基于物联网的汽车防盗系统的设计毕业论文.doc

XXXX学院毕业论文（设计）基于物联网的汽车防盗系统的设计 电子信息工程专业 XXX指 导 教 师 XXX 摘要：为了提高汽车防盗系统的可靠性，降低汽车报警的误报率，本文在利用物联网在监测领域的优势基础之上，研制了基于物联网技术的汽车防盗系统。本文首先对国内外汽车领域的现状进行了调查，据互联网统计数据显示，全世界每年汽车销售量达5000多万辆，保有量已超过4亿辆。然而，汽车被盗事件的发生也越来越频繁。美国汽车被盗率为0.36辆/S，每年至少有150万辆汽车被盗；香港每年也有4000辆汽车被盗。在失窃的汽车中，一半以上都是装有汽车防盗系统的；在北京，被盗的机动车辆中装有防盗装置的占总数的2/3以上。这些数据足以说明现有的汽车防盗系统并不完善。本文利用物联网技术构建了汽车防盗系统的结构模型，制定了应用于该防盗系统的各种传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的功能。使汽车防盗的可靠性能够在一定程度上得以控制。基于物联网技术的汽车防盗系统利用模块化的思想进行设计。总体设计后，对防盗系统的电源模块，控制模块，通信模块，定位模块，显示模块分别进行细化设计，最后进行整个系统的联机调试试验。本文还将设计制作的系统原型机进行了模块测试和整体性能测试。通过测试分析，确定了用于汽车防盗的实车搭载方案，为该设计的产品化奠定了坚实的基础。测试结果表明，基于物联网技术的汽车防盗系统能够较为准确地进行汽车防盗预警，降低了误报率，并具有经济、环保的特点。该系统基本实现了既定设计目标，为汽车防盗产品的开发提供了一个崭新的设计方向。关键词：汽车防盗，物联网，传感设备，互联网第一章 前言1.1 课题研究的背景及意义1.1.1 课题研究的背景随着经济的快速发展，汽车已经作为了人类重要的交通工具并且其数量正在不断增加。然而，现代科技的发展亦使得汽车被盗事件的发生越来越频繁。这给社会带来极大的不安定因素。为了防范汽车被盗，各种防盗装置应运而生。汽车防盗器按其结构和功能可以分为四大类：机械式、电子式、芯片式和网络式。虽然绝大多数轿车都装有汽车防盗系统，但是抽样调查显示：在失窃的汽车中，一半以上都是装有汽车防盗系统的；在北京，被盗的机动车辆中装有防盗装置的占总数的2/3以上。这些数据足以说明现有的汽车防盗系统并不完善。而网络防盗系统的基本工作原理是通过网络来实现车门的开关、马达的启动和汽车的截停、定位及远程车况报告等功能。它的最大优势是突破了距离的限制。一旦汽车被盗或出现异常，终端设备就会发出信号，指挥中心在通过GPS全球卫星定位系统得到这些信号后会计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向，熄灭发动机和配合各方力量追回车辆。因此，我国汽车防盗产品的升级换代势在必行，汽车防盗必将进入一个物联网防盗的新时期。1.1.2 课题研究的意义本课题研究的意义，综合起来在于以下几点：一、引入了物联网技术，提出一种新的全方位汽车安全解决方案，通过设计具有远程监控功能的网络通讯平台，为汽车防盗系统的无线网络化发展提供了良好的应用基础。二、在网络的基础上开发的系统可以使汽车用户随时随地了解汽车的位置，对车辆进行位置跟踪，保障汽车用户的生命财产安全，为汽车防盗安全体系的实现提供了一种新型公共解决方案。三、利用较低的硬件环境完成较高的系统功能，为网络式汽车防盗系统市场探索出一条新路，为今后网络式防盗系统在国内的普及奠定了基础。四、20世纪90年代以来，汽车防盗技术得到了迅速发展，而我国汽车防盗技术的基础薄弱，且研究工作起步较晚，因此，了解国内外汽车防盗装置的现状和发展动态，对于研究和促进我国汽车防盗装置的发展有着极其重要的作用。1.2 国内外汽车防盗设备的发展状况国外汽车防盗技术起步较早，由于汽车被盗事件还是时有发生，盗车者用各种方法来盗取他们认为值钱的汽车，也正是由于盗车者的出现，汽车的防盗系统技术也在不断改进，以此来和盗车贼日新月异的技术相抗衡。1986 年，美国通用公司首次推出了汽车防盗系统。到目前为止，通用公司已经开发出了第四代汽车防盗产品。在汽车领域，所有美国、日本和欧洲的主要汽车制造商最新开发出来的防盗系统在面世之初就要准备迎接更加先进的防盗技术的冲击和挑战。而我国在汽车防盗技术方面一直较为落后，其原因是：一、我国的汽车制造厂商对汽车防盗的认识不够重视，资金投入不足。二、我国在防盗技术上的不足，从而限制了防盗技术的发展。