基于物联网的汽车防盗系统的设计毕业设计论文终稿

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1、 .wd.基于物联网的汽车防盗系统的设计电子信息工程专业 XXX指 导 教 师 XXX摘要：为了提高汽车防盗系统的可靠性，降低汽车报警的误报率，本文在利用物联网在监测领域的优势根基之上，研制了基于物联网技术的汽车防盗系统。本文首先对国内外汽车领域的现状进展了调查，据互联网统计数据显示，全世界每年汽车销售量达5000多万辆，保有量已超过4亿辆。然而，汽车被盗事件的发生也越来越频繁。美国汽车被盗率为0.36辆/S，每年至少有150万辆汽车被盗；香港每年也有4000辆汽车被盗。在失窃的汽车中，一半以上都是装有汽车防盗系统的；在北京，被盗的机动车辆中装有防盗装置的占总数的2/3以上。这些数据足以说明现

2、有的汽车防盗系统并不完善。本文利用物联网技术构建了汽车防盗系统的构造模型，制定了应用于该防盗系统的各种传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进展信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的功能。使汽车防盗的可靠性能够在一定程度上得以控制。基于物联网技术的汽车防盗系统利用模块化的思想进展设计。总体设计后，对防盗系统的电源模块，控制模块，通信模块，定位模块，显示模块分别进展细化设计，最后进展整个系统的联机调试试验。本文还将设计制作的系统原型机进展了模块测试和整体性能测试。通过测试分析，确定了用于汽车防盗的实车搭载方案，为该设计的产品化奠定了坚实的根基。测试结果说明，基于物

3、联网技术的汽车防盗系统能够较为准确地进展汽车防盗预警，降低了误报率，并具有经济、环保的特点。该系统 基本实现了既定设计目标，为汽车防盗产品的开发提供了一个崭新的设计方向。关键词：汽车防盗，物联网，传感设备，互联网第一章 前言1.1课题研究的背景及意义1.1.1 课题研究的背景随着经济的快速开展，汽车已经作为了人类重要的交通工具并且其数量正在不断增加。然而，现代科技的开展亦使得汽车被盗事件的发生越来越频繁。这给社会带来极大的不安定因素。为了防范汽车被盗，各种防盗装置应运而生。汽车防盗器按其构造和功能可以分为四大类：机械式、电子式、芯片式和网络式。虽然绝大多数轿车都装有汽车防盗系统，但是抽样调查显

4、示：在失窃的汽车中，一半以上都是装有汽车防盗系统的；在北京，被盗的机动车辆中装有防盗装置的占总数的2/3以上。这些数据足以说明现有的汽车防盗系统并不完善。而网络防盗系统的 基本工作原理是通过网络来实现车门的开关、马达的启动和汽车的截停、定位及远程车况报告等功能。它的最大优势是突破了距离的限制。一旦汽车被盗或出现异常，终端设备就会发出信号，指挥中心在通过GPS全球卫星定位系统得到这些信号后会计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向，熄灭发动机和配合各方力量追回车辆。因此，我国汽车防盗产品的升级换代势在必行，汽车防盗必将进入一个物联网防盗的新时期。1.1.2 课题研究的意义本课题研究的意义，综合起来

5、在于以下几点：一、引入了物联网技术，提出一种新的全方位汽车安全解决方案，通过设计具有远程监控功能的网络通讯平台，为汽车防盗系统的无线网络化开展提供了良好的应用根基。二、在网络的根基上开发的系统可以使汽车用户随时随地了解汽车的位置，对车辆进展位置跟踪，保障汽车用户的生命财产安全，为汽车防盗安全体系的实现提供了一种新型公共解决方案。三、利用较低的硬件环境完成较高的系统功能，为网络式汽车防盗系统市场探索出一条新路，为今后网络式防盗系统在国内的普及奠定了根基。四、20世纪90年代以来，汽车防盗技术得到了迅速开展，而我国汽车防盗技术的根基薄弱，且研究工作起步较晚，因此，了解国内外汽车防盗装置的现状和开展

