基于GSM的汽车防盗报警器设计

2011-12-22 15:16:29来源: 电子产品世界 关键字:GSM

    随着社会的发展,家庭及公用汽车越来越多,而被盗车辆的数量也在逐年增长。传统的汽车防盗器存在很多弊端,如作用距离短,可产生噪声污染,不能远程报警,需要安装等。这些弊端给居民生活带来了很大的不便,一些居民区甚至禁止安装汽车防盗报警器。
 GSM(Global System for Mobile Communication)网络技术成熟,覆盖范围广是已被广泛应用的通信网络体系。近几年来,GSM网络的短信、通话等基础服务技术也得到越来越多的电路设计工程师的重视[1]。将目前汽车防盗器的设计思想和GSM网络的功能相结合,便可实现防盗器的远程报警功能,解决传统防盗器的弊端。
1 防盗系统与防盗器的总体方案设计
1.1 防盗系统结构

 防盗系统有遥控器、防盗器、GSM网络以及用户手机组成。其系统结构如图1所示。

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 防盗器可置于汽车内任意位置,通过专用遥控器控制防盗器的开关状态。开启状态下,当传感器检测到异常信号时,防盗器可通过GSM网络给用户拨打电话,达到远程防盗的目的。
1.2 防盗器内部结构设计
 防盗器内部由5个模块组成:主控模块、GSM模块、检测模块、遥控模块与电源模块。防盗器的结构如图2所示。

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   主控模块负责接收、处理遥控模块、GSM模块和检测模块发送的信号以及向GSM模块发送控制指令等。
 遥控模块用来控制整个系统的工作状态。当遥控器有按键按下时,接收模块相应管脚会输出信号,该信号通过单片机的外部中断接口发送给CPU,CPU接收到信号后进入中断程序进行开、关操作。
 GSM模块负责按照CPU的指令向用户手机发送呼叫信号进行报警。
 检测模块负责检测汽车的异常振动信号。
 电源模块负责给整个防盗器供电,设计时需要解决电源模块的工作时间长短问题。
2 硬件电路的设计
 针对各个模块的功能以及设计要求,对系统各模块的主要元件进行了选型,并设计了具体电路。
2.1 主控模块
 系统对CPU的要求为:2个支持掉电唤醒的中断; 一对串口以便与GSM模块通信;4个I/O端口以控制声光以及GSM模块的使能;一定容量的EEPROM空间以存储用户电话号码等信息,及一个带A/D转换的I/O端口以测量电池充电的完成状态。
 为了在达到以上要求的同时尽量缩小防盗器体积,设计选用了宏晶科技的SOP型芯片STC12LE5402AD作为防盗器的CPU。它只有20个管脚,工作电压为2.2 V~3.8 V,工作频率为0~35 MHz,1 KB的EEPROM,2个支持掉电唤醒的外部中断,一对串口,15个I/O端口,8路10位A/D转换I/O端口,内置复位电路且功耗低,完全符合设计要求。系统主控模块的电路如图3所示。

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    遥控接收模块检测遥控器的开启信号,并将信号通过外部中断口传送给CPU,防盗器进入工作状态。当振动检测模块检测到异常振动信号时,CPU通过I/O端口将SIM900B开启,并向GSM模块发送AT指令,将SIM900B模块初始化。GSM模块通过GSM网络向用户发送呼叫提示信号。
 遥控接收模块检测到遥控器的关闭信号时,CPU将通过特定指令使系统进入低功耗模式。遥控器发送开关信号时,遥控信号指示电路会进行声光提示。
2.2 GSM模块简介
 GSM模块选用的是SIMCOM公司的SIM900B模块,该模块体积小巧、性能稳定,自带天线扣,性价比高,有四种工作频率:GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz,可以实现语音、SMS、数据和传真信息的低功耗传输[2],满足系统对GSM模块的要求。
 SIM900B的电路连接简图如图4所示。U3为SIM卡,SIM900B通过自有的SIM卡接口为SIM卡提供电源并向其发送指令,实现SMS、呼叫等功能。D4~D7是为了防止静电损害,而在SIM卡座附近放置的瞬变电压抑制二极管。