三、国内经济、科学技术发展的不平衡性及地区性差异的存在，不同档次的汽车用户对防盗产品和技术需求各异，使汽车防盗新技术、新产品在国内大面积推广还需要一段时间。四、我国制定的汽车防盗法规还不够健全，执行也不够严格。随着科学技术的快速发展，计算机处理技术、传感器技术、数据通讯技术、网络技术和控制技术等有效地应用于汽车防盗系统中，促进了汽车防盗技术的高度智能化和功能多样化。汽车防盗经过几十年的发展，安全性能得到了极大的改善和提高，防盗产品也经历了有简单到复杂，由手动控制到智能化的不断变化发展过程。国内外市场上防盗器的种类繁多，按其结构与功能可分四大类：机械式防盗系统、电子式防盗系统、芯片式防盗系统和基于物联网的网络式防盗系统。机械式防盗系统机械锁是最传统最简单最廉价的防盗装置，它主要是利用简单的机械式原理，将转向盘和控制踏板、 排挡或车轮等锁住。使其不能有效发挥应有的作用以达到防盗的目的。目前，国内常见的机械式防盗装置有：转向盘锁、排挡锁、车轮锁。电子式防盗系统随着电子技术在汽车上的应用，各种电子式防盗系统应运而生，目前电子式防盗是最广泛的汽车防盗设备。常见的电子式防盗系统有：单向通信电子防盗器、双向防盗器、钥匙防盗器、感应式电子防盗器。芯片式防盗系统目前在汽车防盗领域位居重点的是芯片式数码防盗器，它通过电子数据组的询问和应答来判断用户使用的是否是合法的钥匙，并以此确定是否允许发动机管理系统的控制器工作。由于特点突出且使用方便，目前进口的很多高档轿车均采用这种防盗方式作为原配防盗器。物联网防盗系统物联网防盗系统的基本工作原理是通过网络来实现车门的开关、马达的启动和汽车的截停、定位及远程车况报告等功能。一旦汽车被盗或出现异常，GPS终端就会发出信号，指挥中心在通过GPS全球卫星定位系统得到这些信号后会计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向，具有传统的GPS通信方案所无法比拟的优势。各类防盗系统优缺点比较如下表所示：防盗系统优缺点对比表 特点分类优点缺点机械式防盗器价格便宜、安装简便防盗不彻底；拆装麻烦，不用时还要找地方放置电子式防盗器价格便宜；具有声音报警、车门未关安全提示、寻车、遥控中央门锁等功能无法反馈汽车情况，抗干扰能力差；不易安装，遥控器耗电量大；钥匙可被专用仪器复制；操作时密码信息会被泄露芯片式防盗器使用方便；增加了独特的射频识别技术；很难复制芯片钥匙，杜绝了被扫描的可能钥匙一旦丢失，重新匹配可能要等上一段时间网络式防盗器功能全；网络控制，突破了距离的限制；24小时不间断、高精度的监控；系统价格昂贵通过比较，可以发现网络防盗是最安全的一种防盗系统。通过设计具有远程监控功能的通讯平台，为汽车防盗和监控提供了全方位解决方案，为汽车防盗系统的无线网络化发展提供了技术基础。虽然此系统价格昂贵，目前仅用于少数高端车型上尚未实现普及，但是物联网防盗是未来发展的方向。第二章 物联网2.1物联网的原理物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。2.2物联网的应用城市交通领域应用物联网技术，可以节约能源、提高效率、减少交通事故的损失。道路交通状况的实时监控可以减少拥堵，提高社会车辆运行效率；道路自动收费系统可以提升车辆通行效率；智能停车系统可以节约时间和能源，并降低污染排放；实时的车辆跟踪系统能够帮助救助部门迅速准确的发现并抵达交通事故现场，及时处理事故清理现场，在黄金时间内救助伤员，将交通事故的损失降到最低。通过监控摄像头、传感器、通信系统、导航系统等手段掌握交通状况，进行流量预测分析，完善交通引导与信息提示，缓解交通拥堵等事件的发生，并快速响应突发状况；利用车辆传感器、移动通信技术、导航系统、集群通讯系统等增强对城市公交车辆的身份识别，以及运营信息的感知能力，降低运营成本、降低安全风险和提高管理效率。增强对交通“一卡通”数据的分析与监测，优化公共交通服务；对出租车辆加强实时定位、车况等信息监测，丰富和完善出租车信息推送服务；通过传感器增强对桥梁道路健康状况、交通流、环境灾害、安全事故等全寿命监测评估；完善停车位智能感知，加强引导与信息显示，基本形成全市停车诱导服务平台；建设和完善城市交通综合计费系统。针对全市的交通企业、从业人员和运行车辆，统一配发电子标签，加强对身份的自动识别，提高管理水平。智能交通系统是指是利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制与指挥管理。