大学毕业设计基于GPRS的车用防盗报警定位系统毕业设计.docx
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大学毕业设计基于GPRS的车用防盗报警定位系统毕业设计
序号:
编码:
河南科技大学“挑战杯”
科技作品竞赛
作品报告
作品名称:
基于GPRS的车用防盗报警定位系统设计
学校全称:
河南科技大学
类别:
科技制作
基于GPRS的车用防盗报警定位系统设计(硬件)
[论文摘要]
本系统设计是基于GPRS的远程监控汽车防盗,具体是要实现一个电子化,智能化,高可靠性的系统。
这个系统把用户的手机或计算机作为整个系统的监控终端,短消息/GPRS数据作为车载模块与手机的传输媒介。
系统的基本工作原理是这样的,当系统正常工作时,如果受到非法侵袭(如玻璃被打破,车门被撬),这时通过安装在车上的传感器的检测,首先发出声光报警,然后将信息提供给车载模块,车载模块再将信息处理判断后,以短消息或GPRS的形式将具体情况发送到用户手机或网站。
由于使用GSM/GPRS网络作为系统通信的媒介,凡是GSM/GPRS网络能覆盖的地方就能保证系统正常运行,所以系统基本不受距离的限制。
本系统主要由单片机,振动传感器以及SIM300模块组成,借助最可靠、最成熟的GSM/GPRS网络,以最直观的短消息形式,直接把汽车的遇险情况反映到车主的手机屏幕上,以便车主在第一时间发现险情,从而进行必要的防范。
它主要是采用振动传感器进行检测,把感应到的振动信号转换为电信号,单片机是该系统的主要部件,通过GSM/GPRS模块发送信息.
将这种技术应用于汽车远程防盗报警系统,弥补了传统防盗报警器报警方法的不足,并且降低成本、不受地域限制、报警准确迅速,能够达到汽车远程控制防盗报警系统的要求。
关键词:
汽车远程防盗GPRS模块单片机振动传感器能量供应模块
TheVEHICLEANTI-THEFTALARMSYSTEMDESIGN
BASEDONGPRS
ABSTRACT
ThisissueisbasedontheGPRScaralarmremotemonitoring,specificallytoachieveanelectronic,intelligent,high-reliabilitysystems.Thesystemtotheuser’smobileterminalasamonitorofthesystem,shortmessage/GPRSdataasavehiclemoduleandcellphonetransmissionmedium.Thebasicworkingprincipleofthesystemisthatwhenthesystemwork,ifbytheillegalinvasion(suchastheglasswasbroken,thedoorhadbeenbroken),thistimebyinstallingsensorsinthevehicletesting,thefirstaudiblealarm,andtheninformationprovidetothevehiclemodule,vehicleinformationprocessingmodulethenjudgeaftertheformofashortmessageorGPRSsenttotheuserspecificmobilephoneorwebsite.TheuseofGSM/GPRSnetworkasasystemofcommunicationmedia,GSM/GPRSnetworktocoverallareaswillbeabletoensurethenormalrunning,sothesystembasicallyfreefromtheconstraints.
Thissystemconsistsofsingle-chipmicrocomputer,pressuresensorsandSIM300modem.Itusesthemostreliable,mostmatureGSM/GPRSmobilenetwork,inordertotellthestateofvehicletotheownersintheformofshortmessageinChinese.Thiswillhelpownersfindthefirsttimedangerofelectricvehiclesinordertocarryoutpreventive.Itusessensorstodetectvibration,thevibrationsignalisconvertedtoelectricalsignal.Single-chipmicrocomputeristhemaincomponentsofthesystem.ThissystemdispatchesashortmessagebyGSM/GPRSmodem.
Thetechnologyusedincarremoteanti-theftalarmsystem,makeupthetraditionalmethodsofburglaralarmalarmdeficiencies,andlowercost,withoutgeographicalrestrictions,warningisaccurateandquick,abletoreachtheremotecontrolcaranti-theftalarmsystemrequirements.
