本科毕业论文-基于GPSGSM汽车防盗系统设计

1、摘要随着中国经济的迅猛发展，人民生活水平的提高，购车的家庭越来越多，私人汽车日益增多，治安状况恶化，汽车被盗对有发生，汽车的定位与防盗也成为市场的一大需求。目前汽车防盗系统存在存在功能简单、可靠性低、误报警、报警距离短等缺点。GPS（Global Positioning System，全球卫星定位系统）提供了一种可靠有效的车辆定位方法，而利用 GSM（globalsystemformobilecommunications，全球移动通信系统）无线通信技术可将定位数据信息迅速传递到接收端，两者结合形成 GPS/GSM 车辆监控系统，为解决以上问题找到了一个很好的解决办法。如果车主有一部收发短消息的

2、GSM手机，防盗系统就可以实现实时报警，并且GPS可确定具体车辆的方位信息，便于查找丢失的汽车。本文在对目前各种常规汽车防盗装置的不足进行分析的基础上研究一种基于GPS/GSM的智能车辆防盗系统的软硬件设计方案及其实现。该系统由STC12C5A60S2单片机、SIM300无线模块、GPS接收机及防盗传感器等组成。微处理器对收集到的信息进行处理，确认后可锁死发动机同时向车主手机或监控中心发出信息，以实现汽车监控，防止被盗。关键词:GSM；GPS；汽车防盗系统AbstractWith the rapid development of Chinas economy, the improvement

3、of peoples living standard, the principle of more and more families, private cars is growing and security situation is worse, car theft has to happen, car positioning and security has become a big market demand.At present guard against theft system is simple and reliability have functional low, fals

4、e-negatives, alarm short distance from shortcomings. GPS (global positioning system) provides a reliable and efficient vehicles positioning method, and use GSM (global system for mobile communications) wireless communication technology can will locate data information quickly passed to the receiver,

5、 both union form GPS/GSM vehicle monitoring system, to solve the above problem found a good solution. If the owner have a mobile phone short messages and send and receive the GSM, guard against theft system can realize real-time alarm, and GPS can determine the orientation of the specific vehicle in

6、formation, it is easy to find the lost car.In this paper at present various conventional lack of guard against theft system based on the analysis of the research based on GPS/GSM intelligent vehicle security system hardware and software design of the scheme and realization. The system consists of ST

7、C12C5A60S2 microcontroller, SIM300 wireless module, GPS receiver and guard against theft sensor etc. Microprocessor to collect the information processing, the engine can be confirmed at the cell phone owners locked or the monitoring center sends out information, so as to realize the car monitoring,

8、prevent the theft.Keywords: GSM; GPS; Guard against theft system目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc325026132 1 前言 PAGEREF _Toc325026132 h 1 HYPERLINK l _Toc325026133 1.1 课题背景 PAGEREF _Toc325026133 h 1 HYPERLINK l _Toc325026134 1.2 课题研究的目的和意义 PAGEREF _Toc325026134 h 1 HYPERLINK l _Toc325026135 2 系统组成及工作

9、原理 PAGEREF _Toc325026135 h 2 HYPERLINK l _Toc325026136 2.1系统组成 PAGEREF _Toc325026136 h 2 HYPERLINK l _Toc325026137 2.2单片机控制核心 PAGEREF _Toc325026137 h 3 HYPERLINK l _Toc325026138 2.2.1 STC12C5A60S2系列单片机的内部结构 PAGEREF _Toc325026138 h 3 HYPERLINK l _Toc325026139 2.2.2 STC12C5A60S2单片机管脚说明 PAGEREF _Toc325

10、026139 h 4 HYPERLINK l _Toc325026140 2.3 GPS模块 PAGEREF _Toc325026140 h 8 HYPERLINK l _Toc325026141 2.3.1 GPS 概述 PAGEREF _Toc325026141 h 8 HYPERLINK l _Toc325026142 2.3.2 GPS系统原理及应用 PAGEREF _Toc325026142 h 8 HYPERLINK l _Toc325026143 2.4 GSM通讯模块 PAGEREF _Toc325026143 h 10 HYPERLINK l _Toc325026144 2.