交通信息采集被认为是ITS的关键子系统，是发展ITS的基础，成为交通智能化的前提。无论是交通控制还是交通违章管理系统，都涉及交通动态信息的采集，交通动态信息采集也就成为交通智能化的首要任务。城市运行管理领域利用智能终端、通信基站、显示屏等设备，深化城市部件监控，优化数据流程，提高对现场信息的采集、处理和监督，将信息化城市管理部件接入物联网，对城市管理的兴趣点进行统一标示，可以进一步明确网格化的权属责任，加强对城市管理部件状态的实时监控，降低信息化城市管理中对人工巡查的依赖程度，提高问题发现和处置的效率，进而提升网格化管理水平。应用物联网可以于对城市水、点、热力、燃气等重点设施和地下管线实施监控，提高城市生命线的管理水平和加强事故的预防预测，降低事故的发生概率和烈度，提高事故的处置效率。通过视频监控、传感器、通信系统、GPS定位导航系统等手段掌握各类作业车辆、人员的状况，对日常环卫作业、扫雪铲冰、垃圾渣土消纳进行有效地监控。通过统一的射频识别和数据库系统，建立户外广告牌匾、城市家具、棚亭阁、城市地井的管理体系，以方便进行相关规划管理、信息查询和行政监管。公共安全领域通过传感技术，物联网可以监测环境的不稳定性，根据情况及时发出预警，协助撤离，从而降低天灾对人类生命财产的威胁。将物联网技术嵌入城市智能管理系统，加强对重点地区、重点部位的视频监测监控及预警，增强网络传输和数据分析能力，实现公共安全事件监控；利用电子标签、视频监控、红外感应等手段，加强对危险物品监控、垃圾监测处理、可燃物排放、有毒气体排放、医疗废物、疾病预防控制等的全流程过程监测和控制；利用公共显示屏幕、感应器等设备，增强对建筑工地、矿山开采、水灾火警等现场的信息采集、分析和处理；加强监察执法管理的现场信息监测，提高行政效能；通过智能司法管理系统，实现对矫正对象的监控、管理、定位、矫正，帮助各地各级司法机构降低刑罚成本、提高刑罚效率。农业领域 可以广泛应用于对农作物生长环境监测控制、动物健康检测、动物屠宰监测。通过统一的射频识别和数据库系统，建立主要农副产品、食品、药品的追溯管理体系，以方便进行相关信息查询和行政监管。通过传感技术实现智能检测，可以及时感知土壤成分、水分、肥料的变化情况，动态跟踪植物的生长过程，为实现调整耕作方式提供科学依据。在食品加工各个环节，通过物联网，可以实时跟踪动植物产品生长、加工、销售过程，检测产品质量和安全。医疗卫生领域 可用于医疗监管、药品监管、医疗电子档案管理、血浆的采集监控等。为病人监护、远程医疗、残障人员救助提供支撑，为弱势人群提供及时温暖的关怀，是物联网备受关注的先导应用领域之一，且在发达国家得到了前所未有的重视，并在隐私保护的立法基础上，予以推广应用。此外，在公共卫生突发事件管理、家庭远程控制、远程医疗、安全监控方面，物联网也可以发挥重要的作用，从而提高政府部门的管理水平和人民生活水平。文化领域物联网技术可以应用于智能文化创意园、文化监管、网吧监控、文物、古树、文化古迹保护等方面。第三章 基于物联网防盗系统的总体设计3.1 需求分析随着车辆盗窃案的发生，防盗系统的作用显得更加重要了。经过分析发现，汽车防盗系统失效是导致汽车被盗的主要原因。防盗系统不可能十全十美，多多少少都存在着缺陷，如机械防盗锁容易被撬、电子防盗易解码等。本文设计的基于物联网的防盗系统是通过网络进行识别、监控、定位、跟踪。并发出声光报警信号，从而能更有效的防盗。其功能有以下几点：（1）定位功能：防盗系统全天候24小时连续不断的接收GPS卫星的信号，提供的车辆运动状态数据有：车辆方位、运行速度、运行方向、时间信息、高度信息、车载机定位控制等。车载机开启后，由监控调度中心进行跟踪管理。车载机可单次报位，也可以按照指定时间间隔自动报位，还可以通过数据连线后实施报位。（2）查询功能：查询一般和特定的车辆位置表；查询车辆位置及运动状态、车牌号、车型、驾驶员名称、所属单位及通讯联系方法；查询沿途主要建筑物、加油站、酒店、火车站、飞机场、公安局、居民区；查询气象信息、酒店住宿登记、航班时刻查询及登记、铁路时刻查询及登记等。（3）控制功能：接收到监控中心或用户的控制命令后，对车辆执行控制动作。（4）通信功能：在GSM网络覆盖范围内，车载监控终端可与监控中心和用户手机进行数据交换。（5）报警功能：在用户设置防盗功能后，监视车门及点火系统的打开和关闭，一旦出现情况，向监控中心和用户手机发送报警信息。