溫宗周,孫騁,段俊瑞,高園平,劉垚

(西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院,西安 710048)

STM32和μC/GUI的網(wǎng)絡(luò)式汽車防盜系統(tǒng)

溫宗周,孫騁,段俊瑞,高園平,劉垚

(西安工程大學(xué) 電子信息學(xué)院,西安 710048)

網(wǎng)絡(luò)式防盜是目前汽車防盜的一大趨勢，它能突破距離的限制，進(jìn)行實(shí)時(shí)防盜并遠(yuǎn)程控制。本文中的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)正是基于STM32和μC/GUI的網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)，GUI觸摸屏模塊可以在初始化后輸入車主手機(jī)號碼，振動(dòng)傳感器模塊可以監(jiān)控車輛是否出現(xiàn)玻璃被砸、車門被撬的情況。遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)報(bào)警由SIM900A模塊和GPS模塊共同完成。本系統(tǒng)不僅可以監(jiān)測車輛是否被盜，還能在車輛被盜后及時(shí)獲得車輛位置信息，并對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

STM32；SIM900A；遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)防盜

引 言

汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，使得汽車普及率不斷提高，中國自加入自貿(mào)組織后，汽車行業(yè)經(jīng)歷了10年的黃金發(fā)展期。汽車業(yè)的繁榮致使汽車越來越多，車輛盜竊案件的發(fā)生也在不斷增加，2013年，全國共發(fā)生汽車失竊案件10萬起，平均每天就有300多輛汽車被盜，而且這兩年數(shù)量呈上升趨勢，車輛防盜迫切性越來越凸顯出來。基于此背景，國內(nèi)外各汽車制造商都已在生產(chǎn)汽車的程序中添加了防盜裝置。隨著信息技術(shù)的發(fā)展與普及，防盜技術(shù)已經(jīng)和安全、環(huán)保、節(jié)能一起被列為汽車技術(shù)發(fā)展的四大研究課題，尤其是在電子信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，現(xiàn)在的汽車防盜技術(shù)正借助先進(jìn)的嵌入式技術(shù)向著更加智能化、人性化、電子化、多元化的方向發(fā)展。

遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)式防盜打破了距離限制的壁壘，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程防盜，它借助覆蓋全球的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及GSM移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠讓車輛具有實(shí)時(shí)定位及報(bào)警功能。這種防盜報(bào)警系統(tǒng)主要是由車載終端設(shè)備將報(bào)警信息和定位信息以SMS短信方式發(fā)送給車主，同時(shí)，車主在接收到報(bào)警短信后，可以選擇在自己的手機(jī)終端上發(fā)送SMS短信指令，控制車體內(nèi)部通過CAN總線進(jìn)行一系列的防盜措施，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對汽車的實(shí)時(shí)定位與防盜。

1 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)

基于STM32和μC/GUI的汽車防盜系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)與監(jiān)測相關(guān)的功能設(shè)計(jì)將振動(dòng)傳感器、DCM車門控制、NEO-6M定位模塊作為汽車安全狀態(tài)的監(jiān)測量，振動(dòng)傳感器和DCM可以監(jiān)測車輛是否被撬、玻璃被砸等，判斷車輛是否被非法入侵，GPS定位模塊可以監(jiān)測車輛是否被非法移動(dòng)。μC/GUI觸摸屏模塊用于方便車主輸入自己的手機(jī)號碼，這是開啟防盜之前的必要設(shè)置。SIM900A模塊用來向車主發(fā)送實(shí)時(shí)車輛SMS信息，同時(shí)也接收車主遠(yuǎn)程發(fā)出的指令信息。發(fā)電機(jī)開關(guān)節(jié)點(diǎn)及油路開關(guān)節(jié)點(diǎn)通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)與STM32F407處理器進(jìn)行通信，便于車輛被盜后車主能夠馬上用手機(jī)切斷汽車油路及發(fā)電機(jī)電路，使車輛無法正常行駛。

圖1 防盜系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

防盜系統(tǒng)的整體程序設(shè)計(jì)如圖2所示。車主離開車輛時(shí)，啟動(dòng)防盜系統(tǒng)，振動(dòng)傳感器、DCM以及GPS開始工作，如果振動(dòng)傳感器和DCM監(jiān)測到車玻璃或者車門情況異常，車輛可能被盜；另外，GPS將位置信息每30 s刷新一次，若前后兩次位置信息發(fā)生改變，車輛也可能已被盜?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)振動(dòng)強(qiáng)度、位置信息的改變等判斷車輛是否被盜，當(dāng)系統(tǒng)確定車輛被盜之后，立即使用GSM通信功能，發(fā)送報(bào)警短信到車主手機(jī)，并將GPS定位信息發(fā)送給車主，實(shí)時(shí)通知車主車輛所處位置。GSM短信發(fā)送的同時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)切斷汽車油路，并斷開發(fā)電機(jī)電路，使汽車不能正常行駛。當(dāng)然，車主也可用手機(jī)遠(yuǎn)程操控車輛的油路開關(guān)及發(fā)電機(jī)電路開關(guān)。