6、动态，对于研究和促进我国汽车防盗装置的开展有着极其重要的作用。1.2 国内外汽车防盗设备的开展状况国外汽车防盗技术起步较早，由于汽车被盗事件还是时有发生，盗车者用各种方法来盗取他们认为值人民币的汽车，也正是由于盗车者的出现，汽车的防盗系统技术也在不断改良，以此来和盗车贼日新月异的技术相抗衡。1986 年，美国通用公司首次推出了汽车防盗系统。到目前为止，通用公司已经开发出了第四代汽车防盗产品。在汽车领域，所有美国、日本和欧洲的主要汽车制造商最新开发出来的防盗系统在面世之初就要准备迎接更加先进的防盗技术的冲击和挑战。而我国在汽车防盗技术方面一直较为落后，其原因是：一、我国的汽车制造厂商对汽车防盗的

7、认识不够重视，资金投入缺乏。二、我国在防盗技术上的缺乏，从而限制了防盗技术的开展。三、国内经济、科学技术开展的不平衡性及地区性差异的存在，不同档次的汽车用户对防盗产品和技术需求各异，使汽车防盗新技术、新产品在国内大面积推广还需要一段时间。四、我国制定的汽车防盗法规还不够健全，执行也不够严格。随着科学技术的快速开展，计算机处理技术、传感器技术、数据通讯技术、网络技术和控制技术等有效地应用于汽车防盗系统中，促进了汽车防盗技术的高度智能化和功能多样化。汽车防盗经过几十年的开展，安全性能得到了极大的改善和提高，防盗产品也经历了有简单到复杂，由手动控制到智能化的不断变化开展过程。国内外市场上防盗器的种类

8、繁多，按其构造与功能可分四大类：机械式防盗系统、电子式防盗系统、芯片式防盗系统和基于物联网的网络式防盗系统。机械式防盗系统机械锁是最传统最简单最廉价的防盗装置，它主要是利用简单的机械式原理，将转向盘和控制踏板、 排挡或车轮等锁住。使其不能有效发挥应有的作用以到达防盗的目的。目前，国内常见的机械式防盗装置有：转向盘锁、排挡锁、车轮锁。电子式防盗系统随着电子技术在汽车上的应用，各种电子式防盗系统应运而生，目前电子式防盗是最广泛的汽车防盗设备。常见的电子式防盗系统有：单向通信电子防盗器、双向防盗器、钥匙防盗器、感应式电子防盗器。芯片式防盗系统目前在汽车防盗领域位居重点的是芯片式数码防盗器，它通过电子

9、数据组的询问和应答来判断用户使用的是否是合法的钥匙，并以此确定是否允许发动机管理系统的控制器工作。由于特点突出且使用方便，目前进口的很多高档轿车均采用这种防盗方式作为原配防盗器。物联网防盗系统物联网防盗系统的 基本工作原理是通过网络来实现车门的开关、马达的启动和汽车的截停、定位及远程车况报告等功能。一旦汽车被盗或出现异常，GPS终端就会发出信号，指挥中心在通过GPS全球卫星定位系统得到这些信号后会计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向，具有传统的GPS通信方案所无法比较的优势。各类防盗系统优缺点比较如下表所示：防盗系统优缺点比照表 特点分类优点缺点机械式防盗器价格廉价、安装简便防盗不彻底；拆装

10、麻烦，不用时还要找地方放置电子式防盗器价格廉价；具有声音报警、车门未关安全提示、寻车、遥控中央门锁等功能无法反响汽车情况，抗干扰能力差；不易安装，遥控器耗电量大；钥匙可被专用仪器复制；操作时密码信息会被泄露芯片式防盗器使用方便；增加了独特的射频识别技术；很难复制芯片钥匙，杜绝了被扫描的可能钥匙一旦丧失，重新匹配可能要等上一段时间网络式防盗器功能全；网络控制，突破了距离的限制；24小时不连续、高精度的监控；系统价格昂贵通过比较，可以发现网络防盗是最安全的一种防盗系统。通过设计具有远程监控功能的通讯平台，为汽车防盗和监控提供了全方位解决方案，为汽车防盗系统的无线网络化开展提供了技术根基。虽然此系统