11、4.1 GSM通讯简介 PAGEREF _Toc325026144 h 10 HYPERLINK l _Toc325026145 2.4.2 GSM通讯模块的选择 PAGEREF _Toc325026145 h 10 HYPERLINK l _Toc325026146 2.4.3 SMS 短消息简介 PAGEREF _Toc325026146 h 11 HYPERLINK l _Toc325026147 2.4.4 SMS 的网络体系结构 PAGEREF _Toc325026147 h 11 HYPERLINK l _Toc325026148 2.4.5 SMS 的数据接口和控制模式 PAGE

12、REF _Toc325026148 h 12 HYPERLINK l _Toc325026149 2.4.6 SMS 的特点 PAGEREF _Toc325026149 h 13 HYPERLINK l _Toc325026150 3 硬件电路设计 PAGEREF _Toc325026150 h 15 HYPERLINK l _Toc325026151 3.1系统总体设计 PAGEREF _Toc325026151 h 15 HYPERLINK l _Toc325026152 3.2 GPS芯片的输出电路介绍 PAGEREF _Toc325026152 h 15 HYPERLINK l _To

13、c325026153 3.3 SIM300模块输出电路设计介绍 PAGEREF _Toc325026153 h 16 HYPERLINK l _Toc325026154 3.4 显示模块电路设计 PAGEREF _Toc325026154 h 17 HYPERLINK l _Toc325026155 3.4.1 12864概述 PAGEREF _Toc325026155 h 17 HYPERLINK l _Toc325026156 3.4.2 12864 管脚功能 PAGEREF _Toc325026156 h 17 HYPERLINK l _Toc325026157 3.4.3 显示模块的电

14、路连接如图所示： PAGEREF _Toc325026157 h 18 HYPERLINK l _Toc325026158 3.5 传感器模块电路设计 PAGEREF _Toc325026158 h 19 HYPERLINK l _Toc325026159 4 软件程序设计 PAGEREF _Toc325026159 h 21 HYPERLINK l _Toc325026160 4.1 软件总体模块介绍 PAGEREF _Toc325026160 h 21 HYPERLINK l _Toc325026161 4.2 串口通信处理 PAGEREF _Toc325026161 h 22 HYPER

15、LINK l _Toc325026162 4.3 GPS定位数据处理 PAGEREF _Toc325026162 h 23 HYPERLINK l _Toc325026163 4.4 短信处理及AT指令 PAGEREF _Toc325026163 h 24 HYPERLINK l _Toc325026164 5 总结 PAGEREF _Toc325026164 h 26 HYPERLINK l _Toc325026165 致谢 PAGEREF _Toc325026165 h 27 HYPERLINK l _Toc325026166 参考文献 PAGEREF _Toc325026166 h 28

16、 HYPERLINK l _Toc325026167 附录 PAGEREF _Toc325026167 h 301 前言1.1 课题背景随着世界经济的迅速发展，工业生产率大幅度提高，人民生活水平极大地改善汽车以其方便灵活的特点迅速普及，汽车逐渐进入百姓家庭，随着家用轿车的不断普及和高速客运、物流配置等行业的蓬勃发展，车辆防盗报警也逐渐成为人们关注的热点，随之而来的汽车防盗系统越来越引起人们的关注。在解决汽车防盗问题上，传统汽车的报警方式主要采用灯光闪烁和喇叭鸣响，尽管市场上的汽车防盗系统正在改善，但是大多还停留在声光报警阶段，达不到好的防盗效果。这些传统的防盗方式存在有三种缺陷，一是报警器容易

17、被破坏，而失去防盗功能；二是喇叭鸣响声会造成周边居民生活被严重干扰；三是汽车被盗后，外观稍加改动，就很难追踪。1.2 课题研究的目的和意义随着 GSM 网络通信技术的飞速发展以及 GPS 技术在全球范围内的普及和更大规模、更深层次的应用，使人们找到了汽车防盗手段：将 GPS、GSM技术与车辆联系起来，构建一个高效实用、业务适应性强、易于维护、系统升级扩容简单方便并能够实现对车辆进行监控、跟踪、反劫、防盗、报警、调度的多功能 GPS/GSM 车辆监控系统。它可以实时对车辆的位置、运行状态等动态信息进行监控，及时排除车辆遇到的问题，可以提高车辆的有效利用率，保障司乘人员的人身安全，提高车辆抢险救援

18、效率，合理有效的利用现有道路资源，提高道路通行能力，减少交通事故。2 系统组成及工作原理GPS/GSM汽车防盗系统可以利用GSM短信息业务(SMS)方式传输数据，。文中选取ublox GPS模块、sim300模块和单片机系统构建了车载设备，并采用SMS与车主实现信息的双向传输。近十年来，GPS技术逐渐成熟，GPS技术已经广泛地应用于汽车导航中。GPS具有方便、快捷、廉价等特点，在车载系统中得到普遍的重视。GPS全球卫星定位系统是美国开发的新一代卫星导航与定位系统，它不仅具有全球性、全天候、连续的精密导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰和保密性，从根本上解决了地球上的导航与定位问题，可以满足不同

19、的需要。GSM系统是目前应用最广的一种通信系统，我国目前已经建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网。GSM的短消息业务不用拨号建立连结，直接把要发送的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿。2.1系统组成系统组成如图1所示，当车主离开车辆时，即可启动防盗系统，首先车主需设置手机号，以备接收车辆的定位信息，此时，单片机控制GPS模块，不断获取GPS定位数据，并对获取的GPS数据进行分析，从而获取包括车辆的经、纬度以及速度等信息。系统通过车辆上安装的传感器的数据来判断车辆是否被移动，如果车辆被非法移动，单片机将控制GSM模块将车辆的定位信息通过短消息，发送到车主

