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隨著人們生活水平的提高，汽車逐漸進入了普通家庭，中國各大城市的汽車保有量逐年增加。同時,汽車被盜、被搶也成為一個較為嚴重的社會問題。雖然各類汽車防盜/報警器在汽車上的應用在一定程度上解決了汽車的安全問題，但隨著盜賊手段的提高，大多的報警器容易迅速被破壞。汽車報警的方式多為燈光閃爍和喇叭鳴響，車主不一定能得到報警，周邊的居民卻被嚴重干擾。此外，盜賊破壞報警器，盜走汽車后，外觀稍加改動，汽車就如石沉大海，無法追蹤了。為了解決這些問題，本設計利用GPS監控的方式跟蹤汽車位置，在被盜情況下可利用GSM短信模塊隨時向車主或公安部門發送汽車的GPS定位，加快破案速度。 系統功能 本監控器不同于普通的汽車防盜器，并不提供被盜時聲光報警和汽車電路切斷等功能。它相當于一個具有報警功能的跟蹤器，利用GPS定位來判斷汽車是否被盜。在確定汽車被盜后，可利用GSM短信將汽車的位置信息隨時發送給警方。這種監控器是一般汽車防盜器的補充，它不易被發現，短期內無法拆除，而且定位精度較高（10m左右）。 整個監控器的系統功能如圖1所示。監控器安裝在汽車的隱蔽處，平時利用汽車電瓶供電，在汽車電源被切斷后，可自動改用電池獨立供電，GPS接收天線位于汽車外部，有利于更好的接收信號。整個監控器工作的基本方式為，在汽車正常行駛的時候，監控器處于節電的休眠狀態。當汽車停止，車主離開時，車主可利用手機發送短信給監控器，命令其處于監控狀態。這時監控器的GPS接收功能開啟，定時接收GPS定位衛星發送的位置、速度和高度等信息，同時將靜止位置標志為安全位置。當竊賊破壞汽車的通用防盜系統，駕駛汽車離開時，GPS接收到的位置坐標發生變化，當速度、位置偏差大于設定的報警值時。監控器將自動發送報警信息到車主的手機，提示汽車被移動，可能被盜。當車主報警后，為配合警方查找被盜的汽車，車主可再次發送命令給監控器，打開定時短信發送功能，將當前的汽車坐標定時地發送到車主或報警中心，配合電子地圖可以非常方便的查找到當前的汽車位置，可迅速破案。系統附帶的SD卡可在報警后長時間的存儲汽車變化的坐標等信息，作為破案的證據和查找竊賊同伙的線索。 圖1 系統功能圖 系統硬件設計 為了實現監控功能，要求監控器具有GPS接收、GSM短信發送和大量數據存儲功能，并有一定的多任務處理能力，成本低，體積小。監控器的硬件結構如圖2所示。 圖2 監控器硬件結構圖 一款合適的主芯片將在系統中起到重要的作用，本監控器中選用了FS7821LQ嵌入式芯片。FS7821LQ集成了RISC結構的8051內核、USB 2.0控制器、收發器、NAND閃寸、SD以及CF接口控制器。利用這款芯片組成的嵌入式系統外接電路簡單、功能強大、價格低廉，非常符合本設計的要求。 監控器的短信功能主要完成車主短信命令的接收和汽車GPS位置數據的發送，系統選用成熟的GSM-RTU短信模塊完成。該模塊內嵌GSM模塊、16位低功耗MSP430單片機控制管理，具有遙測遙控的核心單元、1個可配置的標準串口（RS-232C）、標準天線和SIM卡接口。將購買的手機SIM卡插入短信模塊，并完成系統（包括服務電話號碼）設置后，將短信模塊的串口和監控器的串口1（外加電平轉換芯片，使之符合RS-232C電平標準）連接，就完成了短信模塊的硬件安裝。 