、

7、覆盖范围、性价比等多方面的考虑，选用GSM网络作为系统通信平台。3. GPS汽车防盗系统功能实现的总体规划 移动车辆配备的GPS接收机用以获取自己当前的位置、时间等信息，然后通过通信链路向监控中心站发送状态和位置等信息；在监控中心站，无线接收机接收各子站的位置信息，并通过通信控制器送往电子地图，显示各移动车辆的运行轨迹。系统由监控软件及无线通信实现对车辆的状态监控，这样就实现了对车辆的监控防盗管理。系统原理图如图2所示。 图2 系统原理图4. 系统总方案设计 本系统的共有五大要素构成:防盗器车载端、车主、监控中心、GSM网络和GPS网络。其中GSM, GPS两大网络是防盗器车载端、监控中心和车

8、主之间交互操作的纽带和桥梁。 系统由 和车载终端两局部组成，重点设计是车载终端，它由硬件和软件两局部组成。硬件局部主要由检测控制模块，DSP核心控制模块，GPS模块，无线通信模块和液晶显示模块等组成。系统具体功能由软件实现。系统工作原理如下: 车辆状态检测和控制电路与车辆电路相连，并动态捕获车辆的实时状态传入系统核心控制模块(称为控制中心)，假设车辆处于正常状态，系统不作响应，假设车辆处于不正常状态(如被非法侵犯)，控制中心通过无线通讯模块向车主 周期性发出相应短信，并等待车主通过 发回的指令，假设收到控制指令，控制中心通过车辆控制接口对车进行相应的控制(如熄火、声光报警等)；假设收到查询位置

9、信息指令，核心模块通过串口获取GPS模块位置信息，然后通过无线通信模块将信息发到车主 上。系统硬件设计的方案 1. DSP核心板 2. GPS接收模块 3. 无线通信模块 4. 车辆状态检测与控制 DSP核心板 DSP核心板由 CPU TMS320LF2407A、SRAM、JTAG调试接口、复位、晶体振荡器、PLL电路和MP/MC选择跳线等组成。TI公司的DSPTMS32OLF2407A有出色的内核性能，丰富的外部接口和低功耗。采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，降低了控制器的功耗；40MIPS的执行速度使得指令周期缩短到25ns，从而提高了控制器的实时控制能力。片内有高达3

10、2KB的FLASH程序存储器、 1.5KB的数据/程序RAM、544双存取RAM(DRAM)和2KB的单存取 RAM(SRAM)。可扩展的外部存储器总共有192KB的空间：64KB的程序存储器空间、64KB的数据存储器空间、64KB的I/O寻址空间。有高达40个可单独编程或复用的通用输入/输出引脚(GPI0)。由于LF2407A只有一个串口，为此系统用8251扩展一个串口，分别用于与无线通讯模块和GPS模块通讯。另外在系统中增加了液晶显示模块，LCD采用 1602，可以显示2行字符，每行16个字符，主要用来显示经纬度，时间等信息和提示信息。 GPS接收模块 在系统中使用台湾 Holux GR-

11、85 GPS模块负责接收定位信息，信息经DSP处理以后，显示在车载LCD上，同时根据用户控制指令可以通过无线通讯模块将经纬度、时间、日期、车速等信息发送给用户 。GPS模块通过扩展的串口与DSP通信。 无线通信模块 系统中使用SIEMENS的MC39i模块，MC39i是新一代的双频GSM/GPRS无线模块，是目前使用广泛的 MC35i GSM模块的环保型升级换代产品。它采用紧凑型设计，完全兼容于上一代MC35i产品，为用户提供了简单、内嵌式的无线连接。MC39i有丰富的AT命令，功能强大，操作灵活方便，是继GSM 外又一种非常重要的GSM移动通信系统的终端设备。MC39i通过串口与DSP通信。

12、 系统通过该模块与车主 实现远程无线数据的传输。车主 主要是获取车辆的状态信息，同时也可实现对车辆的远程防盗控制，如车辆的断火等。在系统中主要是采用短信的方式实现对车辆的远程无线防盗控制。但在较大规模的车辆监控系统中，为了增强系统的实时性，那么可采用该模块的GPRS传输功能，不过这种方案在一定程度上会提高系统的本钱。 车辆状态检测与控制 主控板上增加与汽车控制检测板的接口。通过检测接口，主控板能获取汽车的当前状态，如车门的开、关状态，汽车是否启动等。根据这些状态，系统能对车辆实施相应的控制，主要是汽车双蹦灯、报警喇叭和断火的控制。车辆的状态信息可直接连入主控板CPU的I/0口，通过读CPU对应

13、的I/0口，获取车辆的状态。对车辆的控制那么不能直接连接主控板CPU的I/0口，必须在I/0口上连接继电器，通过继电器实现对车辆的控制。 系统软件设计的方案 系统要求通过 实现车辆的防盗控制，基于系统确定的硬件方案，软件应实现如下几局部功能:(l)车辆状态的检测；(2)车辆的控制；(3)短信的收发功能；(4)GPS数据的采集。 由于系统控制较复杂，为了增强系统性能和简化软件开发，软件移植了嵌入式实时操作系统c/os-，在该操作系统下，设计了系统的主要任务函数，包括GPS定位信息采集，车辆状态检测控制，短消息数据收发等。 软件任务设计 系统控制任务的主要功能是GPS定位信息提取，GSM模块数据收

14、发，检测车辆状态等，主要任务设计如下。1.GPS数据采集模块： GPS模块与扩展串口(串口1)相连，硬件设置为:波特率9600bPs，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。GPS模块工作之前，必须先初始化串口。GPS每1s更新一次输出数据，数据长度固定。本系统采集RMC格式的数据，RMC的格式及具体含义在前面做了详细的介绍。 根据GPS数据的特点，GPS数据采集思想如下:首先查找帧头$GPRMC，一旦找到帧头，标志位置位，表示己接收到帧头；在接收到帧头的情况下，判断接收的字符是否为帧尾，如果接收的字符不是帧尾，把其放进GPS的数据缓冲区，同时判断己接收的字符长，如果己接收字符长超过80，认为己

15、接收的所有数据无效，重新开始接收；如果接收的数据为帧尾，认为接收到完整的帧，进行校验，判断接收的数据是否正确，如果正确，写入GPS缓冲区；如果不正确，抛弃，重新开始接收。该函数停止执行的条件是 :串口1的接收缓冲区读空。 下面给出GR-85采集数据流程，如图3。2.短消息收发模块 短信的接收:当有短信到来时，MC39i将发送“+CMTI: “SM,N给DSP的串口，其中N为短信编号。如第8条，那么N为8，串口收到短信后，处理函数先根据“+CMTI:“SM，8的内容解析出收到的短信的ID为8，打包成“Ar+CMGR=8的命令发给MC39i模块，过一段时间，该模块返回ID号为8的短信，其内容为“+

16、CMGR:“ REC UNREAD， “，“07/05/15，12:27:29+32， #8734closedoor#OK。为了确保控制的合法性，程序先对发送过来的短信号码进行合法性检查，只有与设定的 号码相符合的短信的内容才作为控制命令处理，而对于其他的短信，都给予屏蔽掉，阻止错误操。经过过滤号码之后程序将该返回的内容进行数据提取，将命令数据提取出来，该例中的内容为“closedoor，于是DSP根据提取出的命令来驱动外围控制电路进行控制工作。当控制结束之后，程序将发送“AT+CMGD=8命令给MC39i模块，目的是将刚刚收到的短消息删除，当成功删除后，MC39i模块返回“OK，程序接收到该条返