20、指定的手机中，以做将来的证据使用。车主第一时间知道车辆位置后，即可通过GSM远程网络控制防盗系统，切断车辆的点火电路，使车辆熄火。同时，车主将车辆定位信息提供给警方，尽快找回自己的车辆。图 1 防盗系统总体结构图2.2单片机控制核心采用宏晶科技公司的单时钟机器周期的单片机STC12C5A60S2，它是高速、低功耗、超抗干扰的新一代51系列单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快812倍，具有60kB在系统可编程Flash存储器，其具有两个独立的采用UART工作方式的全双工串行通信接口，可方便地实现单片机同时与GPS和GSM进行数据通信。2.2.1 STC12C5A60S2系列单片机的内

21、部结构STC12C5A60S2系列单片机的内部结构框图如图2所示。STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器(CPU)、程序存储器(Flash)、数据存储器(SRAM)、定时/计数器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内R/C振荡器和外部晶体荡电路等模块。图2 STC12C5A60S2系列单片机的内部结构框图2.2.2 STC12C5A60S2单片机管脚说明单片机管脚图如图3所示，管脚说明如表1所示。表1 单片机管脚说明表管脚管脚编号管脚说明 P0.0 P0.7 39-32 P0 : P0口既可作为输入/输出口，也可作为地址/数据复用总线使用。

22、当P0口作为输入/输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。当P0作为地址/数据复用总线使用时，是低8位地址线A0A7，数据线的D0D7。P1.0/ADC0/CLKOUT21P1.0标准I/O口PORT10ADC0ADC输入通道-0CLKOUT2独立波特率发生器的时钟输出可通过设置WAKE_CLKO2位/BRT-CLKO将该管脚配置为CLKOUT2 P1.1/ADC12P1.1标准I/O口PORT11ADC1ADC输入通道-1P1.2/ADC2/ECI/RxD23P1.2标准I/O口PORT12ADC2ADC输入通道-2EC1PCA计数器的外部脉冲输入脚RXD2第二

23、串口数据接收端P1.3/ADC3/CCP0/TxD24P1.3标准I/O口PORT3ADC3ADC输入通道-3CCP0外部信号捕获(频率测或当外部中断使用)、高速脉冲输出及脉宽调制输出TXD2第二串口数据发送端P1.4/ADC4/CCP1/SS5P1.4标准I/O口PORT14ADC4ADC输入通道-4CCP1外部信号捕获(频率测或当外部中断使用）、高速脉冲输出及脉宽调制输出SSSPI同步串行接口的从机选择信号P1.5/ADC5/MOSI6P1.5标准I/O口PORT15ADC5ADC输入通道-5MOSISPI同步串行接口的主出从入(主器件的输出和从器件的输入）P1.6/ADC6/MISO7P

24、1.6标准I/O口PORT16ADC5ADC输入通道-6MISOSPI同步串行接口的主入从出(主器件的输入和从器件的输出)P1.7/ADC7/SCLK8P1.7标准I/O口PORT17ADC7ADC输入通道-7SCLKSPI同步串行接口的时钟信号P2.0 P2.721-28Port2: P2口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可作为高8位地址总线使用(A8 A5)。当P2口作为输入/输出口时，P2是一个8位准双向口P3.0/RxD10P3.0标准I/O口PORT30RxD串口1数据接收端P3.1/TxD11P3.1标准I/O口PORT31TXD串口1数据发送端P3.2/INT012P3.

25、2标准I/O口PORT32INT0外部中断0，下降沿中断或低电平中断P3.3/INT113P3.3标准I/O口PORT33INT1外部中断1，下降沿中断或低电平中断P3.4/T0/INT/CLKOUT014P3.4标准I/O口PORT34T0定时器/计数器0的外部输入INT定时器0下降沿中断CLKOUT0定时器/计数器0的时钟输出可通过设置WAKE_CLKO0位/T0CLKO将该管脚配置为CLKOUT0P3.5/T1/INT/CLKOUT115P3.5标准I/O口PORT35T1定时器/计数器1的外部输入INT定时器1下降沿中断CLKOUT1定时器/计数器1的时钟输出可通过设置WAKE_CLK

26、O1位/T1CLKO将该管脚配置为CLKOUT1P3.6/WR16P3.6标准I/O口PORT36WR外部数据存储器写脉冲P3.7/RD17P3.7标准I/O口PORT37RD外部数据存储器读脉冲P4.4/NA29标准I/O口PORT44P4.5/ALE30P4.5标准I/O口PORT45ALE地址锁存允许P4.6/EX_LVD/RST231P4.6标准I/O口PORT46EX_LVD外部低压检测中断/比较器RST2第二复位功能脚P4.7/RST9P4.7标准I/O口PORT47RST复位脚XTAL119内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时