4.gif

     PWKEY管脚为SIM900B的使能端,软件使该管脚拉低至少100 ms后,SIM900B进入使能状态,此时CPU可通过串口向SIM900B发送指令。
2.3检测模块
 考虑到大部分车被盗时会出现异常振动,设计选用振动传感器为信号检测器件。振动传感器也称振动开关,它一般有滚珠式与弹簧片式两种。滚珠式振动开关带有倾斜感应且只能单方向性触发;弹簧片式振动开关无方向性限制,任何角度均可触发[3]。针对以上问题,设计选用了弹簧片式振动开关SW-58010S作为振动检测器件。
 弹簧片式振动开关在静止时为开路OFF状态, 当受到外力碰触而达到相应振动力,或移动速度达到适当离(偏)心力时,导电接脚会瞬间导通呈瞬间ON状态;当外力消失时,开关恢复为开路OFF状态。电路中振动开关一端接地,另一端经上拉接单片机的I/O口,振动开关受到外力振动时,I/O口接收到低电平信号,系统对信号进行判断并执行相应程序[4]。
2.4 遥控模块
 系统采用XD-YK04无线收发模块实现防盗器的开关控制。遥控器采用SC2260芯片固定码编码,遥控距离为30 m~50 m。遥控接收模块工作电压为3 V~5 V,解码芯片采用的是SC2272-M4。当遥控器按键按下时,遥控接收模块会将信号通过外部中端口传送给CPU。由于CPU中断采用下降沿触发,而遥控模块输出为高电平信号,因此必须对遥控接收模块的输出信号进行反相操作。
 遥控接收模块信号处理电路图如图5所示。当遥控器“开”键被按下时,D0口输出高电平,三极管Q4导通,模块输出端由原来的高电平变为低电平,CPU外部中断触发并执行中断程序,系统被唤醒进入工作状态。同理,当“关”键下被按下时,防盗器会进入掉电状态。

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2.5电源模块
 考虑到防盗器体积小、待机时间要求较长以及内部元件在3.7 V以下均可正常工作,设计选用手机锂电池作为系统电源。手机电池容量比一般纽扣电池大,体积相对小,供电时间长。因此,当电池容量为1 500 mA/h时,一次充电可使用20天左右。
 防盗器内CPU工作电压为2.2 V~3.8 V,其他模块工作电压为3.7 V左右,因此锂电池经过降压处理后才可给CPU及其外围电路供电。
 外部充电器可提供5 V电压对防盗器内电池进行充电并给各模块供电。具体电源电路如图6所示。图中,3.7 V电池为锂电池。如虚线框内电路所示,当有外接5 V电源时,电池经过R13、R16分压得到4.3 V电压,此电压给截止电压为4.2 V的锂电池充电,此时Q2导通,LED1亮红灯以指示系统处于充电状态。通过R14、R15组成的电位器可测知电池的充电完成状态,电池充满后,CPU控制电源充电指示灯变为绿色。无外接电源时,锂电池供防盗器用电,此时Q2不导通,LED1灯灭。

6.jpg

 工作状态下,锂电池输出的电压为3.7 V。二极管D2与D3为锗二极管,工作时压降为0.2 V~0.3 V,3.7 V电压经过降压后,可得3.1 V~3.3 V的电压,此电压为CPU供电。
3 软件设计
 系统有开、关两种状态。系统程序流程如图7所示。系统处于“开”工作状态下,按下“关”键,系统执行“关”键的中断程序。在程序中将寄存器PCON赋值为0x02后系统便会进入掉电模式。该模式下CPU外部时钟停振,CPU、定时器、串行口全部停止工作,但外部中断仍正常工作,可将CPU从掉电模式中唤醒,从而节省了防盗器的功耗。

7.jpg

 系统处于掉电模式时,遥控器“开”键按下后,系统由外部中断被唤醒进入工作状态。系统从掉电模式被唤醒后,首先执行掉电命令后的指令然后才会进入中断服务程序。因此在编写程序时一般会在使系统进入掉电模式的指令后面加一条nop指令,例如:
  PCON=0X02;
  _nop_();
    防盗器存储单元可储存一个电话号码。用户用手机拨打防盗器号码一次,用户的手机号码便会将防盗器之前所存储的号码覆盖。工作状态下,防盗器周围出现异常振动信号后,CPU将控制GSM模块,并利用SIM卡通过GSM网络向系统存储的号码自动拨号以提示用户,用户获知后挂断即可。
    本文以STC12LE5402AD为主控芯片,以SIM900B为GSM模块,以振动传感器为信号检测器设计了一个小型汽车防盗器。该防盗器可实现的功能有:车辆被非法启动或挪移时可及时通知车主,有效防止车辆被盗情况;车辆被盗后,只要汽车被启动,公安部门便可以通过GSM网络实时监控被盗车辆的位置。防盗器体积小、无需安装,无噪音污染且成本低,易于推广。
参考文献
[1] 郑为民.汽车防盗器安全性能改进[J].汽车维修, 2010(12):22-23.
[2]江发潮.汽车空调与防盗系统使用维修问答300例[M].北京:化学工业出版社,2006.
[3] 张兵,白雪.未来汽车电子发展的重要技术趋势[J].科学与管理,2010(5):55-56.
[4] 王宝根.汽车电工电子技术应用[M].上海:复旦大学出版社,2007.

关键字:GSM

编辑:eeleader 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2011/1222/article_9244.html
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