11、价格昂贵，目前仅用于少数高端车型上尚未实现普及，但是物联网防盗是未来开展的方向。第二章 物联网2.1物联网的原理物联网是在计算机互联网的根基上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things。在这个网络中，物品(商品)能够彼此进展“交流，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别(RFID)技术，通过计算机互联网实现物品(商品)的自动识别和信息的互联与共享。而RFID，正是能够让物品“开口说话的一种技术。在“物联网的设想中，RFID标签中存储着标准而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别，进

12、而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明管理。“物联网概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理根基设施和IT根基设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而另一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的根基设施，在此意义上，根基设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进展，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。2.2物联网的应用城市交通领域应用物联网技术，可以节约能源、提高效率、减少交通事故的损失。道路交通状况的实时监控可以减少拥堵，提高社会车辆运行效率；道路自动收费系统可以提升车辆通行效

13、率；智能停车系统可以节约时间和能源，并降低污染排放；实时的车辆跟踪系统能够帮助救助部门迅速准确的发现并抵达交通事故现场，及时处理事故清理现场，在黄金时间内救助伤员，将交通事故的损失降到最低。通过监控摄像头、传感器、通信系统、导航系统等手段掌握交通状况，进展流量预测分析，完善交通引导与信息提示，缓解交通拥堵等事件的发生，并快速响应突发状况；利用车辆传感器、移动通信技术、导航系统、集群通讯系统等增强对城市公交车辆的身份识别，以及运营信息的感知能力，降低运营成本、降低安全风险和提高管理效率。增强对交通“一卡通数据的分析与监测，优化公共交通服务；对出租车辆加强实时定位、车况等信息监测，丰富和完善出租车

14、信息推送服务；通过传感器增强对桥梁道路安康状况、交通流、环境灾害、安全事故等全寿命监测评估；完善停车位智能感知，加强引导与信息显示， 基本形成全市停车诱导服务平台；建设和完善城市交通综合计费系统。针对全市的交通企业、从业人员和运行车辆，统一配发电子标签，加强对身份的自动识别，提高管理水平。智能交通系统是指是利用现代信息技术为核心，利用先进的通讯、计算机、自动控制、传感器技术，实现对交通的实时控制与指挥管理。交通信息采集被认为是ITS的关键子系统，是开展ITS的根基，成为交通智能化的前提。无论是交通控制还是交通违章管理系统，都涉及交通动态信息的采集，交通动态信息采集也就成为交通智能化的首要任务。

15、城市运行管理领域利用智能终端、通信基站、显示屏等设备，深化城市部件监控，优化数据流程，提高对现场信息的采集、处理和监视，将信息化城市管理部件接入物联网，对城市管理的兴趣点进展统一标示，可以进一步明确网格化的权属责任，加强对城市管理部件状态的实时监控，降低信息化城市管理中对人工巡查的依赖程度，提高问题发现和处置的效率，进而提升网格化管理水平。应用物联网可以于对城市水、点、热力、燃气等重点设施和地下管线实施监控，提高城市生命线的管理水平和加强事故的预防预测，降低事故的发生概率和烈度，提高事故的处置效率。通过视频监控、传感器、通信系统、GPS定位导航系统等手段掌握各类作业车辆、人员的状况，对日常环卫

16、作业、扫雪铲冰、垃圾渣土消纳进展有效地监控。通过统一的射频识别和数据库系统，建设户外广告牌匾、城市家具、棚亭阁、城市地井的管理体系，以方便进展相关规划管理、信息查询和行政监管。公共安全领域通过传感技术，物联网可以监测环境的不稳定性，根据情况及时发出预警，协助撤离，从而降低天灾对人类生命财产的威胁。将物联网技术嵌入城市智能管理系统，加强对重点地区、重点部位的视频监测监控及预警，增强网络传输和数据分析能力，实现公共安全事件监控；利用电子标签、视频监控、红外感应等手段，加强对不安全物品监控、垃圾监测处理、可燃物排放、有毒气体排放、医疗废物、疾病预防控制等的全流程过程监测和控制；利用公共显示屏幕、感应