27、钟源的输入端XTAL218内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输入的时钟行输出VCC40电源正极Gnd20电源负极，接地图3 STC12C5A60S2系列单片机管脚图图2.3 GPS模块2.3.1 GPS 概述全球定位系统(Global Positioning System-GPS)是由美国国防部及陆海空三军联合研制的新型卫星导航系统。该系统自上世纪 70 年代开始研制，历20年，耗资 200 亿美元，于 1994年全面建成，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。该系统以卫星为

28、基础，使用无线电导航定位，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间信息。2.3.2 GPS系统原理及应用GPS 定位的基本原理如图4所示，是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，利用几何与物理的一些基本原理，计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间等信息。假定卫星的位置为已知，通过一定的方法，并且又准确测定出地面点 A 至卫星间的距离，那么A 点一定位于以卫星为中心、以所测的距离为半径的圆球上。若能同时测得点 A至另两颗卫星的距离，则该点一定处在三圆球相交的两个点

29、上。根据地理知识，很容易确定其中一个点是所需要的点。在以上假设下，即已知卫星位置又可同时测定到三颗卫星的距离，即可进行定位但由于 GPS 卫星是分布在 2 万多公里高空的运动载体，只能是在同一时间测定三个距离才可定位，要实现同步必须具有统一的时间基准，从解析几何角度出发，GPS 定位包括确定一个点的三维坐标与实现同步四个未知参数，因此必须通过测定到至少 4 颗卫星的距离才能定位。图4 GPS定位原理GPS定位主要采用伪距定位法。GPS伪距定位的基本定位原理:卫星不间断的发送自身的星历参数和时间信息。GPS接收机通过接收观测范围内的几个卫星，可以得到几个关于伪距的方程，将这几个方程结合所接收的卫

30、星星历数据，经过处理可以得到接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。接收机时钟偏差是接收机的时间偏差，对于每颗卫星都是相同的，其接收机的位置和时钟偏差计算式为：d1= (x- x1)2+(y-y1)2+(z- z1)2+ c(dt-dT1)d2= (x- x2)2+(y-y2)2+(z- z2)2+ c(dt-dT2)d3= (x- x3)2+(y-y3)2+(z- z3)2+ c(dt-dT3)d4= (x- x4)2+(y-y4)2+(z- z4)2+ c(dt-dT4)其中，d1，d2，d3，d4是测量的伪距，c是电磁波的速度，dT1，dT2，dT3，dT4是GPS接收时钟偏差

31、项，卫星时钟偏差项dt可以从广播导航信息由接收机计算出。2.4 GSM通讯模块2.4.1 GSM通讯简介GSM(Global System for Mobiles communication) 全球移动通信系统，是欧洲国家为了创造一个统一的、完整的泛欧蜂窝移动通信系统，联合了欧洲二十多个国家的电信运营部门、研究所和生产厂家组成的标准化委员会设计的。GSM 基于时分多址技术（TDMA)数字蜂窝移动通信系统，它在世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规范，是在蜂窝系统的基础上发展起来的第二代移动通信系统。GSM 通信系统以语音业务为主，也支持无线的数据业务，标准化程度高并具有严密、完整和公开

32、等特点，这不但有利于设备的研究、开发和制造，也有利于各项移动电信业务的开发、推广和应用，因而被大多数国家厂商和运营商所采用。经过多年的快速发展，GSM 通信技术日臻成熟，目前可为我国广大客户提供短信息、呼叫转移、移动秘书、手机炒股、IP 电话等几十种甚至上百种业务，满足了当今社会对信息多样化个性化的需求，是世界上使用最广、用户数最多、覆盖面积最大、技术上最成熟的移动通信系统。GSM 系统有如下特点： GSM 有越区切换和漫游功能，可以实现国际漫游； GSM 可以提供多种业务，包括话音业务和一些数据业务； GSM 有较好的保密功能，提供对移动识别码的加密、用户数据的加密以及用户鉴权等； GSM

33、还有一些其他的特点，如容量大、通话质量较好、有电子信箱与短消息功能等。2.4.2 GSM通讯模块的选择无线通信模块芯片的选择余地较大Siemens公司的MC55模块、SIMCOM公司 的SIM300模块等，经综合考虑尤其是性价比分析，本文选择了后者。SIMCOM公司的SIM300 模块体积较小，可靠性高，而且内置了TCP/IP协议，用户只需投入少量的研发费用， 在较短的研发周期里就可集成开发自己的应用系统。模块支持外部SIM卡，可直接与1.8 V和3.0V的SIM卡连接， 并自动监测和适应SIM卡类型，但需注意模块的SIM卡与I/O口连接时需串接电阻以作匹配。2.4.3 SMS 短消息简介SM