圖2 防盜功能程序流程圖

防盜系統(tǒng)的安裝過程中，需要將觸摸屏、開關(guān)節(jié)點(diǎn)以及其他傳感器等安裝在較為隱蔽的位置，防止在車輛被盜后，防盜系統(tǒng)被盜賊輕松地破壞掉，而失去了其功能。

2 μC/OSII和μC/GUI觸摸屏模塊

μC/OS-II是一個(gè)依靠優(yōu)先級的可搶占式硬實(shí)時(shí)內(nèi)核。其擁有任務(wù)調(diào)度、任務(wù)管理、時(shí)間管理、內(nèi)存管理和任務(wù)間的通信和同步等基本功能，是一種完整、可移植、可固化、可裁剪的搶占式多任務(wù)內(nèi)核。μC/OS-II嵌入式系統(tǒng)可用于各類單片機(jī)和微控制器。

μC/GUI是一種應(yīng)用于嵌入式中的圖形支持系統(tǒng)。其可以提供優(yōu)秀的允許處理灰度的色彩管理，還提供一個(gè)占用極少RAM并且可擴(kuò)展2D圖形庫的窗口管理體系。μC/GUI能提供高效的獨(dú)立于LCD控制器和處理器的圖形用戶接口給任何使用LCD圖形顯示的應(yīng)用，不管是單任務(wù)或是多任務(wù)系統(tǒng)環(huán)境，任意LCD控制器真實(shí)顯示或虛擬顯示，使用黑白或彩色LCD的應(yīng)用，它都可以完美的適用。它由于可移植、可配置、高可靠性、輕型、占用資源少、高性能等優(yōu)點(diǎn)而越來越受嵌入式開發(fā)人員的青睞。

為了使網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)的輸入界面更加友好，方便車主輸入手機(jī)號碼，故而在本設(shè)計(jì)中采用了μC/GUI圖形系統(tǒng)。其軟件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 μC/GUI軟件系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

μC/GUI在μC/OS-II上的移植內(nèi)容主要分成4部分：μC/GUI配置文件的參數(shù)修改、LCD驅(qū)動(dòng)程序的編寫、LCD觸摸屏驅(qū)動(dòng)程序編寫，以及與μC/OS-II操作系統(tǒng)相關(guān)接口部分的修改。在μC/OS-II操作系統(tǒng)上運(yùn)行μC/GUI圖形操作系統(tǒng)，可以使整體設(shè)計(jì)更加方便、合理、穩(wěn)定。 其移植過程相對容易，資料眾多，本文就不加細(xì)述。

本圖形界面的設(shè)計(jì)思路:初始化之后進(jìn)入密碼設(shè)置，設(shè)置密碼以后進(jìn)入設(shè)置車主手機(jī)號的界面，有阿拉伯?dāng)?shù)字0～9,設(shè)置完成退出后，如果想修改手機(jī)號還需要當(dāng)初設(shè)置的密碼。

3 SIM900A模塊

與SIM900A模塊任務(wù)相關(guān)的程序包括SIM900A模塊的啟動(dòng)、短消息的發(fā)送與處理。在此詳細(xì)介紹功能模塊的設(shè)計(jì)。

3.1 SIM900A模塊的啟動(dòng)

SIM900A模塊的啟動(dòng)是通過把PWRKEY信號拉低至少一秒以上然后再釋放來實(shí)現(xiàn)的。SIM900A啟動(dòng)時(shí)序如圖4所示。

圖4 SIM900A啟動(dòng)時(shí)序圖

程序設(shè)計(jì)時(shí)，啟動(dòng)函數(shù)先判斷工作狀態(tài)STATUS處于高電平還是低電平，由圖4模塊啟動(dòng)時(shí)序圖可知，STATUS在開啟前應(yīng)處于低電平,所以如果STATUS處于高電平狀態(tài)，必須要下拉為低電平狀態(tài)，若是低電平，則按時(shí)序在規(guī)定時(shí)間內(nèi)拉高。啟動(dòng)程序流程圖如圖5所示。

圖5 SIM900A模塊啟動(dòng)程序流程圖

3.2 短消息的發(fā)送與處理

短消息的應(yīng)用可以向用戶發(fā)送報(bào)警信息，還可以反饋給車主所需信息，車主也可以通過短信方式向車輛發(fā)送指令，指令解碼后可以實(shí)現(xiàn)對車輛的控制。

短信息收發(fā)的實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù)SIM900A旳AT指令。AT指令是一系列以“AT”開頭的指令集，符合GSM規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，終端設(shè)備可以利用AT指令撥打電話、發(fā)送短消息、傳真和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等至網(wǎng)絡(luò)終端適配器或數(shù)據(jù)終端設(shè)備。

AT指令一般都結(jié)束于固定的字符串。用戶發(fā)送過的AT指令可以根據(jù)其返回值進(jìn)行判斷,對于程序設(shè)計(jì)具有重要的參考意義。STM32F407微控制器通過UART1讀取SIM900A獲得的AT指令返回?cái)?shù)據(jù)。