17、器等设备，增强对建筑工地、矿山开采、水灾火警等现场的信息采集、分析和处理；加强监察执法管理的现场信息监测，提高行政效能；通过智能司法管理系统，实现对矫正对象的监控、管理、定位、矫正，帮助各地各级司法机构降低刑罚成本、提高刑罚效率。农业领域 可以广泛应用于对农作物生长环境监测控制、动物安康检测、动物屠宰监测。通过统一的射频识别和数据库系统，建设主要农副产品、食品、药品的追溯管理体系，以方便进展相关信息查询和行政监管。通过传感技术实现智能检测，可以及时感知土壤成分、水分、肥料的变化情况，动态跟踪植物的生长过程，为实现调整耕作方式提供科学依据。在食品加工各个环节，通过物联网，可以实时跟踪动植物产品生

18、长、加工、销售过程，检测产品质量和安全。医疗卫生领域可用于医疗监管、药品监管、医疗电子档案管理、血浆的采集监控等。为病人监护、远程医疗、残障人员救助提供支撑，为弱势人群提供及时温暖的关心，是物联网备受关注的先导应用领域之一，且在兴旺国家得到了前所未有的重视，并在隐私保护的立法根基上，予以推广应用。此外，在公共卫生突发事件管理、家庭远程控制、远程医疗、安全监控方面，物联网也可以发挥重要的作用，从而提高政府部门的管理水平和人民生活水平。文化领域物联网技术可以应用于智能文化创意园、文化监管、网吧监控、文物、古树、文化古迹保护等方面。第三章 基于物联网防盗系统的总体设计3.1 需求分析随着车辆盗窃案的

19、发生，防盗系统的作用显得更加重要了。经过分析发现，汽车防盗系统失效是导致汽车被盗的主要原因。防盗系统不可能十全十美，多多少少都存在着缺陷，如机械防盗锁容易被撬、电子防盗易解码等。本文设计的基于物联网的防盗系统是通过网络进展识别、监控、定位、跟踪。并发出声光报警信号，从而能更有效的防盗。其功能有以下几点：1定位功能：防盗系统全天候24小时连续不断的接收GPS卫星的信号，提供的车辆运动状态数据有：车辆方位、运行速度、运行方向、时间信息、高度信息、车载机定位控制等。车载机开启后，由监控调度中心进展跟踪管理。车载机可单次报位，也可以按照指定时间间隔自动报位，还可以通过数据连线后实施报位。2查询功能：查

20、询一般和特定的车辆位置表；查询车辆位置及运动状态、车牌号、车型、驾驶员名称、所属单位及通讯联系方法；查询沿途主要建筑物、加油站、酒店、火车站、飞机场、公安局、居民区；查询气象信息、酒店住宿登记、航班时刻查询及登记、铁路时刻查询及登记等。3控制功能：接收到监控中心或用户的控制命令后，对车辆执行控制动作。4通信功能：在GSM网络覆盖范围内，车载监控终端可与监控中心和用户手机进展数据交换。5报警功能：在用户设置防盗功能后，监视车门及点火系统的翻开和关闭，一旦出现情况，向监控中心和用户手机发送报警信息。6历史数据记录、分析、回放功能：车辆的运行轨迹、与监控调度中心信息传递、远程控制、紧急报警和断电报警

21、的次数及具体时间，系统都自动记录。根据所保存的历史数据，可平面回放所选车辆的实际行车过程，准确再现所选车辆的行车路线轨迹及时间，为处理乘客投诉、路上事故、被盗被抢等突发事件提供有力证据。3.2 系统的定位技术3.2.1 定位技术的选择随着科技的进步，定位技术越来越多，如全球定位系统GPS技术、全球轨道卫星导航系统GLONASS技术、GSM手机定位技术等，其中GPS在车辆监控定位中的应用最为广泛。GPS接收机相对于其他定位技术，其种类更多、价格更廉价、便于选择适合系统需求的接收机。从可实现性、精度、成本等方面考虑，本文选择了GPS定位技术。3.2.2 GPS定位系统介绍GPS是英文Global