34、S 是短信息业务(Short Message Service)的简称，是通过手机发送和接收有限长度的文本信息的一种通信机制。文本信息是词语、数字和字母的组合，一条短信息可以包含 160 个英文字母(7-bit 编码)或 70 个非拉丁字母(16-bit 编码)。GSM数字蜂窝移动通信系统作为公共电话网的一部分，它的服务一般是建立在呼叫连接的基础上的，而短消息是 GSM 中唯一不要求建立端到端业务路径的业务，即使移动台己处于通话(或数据传输)过程中时亦可进行短消息传输。这一点十分重要，这样就不需要使用其它的通信方式或占用另外的信道就可以同时进行短消息的传输。本系统采用短信方式通知车主。发送和接收

35、SMS的模式有3种：BLOCK模式、TEXT模式和PDU模式。 很多手机都不支持BLOCK模式， 故目前很少采用；TEXT模式是纯文本方式， 可使用不同的字符集，比较简单；PDU模式被所有手机支持，可使用任何字符集，编码比较复杂。 SIM300通过AT命令将信息发送到车主手机。AT指令集一般指专门用来控制调制解调器的指令集，用于数据传输通信领域，目前已成为全球通用的标准。 2.4.4 SMS 的网络体系结构SMS网络体系结构如图5所示： 图5：短信业务的网络体系结构图5相关含义如下：SME：短消息实体。一个能够接受和发送短消息的功能实体它可以位于固话系统移动基站或其他服务中心内。SMSC：短消

36、息服务中心。在 SME 和移动台之间传输短消息的过程中负责中继、存储和转发短消息的功能实体。SMSC 不属于 GSM 系统任何组成部分，但是在实际运营中SMSC和MSC往往是合而为一的。SMS-GMSC：短消息入口网关移动服务交换中心。一种能够从 SMSC 接收短消息的 MSC，接收由 SMSC 发送的短消息向 HLR 查询路由信息和短消息信息然后转发短消息到接收者所在的 MSC。SMS-IWMSC：短消息互通移动服务交换中心。通俗的说就是短消息出口交换中心，一种能够从 PLMN 内部接收短消息并把它递交到接收者所属的 SMSC 的MSC。SS7：7 号信令系统。GSM 系统中采用的是 CCI

37、TT NO.7 交换和控制子系统，包括 MSC、HLR 和 VLR，采用的 CCITT NO.7 信令系统是由公共信令网提供的，完成必要的的控制功能。2.4.5 SMS 的数据接口和控制模式在 GSM 系统，短消息的收发是通过数据终端设备（DTE）数据电路端接设备（DCE）之间的终端接口来实现的。该接口是一个符合 CCITT V.24（与EIARS-232-C 兼容）异步串行接口，GSM 规范对通过该接口进行短消息传输定义了三种控制协议，即二进制协议（块模式）、基于字符的使用 AT 命令接口协议（文本模式）和基于字符的使用十六进制编码的二进制传输消息块接口协议（PDU 模式）。块模式（Bloc

38、k mode）块模式是一种使用二进制编码来传输用户数据的接口协议。为了提高可靠性，它还带有差错保护，因而适合于链接不完全可靠地区，尤其是那些要求控制远程设备情况。它属于GSM第一阶段的短消息传输接口协议，当时 GSM 系统还不太成熟，可靠性不高，因而使用块模式符合当时的实际情况。现在 GSM 系统已进入第二阶段，技术非常成熟，可靠性很高，可是为了保持与第一阶段兼容，GSM 规范仍然保留了块模式。但是建议使用 PDU 模式。在两个移动台之间的每一次短消息发送都是由数据块和校验和构成(如图 3-4 所示)DLE和 STX是开始序列，DLE和 ETX 是结束序列，BCS 是校验和。文本模式(Text

39、 mode)文本模式可使用不同的字符集，从技术上来说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。它是一种利用文本信息控制移动台短消息功能的接口协议，主要是用 AT 指令集完成对移动台的操作。文本模式具有操作方便的特点，但要完成一次短消息操作需要多个 AT 指令共同执行，且不支持非 ASCII 字符的传送。AT 指令集是 GSM 标准规定的一系列命令，用它可以完成大多数移动台的操作。PDU模式(Protocol Data Unit mode)PDU 模式是一种使用 AT 指令传送十六进制编码的二进制用户数据的接口协议，这种传送方式类似于计算机网络中的分组交换，每一条短消息的

40、全部用户数据作为一个数据块，加上目的地址和控制信息一次性发送出去。它是将短信息正文经过十六进制编码后传送。有些 AT 命令结构无需理解消息块的内容，仅在移动终端和终端设备的上层驻留程序之间传输数据块，基于这种 AT 命令的应用程序非常适合这种模式。PDU 模式是 SMS 的三个控制模式中最具有广泛实用性的模式。PDU 相当于一个数据包，它又构成短信息(SMS)的信息组成。作为一个数据单元，它必须报告源、目的地址、保护(有效)时间、数据格式、协议类型和正文，正文长度可达 140 字节，它们都以十六进制表示，PDU 结构根据短信息由移动终端发起或以移动终端为目的而不同。在本设计中采用的短消息控制模