（6）历史数据记录、分析、回放功能：车辆的运行轨迹、与监控调度中心信息传递、远程控制、紧急报警和断电报警的次数及具体时间，系统都自动记录。根据所保存的历史数据，可平面回放所选车辆的实际行车过程，准确再现所选车辆的行车路线轨迹及时间，为处理乘客投诉、路上事故、被盗被抢等突发事件提供有力证据。3.2 系统的定位技术3.2.1 定位技术的选择随着科技的进步，定位技术越来越多，如全球定位系统GPS技术、全球轨道卫星导航系统GLONASS技术、GSM手机定位技术等，其中GPS在车辆监控定位中的应用最为广泛。GPS接收机相对于其他定位技术，其种类更多、价格更便宜、便于选择适合系统需求的接收机。从可实现性、精度、成本等方面考虑，本文选择了GPS定位技术。3.2.2 GPS定位系统介绍GPS是英文Global Positioning System的简称，意思为全球定位系统。系统组成见图2。它是一个网络系统，它由空间部分GPS卫星星座、地面监控部分地面监控系统、和用户设备部分GPS信号接收机三大部分组成，卫星星座连续不断的发送动态目标汽车的三维位置、速度和时间信息给用户接收机。接收机从接收到的反馈信息来获知汽车当时所处的位置。空间部分24颗卫星，广播卫星轨道、时间数据及辅助资料信息监控部分卫星控制系统，保证时间同步并对卫星跟踪用户部分接收设备接收卫星信号进行定位与导航图3-1 GPS系统组成GPS卫星星座GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。GPS信号接收机GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。GPS信号接收机定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图1所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数，其中(i=1、2、3、4)。 图3-2 GPS定位原理di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间距离。 (i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。 c为GPS信号的传播速度（即光速）。 四个方程式中各个参数意义如下： x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 xi、yi、zi(i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。(i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。 为接收机的钟差。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差。3.3 系统总体结构根据物联网汽车防盗系统的实现要求进行系统设计，其结构图如下图所示。基于物联网的汽车防盗系统的设计与实现主要由五个部分组成：定位部分、电源模块，控制模块，通信模块，定位模块，显示模块。图3-3 系统总体结构定位模块获得汽车所在的地理位置信息，使用GPS来实现。控制模块是对定位模块和通讯模块进行操作和控制。通讯模块实现无线数据传输。电源模块是给防盗系统各模块提供电源。显示模块为监控中心和用户手机。第四章 系统的硬件设计基于物联网的汽车防盗系统整个通信控制的总体框架如图4.1所示。整个设计系统可以包括两个部分，一是车载部分，二是非车载部分。需要协调各器件电压匹配转换，因此要进行硬件电路设计。4.1防盗系统硬件总框图硬件的主要技术指标包括：(1) 需要2个UART串口(2) 由于程序较为复杂，需要支持在线仿真。(3) GPS定位时要求定位精度10米以内。(4) 要求单片机处理速度较高。(5) 由于整个系统从汽车电瓶取电，要求系统功耗较低。(6) 采用信号灯反映系统状态，需要电源指示灯，GSM搜网指示灯和GPS定位指示灯。图4-1 系统硬件总框图4.2 GPS接收机作为GPS用户主要部件的GPS接收机，用来接收处理GPS卫星送来的卫星位置信息。接收机由主机天线、运算单元、输出通道等部分组成。主机的核心是由低噪放大器、信道电路、中央处理器、存储器等组成。在软件的操作下，接收机将卫星信息接收、采集、放大、识别、存储、处理，并输出有用的定位信息、速度信息和时间信息。