22、Positioning System的简称，意思为全球定位系统。系统组成见图2。它是一个网络系统，它由空间局部GPS卫星星座、地面监控局部地面监控系统、和用户设备局部GPS信号接收机三大局部组成，卫星星座连续不断的发送动态目标汽车的三维位置、速度和时间信息给用户接收机。接收机从接收到的反响信息来获知汽车当时所处的位置。空间局部24颗卫星，播送卫星轨道、时间数据及辅助资料信息监控局部卫星控制系统，保证时间同步并对卫星跟踪用户局部接收设备接收卫星信号进展定位与导航图3-1 GPS系统组成GPS卫星星座GPS工作卫星及其星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座，记作21+3GPS星座

23、。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星超前30度。地面监控系统对于导航定位来说，GPS卫星是一动态点。星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进展监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差。

24、然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。GPS信号接收机GPS信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进展变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，位置，甚至三维速度和时间。GPS信号接收机定位的 基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为的起算数据，采用空间距离前方交会的方法，确定待测点的位置。如图1所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，

25、可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：四个方程式中待测点坐标x、y、z和Vto为未知参数，其中(i=1、2、3、4)。 图3-2 GPS定位原理di(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间距离。 (i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。 c为GPS信号的传播速度即光速。 四个方程式中各个参数意义如下： x、y、z 为待测点坐标的空间直角坐标。 xi、yi、zi(i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航

26、电文求得。(i=1、2、3、4) 分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。 为接收机的钟差。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差。3.3 系统总体构造根据物联网汽车防盗系统的实现要求进展系统设计，其构造图如以以下列图所示。基于物联网的汽车防盗系统的设计与实现主要由五个局部组成：定位局部、电源模块，控制模块，通信模块，定位模块，显示模块。图3-3 系统总体构造定位模块获得汽车所在的地理位置信息，使用GPS来实现。控制模块是对定位模块和通讯模块进展操作和控制。通讯模块实现无线数据传输。电源模块是给防盗系统各模块提供电源。显示模块为监控中心和用户

27、手机。第四章 系统的硬件设计基于物联网的汽车防盗系统整个通信控制的总体框架如图4.1所示。整个设计系统可以包括两个局部，一是车载局部，二是非车载局部。需要协调各器件电压匹配转换，因此要进展硬件电路设计。4.1防盗系统硬件总框图硬件的主要技术指标包括：(1) 需要2个UART串口(2) 由于程序较为复杂，需要支持在线仿真。(3) GPS定位时要求定位精度10米以内。(4) 要求单片机处理速度较高。(5) 由于整个系统从汽车电瓶取电，要求系统功耗较低。(6) 采用信号灯反映系统状态，需要电源指示灯，GSM搜网指示灯和GPS定位指示灯。图4-1 系统硬件总框图4.2 GPS接收机作为GPS用户主要部

28、件的GPS接收机，用来接收处理GPS卫星送来的卫星位置信息。接收机由主机天线、运算单元、输出通道等局部组成。主机的核心是由低噪放大器、信道电路、中央处理器、存储器等组成。在软件的操作下，接收机将卫星信息接收、采集、放大、识别、存储、处理，并输出有用的定位信息、速度信息和时间信息。本文选择了了台湾HoluX公司的GR-85GPS接收机，它采用美国瑟孚(SIRF)公司所设计的第二代低耗电量卫星定位接收芯片SIRFstar e，是一款高性能的GPS芯片，冷开机、暖开机、热开机的时间分别到达45s、35s、8s，可同时追踪12个卫星信道。它是一个完整的卫星定位接收器。同时具备全方位功能，能满足专业定位

29、的严格要求与个人消费需求；适用范围从汽车导航、保全系统、地图制作、各种调查到农业用途等。其主要特点：(1) 使用SIRFstar e低耗电量，高性能芯片，大大降低耗电量。(2) 快速定位及追踪12颗卫星的能力，每0.1秒接收一次，每秒更新一次定位资讯。(3) 内建AS和EONOS解调器。(4) 支持NMEA01 83V22协议和SIRF二位元编码。(5) 低耗电量，具备有省电模式功能，以及在设定的时间内才能够启动的定时定位功能。(6)有RS232和TTL双通讯频道，使用者可自行选择传输速率(4800-预设，9600，19200，38400)。(7) 输入电压：5.0V士10或3.3V士10。备