41、式即为PDU模式。2.4.6 SMS 的特点SMS 具有如下特点：覆盖面广短消息和话音是同网传送的，所以 GSM 网络的覆盖范围就是短消息的覆盖范围，凡是能打移动电话的地方均可收发短消息。费用低廉短消息的收费目前是按条计费的，而且一条的费用低于一分钟的电话费，这使得在信息量较少时短消息相对于电话有一定的成本优势。很多情况下，正是因为短消息具有通讯成本低、可靠性高、抗干扰能力强、不受通讯线路限制、使用方便、灵活、通讯快捷、覆盖广、存储转发、费用低廉、稳定性高等优点，它比较适合于小流量的远距离数据传输领域。如楼宇设备安全监控、车辆监控调度、野外数据采集、水利水情监控、环境远程监测、GPS 定位数据

42、回传等。3 硬件电路设计3.1系统总体设计本系统总体框图如图所示， 它由STC12C5A60S2单片机模块、GSM 模块、GPS模块、汽车传感器模块、12864显示模块组成。本系统通过单片机的串口与GPS模块和GSM模块通信，通过串口读取GPS信息。单片机还连接的车窗车门的震动传感器，发生异常时便将从串口一接受的GPS数据信息利用串口二控制SIM300模块以SMS的方式发送至车主的手机上。车主可以通过短信发送指令，控制系统切断车辆的点火电路，使车辆熄火，进一步控制器通过继电器控制油路，还可以控制锁死车门、车窗。3.2 GPS芯片的输出电路介绍GPS 模块主要完成汽车 GPS 数据的接收，系统采

43、用瑞士u-blox公司的NEO-5M主芯片，该芯片拥有50个通道的u-blox引擎，1百多万个有效相关器，热启动和辅助启动首次定位时间小于1秒；支持AssistNow Online及AssistNowOffline并采用了u-blox KickStart微弱信号攫取技术，能确保采用此模组的设备在任何可接收到信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能并进行快速定位。且具有成本低廉，体积小，功能强等优点。图6 GPS硬件连接电路3.3 SIM300模块输出电路设计介绍SIM300模块SIM300模块是Simcom公司研制的GSM通信模块 。该模块尺寸小、功耗低，内嵌强大的TCP/IP协议，

44、提供通用的AT控制命令。SIM300内部集成了完整的射频电路和GSM 基带处理器，提供2个串口、1个SIM卡接口、通用I/O接口等。 产品，内嵌强大的TCP/IP协议栈，实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。只需单片机通过发送AT命令即可对SIM300模块进行控制。SIM300模块为用户提供了：通用串口和调试串口。因为模块提供的2个串口都是 TTL 电平，需通过电平转换芯片，将 TTL 电平转换成 RS232 电平。 设计中采用MAXIM公司的MAX232芯片进行电平转换，使用TXD、RXD、GND3根线构成3线串口 。SIM卡与模块之间通过SIM卡座进行连接，设计中采用6针SIM卡座，

45、其信号线主要有：电源(VCC)、地(GND)、复位(RST)、状态(VPP)、时钟(CLK)、数据(I/O)，其中状态线VPP不接。SIM卡电源可以是1.8V或3V，RST、CLK、I/O3个引脚分别连接22 电阻后，再与SIM300的SIMRST、SIMCLK、SIMDATA相连，SIMDATA与VSIM间还需要接一个上拉电阻。图7：SIM300模块电路3.4 显示模块电路设计3.4.1 12864概述系统采用12864液晶作为显示模块，12864 液晶显示模块是 12864 点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置国标 GB2312码简体中文字库（16X16点阵）、128个字符

46、（8X16 点阵）及64X256 点阵显示 RAM（GDRAM） 。可与CPU直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。具有多种功能：光标显示、画面移位、睡眠模式等。 3.4.2 12864 管脚功能12864液晶管脚说明如表2所示：表2 12864液晶管脚说明管脚号管脚名称管脚功能描述1VSS电源地2VDD电源电压 3V0液晶显示器驱动电压 4D/I(RS)D/I=“H”，表示DB7DB0为显示数据 D/I=“L”，表示DB7DB0为显示指令数据 5R/WR/W=“H”，E=“H”数据被读到DB7DB0 R/W=“L”，E=“HL”数据被写到IR 或DR 6ER/W

