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基于DSP技术汽车定位防盗系统的体系结构研究

2007-06-25 13:37:12   作者:李芳   来源:工业仪表与自动化装置

关键字: 接收 GPS 串口 I/O
概述

随着人们生活水平的提高,汽车已逐步进入家庭,对汽车防盗的要求越来越高。尽管市场上的汽车防盗器正逐步改善,但这些防盗器主要采用呼叫报警、高压电击等, 伴随科学技术的发展,汽车偷盗技术也越来越高,使人防不胜防。汽车防盗无论是对汽车 制造商还是社会保险业都具有极其重要的研究价值,针对目前世界范围内汽车盗窃案的上升趋势,各汽车厂家都在不断地改进防盗技术,尤其是随着微电子技术的进步,汽车防盗技术 已向着自动化、智能化方向发展。

从上世纪末美国正式建成GPS系统并投入使用以来,GPS技术已深入到人类经济发展的各个领域。GPS市场目前已有相当规模,尤以车辆定位导航领域的市场份额最大,增长最快。最近的统计表明,2000年安装了GPS接收机的车辆导航系统的销售额由1996年的5亿美元增长 到30亿美元,并且这种趋势还将继续下去。在这种市场的诱惑下,世界各国对车辆导航和定位技术展开了大量研究。目前我国汽车GPS定位导航还处在萌芽阶段,特种车辆的GPS导航设备和应用系统已经开始启动,如:各有关部门已在运钞车、急救车、公交车、巡逻车、迎宾车、囚车等专用车辆采用GPS监控全过程、引导和指挥。

GSM格式是目前手机使用的主要制式,在市场上占有80%以上的份额。把GPS与GSM结合起来, 不仅可以利用GPS技术进行汽车的全球定位,实现良好的导航,而且可以利用GSM网络广泛的覆盖面积和短信功能,使车主对汽车当前状态有及时了解,从而整体提高汽车的导航 防盗性能。

1系统体系结构设计

基于DSP芯片,由GPS模块、GSM无线通信模块以及必要的辅助电路组成的汽车 定位防盗功能系统结构框图如图1所示。在图1中,DSP对于GPS和GSM模块都通过串口控制,G SM模块与DSP本身的串口连接,利用8251扩展一个串口供GPS模块使用。检测控制及其辅助电路都可以直接使用DSP的I/O口。TMS320LF240的DSP芯片的I/O端口都具有复用功能,因此 只需在控制寄存器中设置信息使I/O作为通用I/O即可。

以DSP为控制器的系统在开机运行初始化后,将处于不停地接收汽车位置信息的状态中,同 时系统也在等待检测状态和接收用户查询消息的中断。一旦有一中断产生就会转移到相应的 中断处理子程序。若系统的设防信号无效,则控制系统不进行上述操作。

系统在设防信号有效后,DSP主要循环处理GPS接收机接收到的位置信息。每 一次有获得新电文标志,则调用子程序进行电文处理,主要是分离电文中有用的信息如经纬 度、时间和校验和等,并把这些数据存入指定的存储空间。无线通信模块TC35T也是通过串口和DSP进行信息交换的,在此串口接收是用中断来取得使用控制器的权力。如有异常车况 发生如设防情况下的车门开启、发动机启动等也将会向DSP发出中断请求。在软件中把TC35T 引起的中断设为低优先级,即在车况发生异样同时有车主主动查询消息,则DSP控制器不会 响应TC35T的中断申请。

若DSP控制器接收到中断申请,并判断检测到是发动机启动信号引起中断(可以延时一定时间 如100 ms再检测一次,仍然有效才确定为启动信号有效,这样可以防止误操作)。系统将处 理发动机启动中断服务子程序,即将发送短消息(the engine is running)给用户(也可以设定发送次数)。如果车主没有及时作出回应,隔5 min可以再发一次,并且发出间隔1 min,每次持续30 s本地报警信号;断电、断油的信号立即有效(在本次模拟实验中是两个指示灯点亮),20 s后抱闸信号也处于有效;同时把处理结果和当前GPS接收机接收到的位置信息通 过无线通信发送给车主。同理,若检测到左车门、右车门被破坏的信号或有震动时,除了发送给车主的短消息内容不一样外其他处理方法类似。