本文选择了了台湾HoluX公司的GR-85GPS接收机，它采用美国瑟孚(SIRF)公司所设计的第二代低耗电量卫星定位接收芯片SIRFstar e，是一款高性能的GPS芯片，冷开机、暖开机、热开机的时间分别达到45s、35s、8s，可同时追踪12个卫星信道。它是一个完整的卫星定位接收器。同时具备全方位功能，能满足专业定位的严格要求与个人消费需求；适用范围从汽车导航、保全系统、地图制作、各种调查到农业用途等。其主要特点：(1) 使用SIRFstar e低耗电量，高性能芯片，大大降低耗电量。(2) 快速定位及追踪12颗卫星的能力，每0.1秒接收一次，每秒更新一次定位资讯。(3) 内建AS和EONOS解调器。(4) 支持NMEA01 83V22协议和SIRF二位元编码。(5) 低耗电量，具备有省电模式功能，以及在设定的时间内才能够启动的定时定位功能。(6) 有RS232和TTL双通讯频道，使用者可自行选择传输速率(4800-预设，9600，19200，38400)。(7) 输入电压：5.0V士10或3.3V士10。备用电源：3V可充电式电池。(8) 外形尺寸小，25.4*25.4*7mm。引脚功能：(1) VCC-SV：+3.3V-5.0V直流电压。(2) TXA：异步串行数据输出A，TTL电平。(3) RXA：异步串行数据输入A，TTL电平，用于接收初始化信息和配置信息。(4) RXB：异步串行数据输入B，TTL电平，接收的GPS差分信息。(5) GND：电源与信号。(6) TIMEMARK：时间脉冲。GPS接收机通过RS232串口与DSP的扩展串口连接，GPS串行通信电路以MAX 232芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。MAX232工作电压3V-5.5V，RS232/TTL接口，GR-85与MAX232连接电路。4.3 GSM模块TC35简介随着通信事业的发展，移动通信应用领域的不断扩大，移动终端的设计也逐渐倍受关注。本文详细介绍了西门子公司的GSM模块TC35模块。4.3.1 TC35模块TC35是西门子公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(ShortMessageServiee)和传真。模块的工作电压为3.34.8V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为ZW(900MHz)和Iw(1800MHz)。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及500天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。如图4-2所示。 图4-2 TC35功能框图4.3.2 TC35模块的外围电路TC35模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合。TC35共有40个引脚，通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、语音通信电路、数据通信电路、信号指示灯电路、SIM卡电路等连接。（1）电源及激活电路电源电路分为充电电池和稳压电源模块两部分:充电电池主要为整个系统提供4.2V工作电压，同时产生MAX3232所需要的高电平；同时另一路电源连接到ZIF连接器的11、12引脚，在充电模式下，为TC35提供+6V、500mA的充电电压。如图4-3所示。图4-3 TC35激活电路（2）语音通信电路模块语音接口的外围电路相对简单。TC35有两个语音接口，每个接口均有模拟麦克输入和模拟耳机输出。为了适合不同的外设，模块共有6种语音模式。第一个语音接口的默认配置为Votronic HH-SI-30.3/V1.1/0手持话筒，语音模式为1（默认）、4、5，其中模式1参数固定。第二个语音接口为头戴式耳机和麦克设置，语音模式为2、3、6。为了防止从麦克风和耳机导线引入高频干扰，影响TC35的正常运行。设计电路时，在麦克风、耳机、以及手持听筒的插孔处都装有电感。此外，考虑到静电保护的因素，所以语音信号输入端都通过电容与GND耦合。（3）手动关机电路TC35的关机电路只要由开漏极三极管构成，其输出关机信号直接接至TC35的引脚。该管脚定义为EMERGOFF是关机控制，低电平有效，低电平时间不小于3.25。如图4-4所示。