通過AT命令發(fā)送短消息的步驟為:

① 往串口寫入命令:AT+CMGF=1,設(shè)置短消息發(fā)送方式為TEXT模式。

② 往串口寫入命令:AT+CACS=電話號碼 ,設(shè)置服務(wù)中心的號碼。

③ 往串口寫入命令:AT+CMGS=電話號碼 ,設(shè)置個(gè)人手機(jī)號碼。

圖6 短信接收與發(fā)送流程圖

④ 往串口輸入所需發(fā)送的短信息內(nèi)容,最后以0x1A為結(jié)束符,SIM900A模塊收到0x1A后，就會(huì)自動(dòng)認(rèn)為以上為一條短信息所需發(fā)送的內(nèi)容。

短消息的收發(fā)流程如圖6所示。

SIM900A模塊發(fā)送和接收SMS短消息的方式有如下三種:Block Mode、Text Mode和PDU Mode。其中PDU Mode是手機(jī)默認(rèn)的編碼模式，能夠支持所有的手機(jī),任何字符集都可以在此種模式下被編輯。PDU Mode又可分為7bit-160、8bit-14及16bit-70三種模式，中文短消息用的就是16bit70模式。

對于短消息的接收，SIM900A模塊有自己的反饋響應(yīng)。在接收到新消息時(shí)，SIM900A將自動(dòng)回復(fù)指令:+CMTI:"SM"，INDEX，故而只需判斷有沒有此類字符，便可得知有沒有接收到新消息，在此基礎(chǔ)上，就能夠進(jìn)行汽車防盜相關(guān)的命令及功能設(shè)計(jì)。

4 GPS定位模塊程序設(shè)計(jì)

車輛的定位是通過GPS定位模塊來實(shí)現(xiàn)的，可以通過定位信息來對車輛進(jìn)行防盜判斷，也可在盜竊發(fā)生后實(shí)時(shí)地對車輛進(jìn)行追蹤。定位模塊設(shè)計(jì)的流程如圖7所示。

當(dāng)車主離開車輛后，GPS一直處于接收狀態(tài)，將GPS實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù)處理后存入gps_process_data[]數(shù)組中,防盜模式下，系統(tǒng)每30 s將數(shù)組中定位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，判斷車輛是否被非法移動(dòng)。當(dāng)用戶有定位查詢請求時(shí)，便將數(shù)組中的定位數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。

5 振動(dòng)監(jiān)測程序設(shè)計(jì)

振動(dòng)監(jiān)測用來判斷車輛是否有玻璃被砸、車門被撬等情況發(fā)生。在本系統(tǒng)中，振動(dòng)監(jiān)測是利用MVS0608.02振動(dòng)傳感器來實(shí)現(xiàn)的。該傳感器在振動(dòng)發(fā)生時(shí)，會(huì)根據(jù)振動(dòng)強(qiáng)度輸出一組數(shù)量和寬度都不等的脈沖。

振動(dòng)監(jiān)測過程需要不停地捕捉脈沖，而STM32F4的定時(shí)器，除了TIM6和TIM7外，其他定時(shí)器都具有輸入捕獲功能，所以設(shè)計(jì)中使用STM32F407的TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 4個(gè)定時(shí)器，去捕獲裝在車身的4個(gè)振動(dòng)傳感器輸出的脈沖寬度及數(shù)量，通過脈沖寬度及數(shù)量來判斷車輛狀態(tài)，輔以DCM車門控制采集的車門閉合信息，能更準(zhǔn)確地判斷車輛是否被盜。MVS0608.02振動(dòng)傳感器的振動(dòng)監(jiān)測程序如圖8所示。

圖7 實(shí)時(shí)定位查詢流程圖

圖8 振動(dòng)監(jiān)測流程圖

當(dāng)振動(dòng)發(fā)生時(shí)，行車安全控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)振動(dòng)強(qiáng)度判斷車輛狀態(tài)，若是確認(rèn)車輛被盜，會(huì)立即通過SMS短信向車主報(bào)警。

結(jié) 語

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Network Car Alarm System Based on STM32 and μC/GUI

Wen Zongzhou,Sun Cheng,Duan Junrui,Gao Yuanping,Liu Yao

(School of Electronics and Information,Xi'an Polytechnic University,Xi’an 710048,China)

The network security has become thetrend of car alarm,it can break through the limitation of distance,it can anti-theft and remote control in real-time.The car alarm system is based on STM32 and μC/GUI,the GUI touch screen module can help the owner enter the phone number after initialization,the vibration sensor module can monitor whether the vehicle glass is smashed,the door is broken.The remote network alarm is accomplished by the SIM900A module and the GPS module,this car alarm system can not only be used to detect whether the vehicle is stolen,but also to receive the stolen vehicle location information timely and take remote control of the vehicles.

STM32;SIM900A;network car alarm

TP368.1

A

迪娜

2017-01-16)