当用户手机发送检测状态(check status)短消息要求控制系统返回当前状态时,控制系统会 根据目前系统的状态来做不同的响应:当未处于设防状态时,控制系统处于还没设防(defen ses isnt it set)的短消息给用户;当处于设防状态下,系统完好则会发送状态完好(all is ok)的短消息给用户。若系统已经遭到破坏则一般已经采取过相应的处理措施如首先锁车,则此时会发送锁车(the engine is locked)短消息给用户,并会把进一步处理方法同时发送通知用户。若要解锁,需要用户发送一定的密码同时发送解锁(unlock engine)信息给控制系统,才能有效的解锁。其他情况按照类似的方法处理。

2系统可行性分析

2.1DSP技术

DSP具有极其高速的数字处理能力和很大的运算量。因此,它能满足高效实时信号处理的要求。这种新器件的特点如下:

(1)采用哈佛(HARVARD)结构,高度并行运算大大提高运算速度;
(2)芯片内配置了一个或多个硬件乘法器和累加器,能实现单指令乘、加运算和变址运算;
(3)芯片内专门设置了功能很强的专用指令,可以实现指令的重叠运行;
(4)芯片内设置了多种功能很强的外围器件和接口,使其运算速度比PC机要快很多倍;
(5)DSP增加了硬件循环控制,当完成循环初始化后。实际运行中循环不再消耗指令周期。大大提高了数字信号处理的运算速度;
(6)DSP成本低、销售价格逐年降低。

在DSP领域中,德州(TI)公司的产品及其配套技术与开发工具目前在市场上得到了广泛应用。文中采用的TMS320LF240是TMS320C24x系列之一。TMS320LF24x也称为DSP控制器,是TI公司1997年推出的性价比较高的16位定点DSPs,是专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制而设计的。

由于目前的研究仍处于模拟阶段,检测车况的信号是由开关来触发的,对车况信号的反应是通过是否点亮指示灯来判断,所以板外的电路相对简单。DSP控制器是通过串口控制GPS接收模 块和无线通信模块GSM的,而TMS320LF240只有一个串口所以需要扩展串口。另外监测状态都 是通过中断来触发DSP控制功能的,TMS320LF240只有3个外部可屏蔽中断源,所以也需要对外部中断进行扩展。其他被使用的端口都可以设定为一般的I/O口。

2.2GPS基本原理

美国从1973年开始筹建全球定位系统GPS,并于1994年全部投入使用。全球定位系统(GPS)由3个区段组成:GPS卫星星座、地面控制/监视网络和用户接收设备。其中用户设备主要是一个卫星讯号接收器,依照不同的目的而有不同的定位能力,基本的功能是接收L1载波,分离出C/A电码,进行最简单的虚拟距离定位,也是一般车辆定位所使用的机型。其中必须注意的是:GPS卫星产生两种不同的载波来承载所有电码与讯息,其中C/A码仅调置在L1载波上,P码则分别调置在L1与L2载波上,并区别为P1与P2电码。一般用户使用的GPS接收模块的功能框图如图2所示。主要由频率接收处理电路和信号处理器组成。现在为了保存近期一定的位置信息同时添加了程序存储器和数据存储器,其中I/O接口包括串口和通用数据口等直接供用户使用。

2.3GSM短消息业务

GSM系统可以提供两大业务,即基本业务和补充业务。基本业务包括电信业务和承载业务;补充业务则不单独提供,是对基本业务的补充。GSM提供的电信业务有电话、短消息和传真等。短消息业务是GSM系统中惟一不要求建立端-端业务路径的业务,即使移动台已处于完全电路性通信情形下亦可进行短消息传输,就是说一个消息的传输就构成了一次通信。

使用的TC35T无线GSM通信终端是西门子公司在无线模块TC35上集成必要的接口而成的。用TC35T模块来做发送接收设备,利用短消息的传送实现车主和车上控制之间有关汽车 位置信息和监测控制信息的交换。这种方式具有通信成本低、频谱利用率高、系统容量大、业务种类多、保密性能好、抗干扰能力强、通话质量高、自动漫游等优点,它利用信令信道传输,不用拨号建立连接,直接把要发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给最终的信宿,是目前应用广泛的通信方案。

3结语

文中把汽车定位和防盗功能结合起来考虑,在设备的安装上不会存在重复,同时也把防盗、定位都提高到智能化这一层次上来,同时也为网络化发展奠定了基础;采用DSP和TMS320LF240系列作为控制器,有诸多其他控制器没有的优点。




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