图4-4 TC35关机电路 （4）信号指示灯电路信号显示电路指信号由TC35的32脚 (SYNC)输出，通过外接电源和发光管指示电路工作状态。SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示TC35的工作状态，也可用AT+SYNC进行切换。工作状态指示时，当LED熄灭，表示TC35处于关闭或睡眠状态。当LED为 600ms亮 /600ms熄时，表明TC35己经登录网路，处于待机状态。如图4-5所示。图4-5信号指示灯显示电路 （5）SIM卡电路基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口（ZIF连接器）。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的基础上，TC35在ZIF的连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚，所以在设计电路时将引脚CCIN与CCVCC相连。在设计中为SIM卡布线时，如果将SIM卡的第四脚CCGND直接与印刷电路板的GND相连，不作任何信号的隔离保护，则通话时音量较小。为了达到最佳的通话效果，采用在SIM支架下，即印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网，该层敷铜与SIM卡的CCGND引脚相连，CCGND与电路板的GND之间通过两个并联的电容和电感耦合。此举为SIM卡构成了一个隔离地，屏蔽了其他信号线对SJM卡的干扰。再进行语音通话时，话音清晰。4.4 MSP430单片机本文选用的控制核心是MSP430F149单片机，它是TI公司推出的MSP430系列单片机中的一种，该系列单片机具有16位RISC结构，能够达到很高的代码效率，除此之外，MSP430系列单片机还具有以下的显著特点：低电压、低功耗；强大的处理能力；稳定的工作性能；丰富的片内资源；工业级产品。MSP430系列单片机都是工业级产品，具有-40度+85度的工作温度范围，并具有较强的抗干扰能力。MSP430系列单片机具有OPT、Flash、EPROM和ROM四种类型，其中具有片内JTAG调试接口的Flash型MSP430单片机拥有十分便捷的开发环境，通过JTAG将程序下载到Flash内，上位机软件控制片内程序的运行，向JTAG接口输出片内信息供调试开发，不需要额外的仿真器和编程器，节约了开发成本。MSP430F149单片机是MSP430X14X系列中的一种，除了MSP430系列单片机的共同特点之外，MSP430F149单片机主要特性：低工作电压；基本的时钟模块；内置的12位ADC；具有3个捕获/比较寄存器的16位定时器TimerA；具有7个捕获/比较寄存器的16位定时器TimerB；多达60KB的 FlashROM和2KB的RAM；内部带有256B的Flash存储器模块；6个可配置第二功能的IO端口。4.5系统电源电路整个系统采用汽车蓄电池供电，蓄电池提供标准的12V电压，对于输出功率较大的驱动元件，都使用12v电源直接供电，而单片机、无线接收模块等均采用7805稳压模块，将12V电压转换为5V标准电压输出，如图4-6所示。图4-6电源电路原理图4.6 TC35接口电路TC35与系统电路的连接依靠40针的用户接口，TC35所有外接信号的收发，如AT指令的输入，供电电压的提供、声音信号的收发等均通过40针接口完成。TC35模块主要通过两线(TXD，RXD)与单片机的串口进行连接，从而实现单片机对TC35模块的控制。对于TC35的其他管脚在不使用的时候，如果该管脚为输出的话，一般悬空；如果为输入时，则需要通过10K的电路上拉。在设计的时候需要考虑TC35模块的电源管脚并连在一起。如图4-7所示。图4-7 TC35模块的接口设计 4.7防盗报警电路本防盗系统利用检测报警喇叭线的状态判断是否有偷盗情况，如图4-8所示。当发生偷盗情况时，汽车的防盗报警器会通过继电器将喇叭线置位高电平一段时间，此时喇叭报警，光偶也会导通，PI.1为低电平;无偷盗情况时，喇叭继电器断开，喇叭线相当于断路，此时此时光藕不会导通，Pl.1为高电平。通过判断 Pl.1的状态，我们可以判断报警器是否报警。一旦检测到Pl.1持续10秒都为低电平，可以确定车辆发生盗窃情况，MSP43OF149控制TC35自动编辑短消息给用户手机。