30、用电源：3V可充电式电池。(8)外形尺寸小，25.4*25.4*7mm。引脚功能：(1)VCC-SV：+3.3V-5.0V直流电压。(2)TXA：异步串行数据输出A，TTL电平。(3)RXA：异步串行数据输入A，TTL电平，用于接收初始化信息和配置信息。(4)RXB：异步串行数据输入B，TTL电平，接收的GPS差分信息。(5)GND：电源与信号。(6)TIMEMARK：时间脉冲。GPS接收机通过RS232串口与DSP的扩展串口连接，GPS串行通信电路以MAX 232芯片为核心，实现电平转换及串口通信功能。MAX232工作电压3V-5.5V，RS232/TTL接口，GR-85与MAX232连接电

31、路。4.3 GSM模块TC35简介随着通信事业的开展，移动通信应用领域的不断扩大，移动终端的设计也逐渐倍受关注。本文详细介绍了西门子公司的GSM模块TC35模块。4.3.1 TC35模块TC35是西门子公司推出的新一代无线通信GSM模块，可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(ShortMessageServiee)和 。模块的工作电压为3.34.8V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为ZW(900MHz)和Iw(1800MHz)。模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类 、以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模

32、式。此外，该模块还具有 簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及500天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。如图4-2所示。图4-2 TC35功能框图4.3.2 TC35模块的外围电路TC35模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合。TC35共有40个引脚，通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、语音通信电路、数据通信电路、信号指示灯电路、SIM卡电路等连接。1电源及激活电路电源电路分为充电电池和稳压电源模块两局部:充电电池主要为整

33、个系统提供4.2V工作电压，同时产生MAX3232所需要的高电平；同时另一路电源连接到ZIF连接器的11、12引脚，在充电模式下，为TC35提供+6V、500mA的充电电压。如图4-3所示。图4-3 TC35激活电路2语音通信电路模块语音接口的外围电路相对简单。TC35有两个语音接口，每个接口均有模拟麦克输入和模拟耳机输出。为了适合不同的外设，模块共有6种语音模式。第一个语音接口的默认配置为Votronic HH-SI-30.3/V1.1/0手持话筒，语音模式为1默认、4、5，其中模式1参数固定。第二个语音接口为头戴式耳机和麦克设置，语音模式为2、3、6。为了防止从麦克风和耳机导线引入高频干扰

34、，影响TC35的正常运行。设计电路时，在麦克风、耳机、以及手持听筒的插孔处都装有电感。此外，考虑到静电保护的因素，所以语音信号输入端都通过电容与GND耦合。3手动关机电路TC35的关机电路只要由开漏极三极管构成，其输出关机信号直接接至TC35的引脚。该管脚定义为EMERGOFF是关机控制，低电平有效，低电平时间不小于3.25。如图4-4所示。图4-4 TC35关机电路4信号指示灯电路信号显示电路指信号由TC35的32脚 (SYNC)输出，通过外接电源和发光管指示电路工作状态。SYNC引脚有两种工作模式，一种是指示TC35的工作状态，也可用AT+SYNC进展切换。工作状态指示时，当LED熄灭，表

35、示TC35处于关闭或睡眠状态。当LED为 600ms亮 /600ms熄时，说明TC35己经登录网路，处于待机状态。如图4-5所示。图4-5信号指示灯显示电路5SIM卡电路基带处理器集成了一个与ISO 7816-3 IC card标准兼容的SIM接口。为了适合外部的SIM接口，该接口连接到主接口ZIF连接器。在GSM11.11为SIM卡预留5个引脚的根基上，TC35在ZIF的连接器上为SIM卡接口预留了6个引脚，所添加的CCIN引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。但是目前移动运营商所提供的SIM卡均无CCIN引脚，所以在设计电路