47、=“L”，E 信号下降沿锁存DB7DB0 R/W=“H”，E=“H”DDRAM数据读到DB7DB0 7DB0数据线08DB1数据线19DB2数据线210DB3数据线311DB4数据线412DB5数据线513DB6数据线614DB7数据线715CS1H:选择芯片(右半屏)信号16CS2H:选择芯片(左半屏)信号17RET复位信号，低电平复位18VOUTLCD驱动负电压19LED+ LED背光板电源 20LED- LED背光板电源3.4.3 显示模块的电路连接如图所示：12864 液晶与单片机的连接如图8所示：图8 12864 与单片机连接示意图3.5 传感器模块电路设计系统传感器部分如图9所示，

48、在系统工作状态下，若汽车有异常情况，如车门被打开、车窗被砸破，产生的强烈震动或声音等只要触发其中的一个传感器，使与传感器相连的单片机管脚的电平发生变化(由低电平变成高电平)，此变化作为信号，经单片机判断后确认是警情信号，单片机将控制SIM300将GPS位置信息通过短信方式发送给给预设的个人监控号码。车门控制器油门踏板传感器油路控制器车窗控制器震动传感器图9 系统传感器示意图4 软件程序设计4.1 软件总体模块介绍本防盗系统软件由界面程序、信号处理和信号输出等三部分组成。信号处理程序实现了单片机对GPS和传感器信号的采集、解析等以及通过GSM网络向用户发送车辆定位信息等；界面程序主要完成键盘处理

49、、液晶显示等，实现了与用户良好的沟通；控制信号程序实现对GSM信号的接收与分析并执行指令完成对车辆开关的控制；其软件总框图如图所示。图10 汽车被盗处理流程图11 用户控制程序流程图12 总体程序框图4.2 串口通信处理单片机与GPS模块和单片机与SIM300模块之间的通讯依靠串口通信。STC12C5A60S2拥有两个独立的串口，可以同时与GPS模块和SIM300模块通信。本设计中，利用串口1读取GPS数据，串口二与SIM300模块通信。串口使用独立波特率发生器，独立波特率发生器1T，波特率发生器9600bps，数据格式为8位，无校验位，一位停止位。图14 GSM信号串口发送流程图 图13 G

50、PS串口信号接收流程图 4.3 GPS定位数据处理UBLOX NEO-5系列GPS芯片采用了NMEA-0813标准数据格式。NMEA-0183是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association )为海用电子设备制定的标准格式。输出采用ASCII 码，其串行通信的参数为：波特率9600bps，数据位8bit，开始位=1bit，停止位1bit，无奇偶校验。数据包中包含以下数据：GPRMC（Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT DataRMC推荐定位信息）对于一般的GPS动态定位应用，GPRMC语句完全满

51、足要求。该语句中包括经纬度、速度、时间和磁偏角等字段，这些数据为导航定位应用提供了充分的信息。GPGGA（Global Positioning System Fix DataGGA，GPS定位信息）GPS定位主要数据，该语句中包括经纬度、质量因子、HDOP、高程、基准站号等字段。GPGSV语句（GPS Satellites in ViewGSV，可见卫星信息）GPS可见星的方位角、俯仰角、信噪比等 每条语句最多包括四颗卫星的信息，每颗卫星的信息有四个数据项。$GPVTG语句(Track Made Good and Ground SpeedVTG，地面速度信息）；$GPGSA语句（GPS DOP

52、 and Active SatellitesGSA，当前卫星信息）。#GPGSA : GNSS 的当前卫星和精度因子，包括可见卫星PRN号，以及PDOP、HDOP、VDOP。$GPGLL语句（输出大地坐标信息）。$GPGST 语句（GPS 伪距噪声统计，包括了三维坐标的标准偏差信息）。$GPCN0语句各颗用于解算的卫星信噪比。在本系统中只需要读取GPRMC数据段已然足够，下面详细GPRMC语句中的各个字段：$GPRMC，字段$GPRMC语句意义取值范围UTC时间：hhmmss.ss000000.00235959.99 状态，有效性A表示有效；V表示无效纬度格式：ddmm.mmmm0000000

53、008959.9999 南北半球N北纬；S南纬经度格式：dddmm.mmmm00000.000017959.9999东西半球E表示东经；W表示西经 地面速度000.00999.999速度方向000.00359.99 日期格式，月日年010100123199 磁偏角，单位：度00.0099.99 磁偏角方向E表示东；W表示西 模式指示及校验和A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效 4.4 短信处理及AT指令当单片机检测到汽车被盗时，系统就会通过串口控制SIM300将GPS信息通过短信发送给机主，发送短信一般使用Text模式和PDU(Protocol Data Unit，协议数据单元)模式

54、。使用Text模式收发短信方法简单，缺点是不能收发中文内容;PDU模式可以支持中文短信，也能发送英文短信。系统中视情况使用text模式或PDU模式。传送GPS信息利用text格式，应为GPS数据无需中文内容，text代码简单足够使用；发送汽车的状态和控制信息则利用PDU模式，由于PDU模式的纯英文短消息解码不方便，因此收发纯英文字符和数字字符时，采用Text模式。GSM的控制指令都是通过AT指令达到的，下面列出系统用到的部分AT指令。表3 常用AT指令表 命令功能命令功能AT检测模块是否正常工作AT+CMGS发送短消息AT+CLIP显示呼叫方标志AT+CMGW向内存写短消息AT+CMGD删除短