KEYWORDS:
GPRSmodule,single-chipmicrocomputer,vibrationsensors,vehicleanti-theft
前 言
随着人民生活水平的不断提高,汽车数量不断增加,特别是轿车正以很快的速度步入家庭,车辆的频繁被盗又成为当今普遍关注和急需解决的社会问题。
人们为了车辆的安全大都安装了汽车防盗报警系统。
虽然各种各样的汽车防盗技术已得到普遍应用,但传统的汽车防盗装置已不适应现代发展的要求,主要存在以下不足:
防盗方式比较单一;报警范围小;容易产生误报,其声控报警的噪音干扰周围居民生活等等。
随着空间信息技术、移动通信技术、数据库技术、计算机技术、网络技术的迅速发展,为现代化的车辆防盗系统的建立创造了优越条件。
现有的电子技术、网络技术、通信技术等新技术为现代的交通运输管理带来了许多便利。
通过GPS将车辆的瞬时运动状态和车辆位置即车辆的适时的经度、纬度、运动方向、车辆速度、车辆状态及报警状态等经过编码再通过GPRS无线通信链路实时发送到车辆监控管理中心,监控中心可以向车载单元发送相关的指令,从而实现车辆的远程管理。
采用GPS技术的汽车反劫防盗系统中安装在指挥中心的中央控制系统、安装在车辆上的移动GPS终端及GSM通信网络组成,接受全球定位卫星发出的定位信息,计算移动目标的经纬度、速度和方向,并利用GSM网络的短信息平台作为通信媒介实现定位信息的传输,具有传统GPS通讯方案无法比拟的优势。
一旦汽车被盗或出现异常,指挥中心可立即通过GPS接收终端设备信号,确定汽车实时地理位置和多方面信息,配合各方而力量及网络优势追回被盗汽车
。
其中报警网络系统主机安装在汽车尾部的行李厢中,并与空中警察全球定位系统联网。
当汽车被盗后,报警网络系统工程可通过全球定位系统,不断向警方显示汽车行程坐标和传送汽车内人员的谈话内容,以便迅速找到被盗汽车并抓住盗贼。
系统设计的提出和主要目标:
随着科技水平的不断提高,传统的防盗报警器由于种种不足已经不能满足人们的需要,本文研究的车用GPRS防盗报警系统是利用短消息业务实现数据通信,用于对汽车状态的远距离监控。
重点探讨通过采用单片机控制SIM300模块进行短信息收发的实现过程,其低投入、高效率的特性带动起一个全新的通讯技术的推广应用,而且随着无线网络的不断发展,短消息的应用将进一步适用于3G网络。
因此,研究汽车远程防盗报警系统具有较好的实用价值和广阔的市场前景。
本系统是设计实现基于GPRS的车用防盗报警器的硬件。
硬件的设计包括以下几个方面的内容:
传感器模块负责监测区域内信息的采集和数据转换;处理器模块负责控制整个系统的操作,存储和处理本身采集的数据以及其他模块发来的指令;无线通信模块负责与其他模块交换控制消息和收发数据;能量供应模块为本系统提供运行所需的能量。
一、系统设计
1、系统设计的内容
手机/计算机远程监控汽车防盗系统,具体是要实现一个电子化,智能化,高可靠性的系统。
这个系统把用户的手机或计算机作为整个系统的监控终端,GPRS数据或短消息作为车载模块与手机的传输媒介。
系统的基本工作原理是这样的,当系统正常工作时,如果受到非法侵袭(如玻璃被打破,车门被撬),这时通过安装在车上的传感器的检测,以GPRS或短消息的形式将具体情况发送到用户手机或电脑。
并且车载GPS全球定位系统可以给出汽车的具体位置,这个位置在用户发出查询位置信息指令后,通过车载部分处理,通过短消息发送到用户手机。
由于使用GSM网络作为系统通信的媒介,凡是GSM网络能覆盖的地方就能保证系统正常运行,所以系统基本不受距离的限制。
2、系统设计的原理
系统由手机和车载终端两部分组成,重点设计是车载终端,它由硬件和软件两部分组成。
硬件部分主要由检测控制模块,STC89系列核心控制模块,GPRS/GSM无线通信模块等组成。