同时，汽车的左前后门，右前后门及前盖箱和后盖箱被非正常打开时都会把信息以开关量的形式送给单片机，然后系统再通过GSM网络把相应的信息发送给用户。图4-8 防盗报警电路第五章 系统的软件设计无线通讯系统在汽车防盗系统中的应用主要是利用GPS模块与GSM模块进行地理位置和位置信息的传输。主要控制单元MCU采用低功耗微处理，分别与GSM模块进行通讯，从GPS模块获得地理位置信息，然后对地理位置信息进行数据获取，再按照短消息的协议标准进行数据封装，最后通过对GSM模块的设置，把封装好信息以短消息的形式发送出去。把设计好的装置安装在汽车上，就可以实现汽车防盗。5.1 系统程序模块系统程序模块主要包括主控模块、系统模块、防盗器接口模块、报警模块、GSM处理模块和GPS处理模块等。看门狗是否正常开始初始化各模块设计调用系统模块调用防盗模块调用GSM模块调用GPS模块报警模块图5.1 主控模块与其他模块的关系 5.2 主控模块此模块是本系统的核心，包括对相关设备初始化函数的调用和设置，以及在它的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。其基本思想是采用轮询方式，在一个大主循环里调用各个功能模块中各自的小循环，并在各关键部位设置看门狗，以防系统死机。5.3 系统模块此模块功能主要是对MSP43OF149自身的相关设备进行管理，包括对MSP430F-149两个串口的波特率、数据位、奇偶校验位等初始化设置和对串口数据收发的管理，对I/0口和中断的控制。5.4 防盗模块在此模块中主要编写汽车防盗器的接口通讯协议，包括对汽车防盗器的控制以及从防盗器读取汽车报警信息。5.4 报警模块 此模块对防盗模块作出反应，用来判断防盗器是否立即报警。5.6 GSM模块本次研究选用了WaveeomFastraekMl206调制解调器，它是双波段GSM调制解调器，专为数据、传真、短信服务和语音应用产品设计，它体积小，功耗低，温度条件高于GSM标准。它在短信息方面的应用最具优势，最高速率可达14400bit/s。5.7 GPS模块本系统使用的GPS通讯协议是NMEA0183协议。NMEA0183是GPS25输出的数据格式，它是美国国家海洋电子协会制定的，是目前普遍使用且为大多数生产商遵循的协议。NMEA0183协议报文的语句串 (ASCII字符)格式全部信息可如下表示：$AAXXX，dddddd，*hh，具体说明如表5-1。表5-1$串头，表示串开始AA识别符XXX语句名ddd数据字段，字母或数字，数据分隔符*hh校验和回车控制符换行控制符通常，GPS接收机每秒通过直接计算产生一次定位数据，位置时间信息通过封装成GPS报文交给主机。 NMEA0183报文输出的常用语句信息包含内容，如表5-2。 表5-2NMEA-0183输出语句NMEA种类说明GPGGA卫星定位数据GGPLL经度和纬度GPGSA导航偏差和有源卫星GPGSV可收到信号的GPS卫星状态GPPMC推荐最小数据量的GPS具体内容/传输数据GPVTG对地方向及对地速度其中GPRMC是推荐最小数据，适合海上船只或地面交通工具使用，可给出世界标准时间、经度、纬度、航行速度、方向等信息。输出范例为:$GPRMC， 182436.567，A，4848.1515，S，14836.1818，E，1.6，188.88，030410，*10。表5-3RMC资料格式名称实例说明讯信代号$GPRMCRMC规范台头标准定位时间182436.567时时分分秒秒.秒秒秒定位状态AA=资料可用，V=资料不可用纬度4848.1515度度分分.分分分分南北半球指示S南半球（S）北半球（N）经度14836.1818度度分分.分分分分东西半球指示E东半球（E）西半球（W）对地速度1.60.0至1851.8节对地方向188.88实际值日期030410日日月月年年磁极变量（1）东半球校验码*10信息结束第六章 系统仿真6.1 MATLAB软件简介MATLAB是MATrix LABoratory的缩写，1984年由美国MathWorks公司推向市场，由于MATLAB以矩阵作为基本编程单元，提供了各种矩阵的运算与操作，因此早期主要用于现代控制中复杂的矩阵、向量的各种运算。MATLAB历经十几年的发展，现己集科学计算、图像处理、声音处理于一身，是一个高度集成的系统，成为国际公认的最优秀的科技应用软件。该软件具有功能强大、界面友善、语言自然、开放性强等特点，使它获得对应用学科极强的适应力，在线性代数、矩阵分析、数值计算及优化、数理