55、消息AT+CMSS发送内存忠存储的消息AT+CMGF选择短消息格式AT+CNMI新短消息到来提示AT+CMGL从内存中列出短消息AT+CSCA设置短消息中心地址AT+CMGR读短消息AT+CSCB选择蜂窝广播消息5 总结经过实际硬件的搭建和软硬件的调试，本防盗系统的各项功能都能很好地实现了报警功能。该防盗系统基于单片机控制将广泛使用的SIM300功能模块与流行GPS技术相结合，不但充分利用了技术成熟的GSM移动通信网络，克服了普通监控系统中的诸多局限性，而且利用GPS技术可为车辆防盗以及追查被盗车辆提供极为有效的帮助。GSM与GPS相结合的思想还可以用于家用电器控制、车辆监控系统等。该设计的主

56、要创新点体现在将SMS技术、GPS全球定位技术传感器技术配合单片机控制技术统一起来完成了汽车防盗定位系统的设计，在实验室阶段的测试中获得了较理想的效果。系统的两大优点，一是利用了最普遍使用的GSM网络通讯，能够快速建网，通信可靠，投资少，应用前景良好;其次，利用免费的GPS技术进行定位定位准确。采用GSM技术和GPS技术的汽车防盗系统克服了传统声光报警器报警距离较短，报警形式较单一等不足。通过利用现有的GSM网络，成功地解决汽车报警系统的通信问题。在系统的具体应用中，短信的传输实时性不强等问题可以考虑利用3G移动网络和未来的4G移动网络。具体实现手段要根据对系统性能、软件及硬件条件的实际要求来

57、决定。参考文献1 李建平，闰科，熊修波.GPS车辆监控系统设计与实现技术J.长沙大学学报，2001，Vol.15(1).2 萧阳.车载GPS动态监控与智能交通平台研究D.成都:成都理工大学，20083 杨为.GPS-GSM车载控制器的设计与实现D.武汉:武汉理工大学，20054 刘磊.GPS车辆监控与调度系统研究D.山东:山东科技大学，2004，5 杨希锐.车载定位导航系统发展状况及市场前景J.上海:汽车与配件，2004.6 张庆全.基于GPS/GIS车辆监控系统的设计与实现D.哈尔滨:哈尔滨理工大学，2007.7 吴玉田.GPS/GSM车辆监控调度系统中车载台的设计D.中国科学院研究生院，2

58、0028 郑金山.一种车载GPS自主定位系统的硬件实现D.山东:山东大学，2007.9 章健，谭立华.GPS智能交通引导系统J.导航，1998，(9):31-37.10 杨怀春.星站差分GPS定位技术介绍J.物探装备，2004，1(3):7883.11 张瑞，陈凯.基于GPS卫星导航定位原理与方法M.北京:科学出版社，2003.12 毛丽.基于GPS&GGPRS的车载卫星定位导航系统设计D.重庆:重庆大学，2007.13 俞侃.GPS车载定位终端的设计与实现D.武汉:华中科技大学，2005.14 张勤，李家权.GPS测量原理及应用M.北京:科学出版社，2005.15 Elliott D.Kap

59、lan.Principle and Application of GPSM.电子工业出版社，2002:45-78.16 王惠南.GPS导航原理与应用M.北京:科学出版社，2003.17 吴彦文.移动通信技术及应用M.武汉:华中师范大学出版社，2006.18 Yi Bing Lin， Lmrich Chlamtac.无线与移动网络结构M.北京:人民邮电出版社，2002.19 韩斌杰.GSM原理及其网络优化（第一版）M.北京:机械工业出版社，2002.20 陈国锋.基于GIS/GPS/GSM的车辆监控系统的应用研究D.武汉:华中科技大学，2006.21 何林娜.数字移动通信技术M.北京:机械工业出

60、版社，2004.22 张威.GSM网络优化原理与工程M.北京:人民邮电出版社，2003.23 孙儒石，丁怀源，穆万里等.GSM数字移动通信工程(第一版)M. 北京:人民邮电出版社，1996.24 崔燕.短消息业务应用系统M.西安:西安电子科技大学，2002.25 王芳.基于GSM短消息无线通信系统的研究D.苏州:河海大学，200626 李鸿.用单片机控制手机收发短信息.计算机应用，2003，(l).27 文瑞，周靖，文开琪.PDA掌中宝M.北京:海洋出版社，2000.28 张慧敏.嵌入式GPS定位系统的设计与实现D.重庆:重庆大学，2007.29 ETSI GSM 07.07.Digital