汽车GPRS防盗报警系统的设计思路是:
当启动防盗报警模式后,系统中的传感器检测模块便处于工作状态,一旦传感器检测到相应的外界干扰信号,系统便被触发,单片机控制系统进行判断处理后,一方面发出汽车警报声吓走入侵者;另一方面利用无线网络将短消息发送至用户手机(或监控中心),告知车辆遭受外部侵入或盗窃,以便车主即时的采取防范措施。
系统的总体框图以及各模块特性
系统硬件结构如图1-1:
图1-1
1.车辆的检查与转换模块
通过传感器感应车辆状态,监测车辆的状态,如车门的开关等,本设计选用振动传感器。
又因为单片机只能识别和处理数字量,因此,必须将模拟信号经过转换器,把模拟量转换成数字量,才能实现单片机与现场数据之问的信息交换。
A/D转换器的功能是把模拟量变换成数字量。
设计中采用的是8位高速逐次逼近型模/数转换器ADC0809实现相应的控制并通过AD转换器将信息传送给处理器。
2.微处理器模块
微处理器模块选用的单片机是STC89C52,该产品可使实时控制、实时处理的功能更加完善,简化了硬件配置,实现高效的信息处理和控制。
3.无线通信模块
通过GPRS/GSM网络能够收发短信,实现车载终端与手机通信。
该模块采用GPRSSIMCOMSIM300来实现。
4.能量供应模块
能量供应模块为本系统所有模块提供所需能量,选用LM1084。
二、基于GPRS的车用防盗报警器的硬件设计
2.1微处理器模块——STC89C52
单片机片内带有8K字节闪速可编程、可擦除寿命1000次程序存储器。
该产品与工业标准8051中单片机完全兼容,并且还可支持两种软件可选的省电模式,工作时钟最高可达到24MHz。
使实时控制、实时处理的功能更加完善,简化了硬件配置。
2.11单片机电路
STC89C52引脚如图2-1
图2-1
2.2GSM/GPRS模块——SIMCOMSIM300
SIM300实物图及其卡座示意图如图2-2
SIM300实物图
SIM300卡座
图2-2
2.21SIM300电路
SIM300电路如图2-3所示:
图2-3
2.22SIM300应用程序接口
SIM300除了RF接口,还有60个引脚(引脚说明见表2-1)与外部硬件连接、引脚间距为0.5mm的板板连接器与用户移动应用平台连接,板板连接器的子接口有如下特征:
●电源供电
●双串行接口
●两个模拟音频接口
●SIM卡接口
2、SIM300的操作模式见表2-2
表2-2操作模式
模式
功能
正常操作模式
GSM/GPRS休眠
如果DTR设为高电平且没有空中或音频活动请求,没有硬件中断(比如GPIO中断或串口数据)模块会自动进入休眠模式。
此时,模块的电流消耗将减到最小。
休眠模式时,模块仍然可以从系统接收寻呼信息和短消息。
GSMIDLE(GSM空闲)
软件在运行。
模块已接入GSM网络且准备好发送和接收。
GSMTALK(GSM对话)
两个客户端之间的CSD(电路交换数据业务)已连接,此时的功耗取决于网络设置,比如DTX的开关,FR/EFR/HR,跳频序列,天线。
GPRSIDLE(GPRS空闲)
模块准备好GPRS的数据传送,但还没有数据发送或接收,此时的功耗取决于网络设置和GPRS的配置(比如多时隙的设置)
GPRSDATA(GPRS数据)
有GPRS数据在传输(PPP或TCP或UDP),此时的功耗与网络设置有关(比如功率控制电平),上/下行数据传输速率和GPRS的配置(比如多时隙的设置)
断电模式
发送指令AT+CPOWD=1或者按关机键正常关机。
电源管理集成电路与模块的基频部分断开切断供电,只有实时时钟的供电还在。
软件不工作。
串口不连接。
仍然提供与VBAT连接的工作电压。
最小系统模式(不用切断电源)
