基于GPS定位的嵌入式汽车监控器设计 - Read.PDF

基于GPS 定位的嵌入式汽车监控器设计 作者：北京交通大学 李维敏 张学成 刘彦亮 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安全问题，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。 图1 系统功能图 系统功能 本监控器不同于普通的汽车防盗器，并不提供被盗时声光报警和汽车电路切断等功能。它相当于一个具有报警功能的跟 踪器，利用GPS 定位来判断汽车是否被盗。在确定汽车被盗后，可利用GSM 短信将汽车的位置信息随时发送给警方。 这种监控器是一般汽车防盗器的补充，它不易被发现，短期内无法拆除，而且定位精度较高（10m 左右）。 整个监控器的系统功能如图1 所示。监控器安装在汽车的隐蔽处，平时利用汽车电瓶供电，在汽车电源被切断后，可自 动改用电池独立供电，GPS 接收天线位于汽车外部，有利于更好的接收信号。整个监控器工作的基本方式为，在汽车正 常行驶的时候，监控器处于节电的休眠状态。当汽车停止，车主离开时，车主可利用手机发送短信给监控器，命令其处 于监控状态。这时监控器的GPS 接收功能开启，定时接收GPS 定位卫星发送的位置、速度和高度等信息，同时将静止 位置标志为安全位置。当窃贼破坏汽车的通用防盗系统，驾驶汽车离开时，GPS 接收到的位置坐标发生变化，当速度、 位置偏差大于设定的报警值时。监控器将自动发送报警信息到车主的手机，提示汽车被移动，可能被盗。当车主报警后， 为配合警方查找被盗的汽车，车主可再次发送命令给监控器，打开定时短信发送功能，将当前的汽车坐标定时地发送到 车主或报警中心，配合电子地图可以非常方便的查找到当前的汽车位置，可迅速破案。系统附带的SD 卡可在报警后长 时间的存储汽车变化的坐标等信息，作为破案的证据和查找窃贼同伙的线索。 系统硬件设计 为了实现监控功能，要求监控器具有GPS 接收、GSM 短信发送和大量数据存储功能，并有一定的多任务处理能力，成 本低，体积小。监控器的硬件结构如图2 所示。 图2 监控器硬件结构图 一款合适的主芯片将在系统中起到重要的作用，本监控器中选用了FS7821LQ 嵌入式芯片。FS7821LQ 集成了RISC 结 构的8051 内核、USB 2.0 控制器、收发器、NAND 闪寸、SD 以及CF 接口控制器。利用这款芯片组成的嵌入式系统外 接电路简单、功能强大、价格低廉，非常符合本设计的要求。 监控器的短信功能主要完成车主短信命令的接收和汽车GPS 位置数据的发送，系统选用成熟的GSM-RTU 短信模块完 成。该模块内嵌GSM 模块、16 位低功耗MSP430 单片机控制管理，具有遥测遥控的核心单元、1 个可配置的标准串口 （RS-232C）、标准天线和SIM 卡接口。将购买的手机SIM 卡插入短信模块，并完成系统（包括服务电话号码）设置 后，将短信模块的串口和监控器的串口1 （外加电平转换芯片，使之符合RS-232C 电平标准）连接，就完成了短信模 块的硬件安装。 GPS 模块主要完成汽车GPS 数据的接收，系统选用MG-30U/R-GPS 模块，采用SiRF 第二代高效能芯片（具有12 条 通道，最多时可收到12 颗GPS 卫星信号）进行比较解算，可选用速度、位置、海拔等相关数据，价格低廉，精度较高。 该模块输出可选用RS-232C 接口，利用系统主控芯片FS7821LQ 的串口2 和GPS 模块连接。因为传输的数据量不大， 利用串口传输数据可避免使用USB 接口必须在系统上建立主USB 口的麻烦。 图3 为系统硬件的电路设计图，FS7821LQ 具有完整的SD 卡驱动及接口，系统直接利用128Mb 的SD 卡可与其连接。 利用FS7821LQ 芯片的通用I/O 口PORT2_0～PORT2_3 形成两个串口，加MAX232 电平转换芯片后，分别连接GPS 和GSM 模块。FS7821LQ 芯片包括