GPS模塊主要完成汽車GPS數據的接收，系統選用MG-30U/R-GPS模塊，采用SiRF第二代高效能芯片（具有12條通道，最多時可收到12顆GPS衛星信號）進行比較解算，可選用速度、位置、海拔等相關數據，價格低廉，精度較高。該模塊輸出可選用RS-232C接口，利用系統主控芯片FS7821LQ的串口2和GPS模塊連接。因為傳輸的數據量不大，利用串口傳輸數據可避免使用USB接口必須在系統上建立主USB口的麻煩。 圖3為系統硬件的電路設計圖，FS7821LQ具有完整的SD卡驅動及接口，系統直接利用128Mb的SD卡可與其連接。利用FS7821LQ芯片的通用I/O口PORT2_0～PORT2_3形成兩個串口，加MAX232電平轉換芯片后，分別連接GPS和GSM模塊。FS7821LQ芯片包括了一個從USB接口的功能和硬件驅動，系統中預留為USB 2.0的接口，作為產品升級使用。此外，系統還預留了FS7821LQ的10個通用I/O口作為后續報警功能的控制端口。 圖3 系統硬件電路設計圖 系統軟件設計 由于本監控器包括了多種較復雜的功能，同時具有如短信收發等突發的功能和GPS接收等定時任務，為了更好的完成任務的執行，在組成的嵌入式系統中，移植了礐/OS-II操作系統。礐/OS-II作為一個免費的源碼開放的實時嵌入式操作系統，提供了多任務的切換能力和中斷、UART的驅動等功能，完全可以滿足本操作平臺的要求。 OS-II作為一個最基本的任務調度內核，只具備任務切換的能力，本監控器根據其功能可分為如表1所示的4個任務：主任務優先級最高（10）；短信收發任務優先級次高（12），主要包括接收短信功能（包括設置、開關監控器）、發送短信功能（報警時5s發送一次GPS坐標），這個任務的時間隨機性較大，實時要求較高；GPS接收任務每5s接收一次GPS數據，并解析其坐標，判斷是否報警；數據存儲任務在報警后每60s存儲一次GPS坐標（128Mb卡約可保存1個月的數據）。 因為監控器中使用了USB設備和SD卡，在具備硬件接口的同時必須在軟件中提供USB和SD的驅動程序。FS7821LQ芯片的開發套件中提供了USB驅動程序和SD/MMC卡的驅動程序，包括支持標準MMC卡命令；嵌入5B命令存儲器；嵌入17B響應存儲器 ；支持1/4/8位數據寬度；對卡支持20MHz的時鐘頻率。為了將GPS數據以文件的形式保存到SD卡，必須有一個和PC兼容的文件系統，本監控器將簡化的FAT16文件系統移植成功，實現了文件的自由存取。 在移植了礐/OS-II并嵌入了USB和SD/MMC卡的驅動程序后，監控器的應用層次的軟件安裝系統的功能分為優先級不同的多個任務。其中主任務用于生成其他任務，其優先級最高（10）；GPS接收任務負責控制MG-30U/R-GPS模塊，并從中獲取所需要的GPS數據，其優先級次高（12）；短信收發接收任務完成接收車主短信和發送GPS數據的功能，其優先級再次之（14）；最后，數據存儲功能完成GPS在SD卡中的存儲和系統設置的功能其優先級為16。程序中同時建立了消息隊列用于完成各任務間的通信和數據交換，軟件狀態流圖如圖4所示。 圖4 軟件狀態流圖 發展與前瞻 這個嵌入式汽車監控器的設計采用了大量成熟的技術和模塊。它的應用主要是在汽車被盜時發出警告和被盜后提供準確的汽車位置信息，不能取代傳統的汽車防盜器，但能提供非常實用的防盜功能，為被盜車的查找提供快速準確的信息。隨著技術的發展，GPS/GSM中的控制器和主控制器的整合必將成為發展的方向，這樣必然能夠進一步的降低成本，減小體積。同時該監控器也可以和通用的汽車防盜器相整合，發展為更加完善的系統。 |