不用切断电源,用指令AT+CFUN可设置此模式,此时,模块的射频部分不工作或者SIM卡不连接,或两者都关闭,但串口仍然连接。
此模式下的功耗非常小。
警报模式
当模块在断电模式时,实时时钟的报警功能激活此受限模式。
SIM300不接入GSM网络,仅部分AT指令可以使用。
3、串口通信
主控端主要由装有毛控端监控软件的上位机和GSM模块组成,上位机和GSM模块通过串口相连。
此外还可通过GSM手机,直接利用短消息来监控。
操作时,直接发送相关命令,来对监控目标实施监控。
RS-232引脚如图2-4所示。
图2-4RS-232引脚示意图
RS232与GSM模块的连接方法如图2-5所示。
图2-5RS-232与GPRS模块连接图
2.3数据采集模块——ADC0809
因为单片机只能识别和处理数字量,因此,必须将模拟信号经过转换器,把模拟量转换成数字量,才能实现单片机与现场数据之问的信息交换。
ADC0809是八位的逐次逼近式A/D转换器,包括一个8位的模/数转换器、一个8通道多路转换开关和与微控制器兼容的控制逻辑。
8通道多路转换开关具有锁存功能,可对8路0—5V的输入模拟电压信号分时进行转换。
8位的模/数转换器由地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR、控制与时序电路等组成,其输出具有TTL三态锁存缓冲器,可直接连接到点偏激数据总线上。
2.31ADC0809的内部逻辑电路
ADC0809内部逻辑电路如图2-6所示
图2-6ADC0809的内部逻辑电路
2.32ADC0809电路引脚结构
转换速度取决地芯片的时钟频率。
时钟频率范围10—1280KHZ,当CLK=500KHZ时,转换速度为128μs
图2-7ADC0809电路
2.4外设
2.41振动传感器——ADXL202
图2-8ADXL202引脚示意图
ADXL202传感器是由震荡器,X、Y方向传感器,相位检波电路以及占空比调制器组成,而且使用简单,具有数字输出接口和模拟电压信号输出接口。
X、Y方向传感器是两个相互正交的加速度传感器。
这两个传感器同时工作,可以测量动态变化的加速度和恒定的加速度。
ADXL可以测量正、负两个方向的加速度,而且具有很广的测量范围,可以测量2g/10g的加速度。
ADXL202相对于地平面方向变化时,X、Y方向对应不同的输出,从而可以计算出恒定的加速度。
传感器之后,级连相位检波器,主要是用来修正信号,并对信号的方向做出判断。
从检波器输出的信号,通过一个32K的电阻来驱动占空比调制器。
我们可以通过在XFILT和YFILT引脚外接电容CX和CY来改变带宽。
外接电容对于滤除噪声和抑制零点漂移都有好处。
信号通过低通滤波器之后,占空比调制器把信号转换为数字信号输出。
通过T2脚的外接电阻可以改变T2的周期(0.5ms到10ms),这很适合于在精度要求不同的场合下使用。
ADXL202还可以直接输出模拟信号,模拟信号经过A/D转换处理也可得到加速度值。
加速度传感器ADXL202测量车辆在二维平面X和Y方向的加速度值,以脉宽调制信号的形式输出,经过CPLD得到占空比值(即T1/T2),并触发中断,把比值送入处理器。
经过2次积分运算得到相对位移,缓存在内存中;同时,GPS接收机ITRAX02接收基于无线的卫星导航载波信号,解调后通过串行接口将信号帧送入嵌入式微处理器,由微处理器按照规定的传送协议进行信息提取,从而获得二维平面位置、海拔高度、星历时间、误差分析等数据,并进行缓存。
得到相对位移和GPS定位数据后,微处理器EP7312将相对位移数据和GPS数据通过分布式数字卡尔曼滤波方式融合在一起,得到精度比较高的定位信息,并采用地图匹配算法在电子地图上标绘出当前位置,通过对LCD屏的刷新,将定位、导航信息及时提供给用户。
该系统使用加速度传感器和GPS作为数据源进行组合导航,既可以发挥加速度传感器短期定位精度高、自主导航不受外界干扰的优势,又可以发挥GPS导航长期定位稳定,使用简单的优势,减少了误差积累带来的影响,提高了系统性能。
2、振动传感器的安装
考虑到汽车的车身空间有限和传感器的体积大小,其放置的位置也很重要,既要能准确检测到干扰信号,又要不影响司机和乘客的乘坐。
所以我们的设想是在车的四个车门、车前盖、车后盖等六个位置都要安装传感器,如图2-10所示。
图2-9
图2-10
图中的安装的六个位置基本上覆盖到了整个车身,如果有人非法打开车前后盖或是撬开了车门进入车内的话,传感器可以很快的检测到物体的进入,迅速实现报警。
2.42供电电路——LM1084
1、供电电路的选择
SIM300从VBAT采用单电压供电,电压为3.4V—4.5V。
某些情况下,当电流消耗升至典型峰值2A时,其传输脉冲的波动可能导致电压下降,所以电源供电必须能够提供足够到2A的电流。
2、LM1084电路图
LM1084电路如图2-11所示
图2-11
2.43蜂鸣器
蜂鸣器如图2-12所示。
这里选用SIM300第36引脚来驱动一个蜂鸣器作为铃声输出。
图2-12
2.44LED灯
1、LED传感器指示灯
LED指示灯如图2-13所示:
图2-13
将这六个灯与STC89C52单片机的端口相连,以便显示出是哪个传感器发出的信号。
2.5“看门狗”电路
当单片机系统受到强干扰后可能造成程序失控,使CPU进入“死循环”,或者使程序“跑飞”。
为使这种“跑飞”或进入“死循环”的程序自动恢复,重新正常工作,一种有效的办法是采用硬件“看门狗”技术。
利用“看门狗”
技术能不断地监视程序运行的时间,一旦超过限定时间,就确认系统己经“死机”,“看门狗”立即将CPU复位,使之返回正常的程序流程。
单片机系统
图2-14
中采用X25045芯片,它集电压监控、掉电保护、“看门狗”为一体与STC89C52
配合构成一个完整的微机应用系统。
STC89C52的P1.0可作为“看门狗”的定时输入脉冲信号。
当系统软件出现故障,P1.0经一定时间问隔没有脉冲输出。
X25045(引脚见图2-14)的“看门狗”将起作用,使RESET(复位)有效,重新启动系统。
当电压降低或突然断电时,X25045将向STC89C52请求中断,保护采集的数据不被遗失。
三总结与展望
总结:
本系统是利用GSM/GPRS网络来实现远程监控,是现代化高科技的车辆防盗的一个典型代表。
本系统运用STC89C52单片机,GPRS通讯模块的SIMCOMSIM300,负责数据采集的ADC0809,振动传感器ADXL202等模块,实现了汽车远程监控防盗功能。
展望:
本设计依托GSM公众网,建立了远程遥控和报警防盗系统,监控范围广,系统成本低,功能较多。
除了设计的功能外,以后还可根据市场发展和用户需要,扩展其他功能。
因此,该设计将会有较好的市场发展前景。
作为方兴未艾的无线服务,短消息正在展现出无穷的魅力和广阔的市场潜力,跟任何新兴的市场一样,在热潮的后面不可或缺的仍然是规范和多方合作。
随着通信技术的发展、新兴通信网络3G系统的使用,远程监控系统的数据传输质量、传输效率以及覆盖地区都将得到极大改善,远程监控系统的实时性也大为增加,其应用也必将渗透到越来越多的领域。
本人相信未来的通讯技术和嵌入式系统的告诉发展,必将深深影响人们生活的方方面面,人与人之间的沟通将会更加自由,多样化,个性化。
人们的生活将会更加便捷、安全。
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附 录
基于GPRS的车用防盗报警器电路
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