36、时将引脚CCIN与CCVCC相连。在设计中为SIM卡布线时，如果将SIM卡的第四脚CCGND直接与印刷电路板的GND相连，不作任何信号的隔离保护，则通话时音量较小。为了到达最正确的通话效果，采用在SIM支架下，即印刷电路板的顶层敷设一层铜隔离网，该层敷铜与SIM卡的CCGND引脚相连，CCGND与电路板的GND之间通过两个并联的电容和电感耦合。此举为SIM卡构成了一个隔离地，屏蔽了其他信号线对SJM卡的干扰。再进展语音通话时，话音清晰。4.4 MSP430单片机本文选用的控制核心是MSP430F149单片机，它是TI公司推出的MSP430系列单片机中的一种，该系列单片机具有16位RISC构造，

37、能够到达很高的代码效率，除此之外，MSP430系列单片机还具有以下的显著特点：低电压、低功耗；强大的处理能力；稳定的工作性能；丰富的片内资源；工业级产品。MSP430系列单片机都是工业级产品，具有-40度+85度的工作温度范围，并具有较强的抗干扰能力。MSP430系列单片机具有OPT、Flash、EPROM和ROM四种类型，其中具有片内JTAG调试接口的Flash型MSP430单片机拥有十分便捷的开发环境，通过JTAG将程序下载到Flash内，上位机软件控制片内程序的运行，向JTAG接口输出片内信息供调试开发，不需要额外的仿真器和编程器，节约了开发成本。MSP430F149单片机是MSP430

38、X14X系列中的一种，除了MSP430系列单片机的共同特点之外，MSP430F149单片机主要特性：低工作电压； 基本的时钟模块；内置的12位ADC；具有3个捕获/比较存放器的16位定时器TimerA；具有7个捕获/比较存放器的16位定时器TimerB；多达60KB的 FlashROM和2KB的RAM；内部带有256B的Flash存储器模块；6个可配置第二功能的IO端口。4.5系统电源电路整个系统采用汽车蓄电池供电，蓄电池提供标准的12V电压，对于输出功率较大的驱动元件，都使用12v电源直接供电，而单片机、无线接收模块等均采用7805稳压模块，将12V电压转换为5V标准电压输出，如图4-6所示

39、。图4-6电源电路原理图4.6 TC35接口电路TC35与系统电路的连接依靠40针的用户接口，TC35所有外接信号的收发，如AT指令的输入，供电电压的提供、声音信号的收发等均通过40针接口完成。TC35模块主要通过两线(TXD，RXD)与单片机的串口进展连接，从而实现单片机对TC35模块的控制。对于TC35的其他管脚在不使用的时候，如果该管脚为输出的话，一般悬空；如果为输入时，则需要通过10K的电路上拉。在设计的时候需要考虑TC35模块的电源管脚并连在一起。如图4-7所示。图4-7 TC35模块的接口设计4.7防盗报警电路本防盗系统利用检测报警喇叭线的状态判断是否有偷盗情况，如图4-8所示。当

40、发生偷盗情况时，汽车的防盗报警器会通过继电器将喇叭线置位高电平一段时间，此时喇叭报警，光偶也会导通，PI.1为低电平;无偷盗情况时，喇叭继电器断开，喇叭线相当于断路，此时此时光藕不会导通，Pl.1为高电平。通过判断 Pl.1的状态，我们可以判断报警器是否报警。一旦检测到Pl.1持续10秒都为低电平，可以确定车辆发生盗窃情况，MSP43OF149控制TC35自动编辑短消息给用户手机。同时，汽车的左前后门，右前后门及前盖箱和后盖箱被非正常翻开时都会把信息以开关量的形式送给单片机，然后系统再通过GSM网络把相应的信息发送给用户。图4-8 防盗报警电路第五章 系统的软件设计无线通讯系统在汽车防盗系统中

41、的应用主要是利用GPS模块与GSM模块进展地理位置和位置信息的传输。主要控制单元MCU采用低功耗微处理，分别与GSM模块进展通讯，从GPS模块获得地理位置信息，然后对地理位置信息进展数据获取，再按照短消息的协议标准进展数据封装，最后通过对GSM模块的设置，把封装好信息以短消息的形式发送出去。把设计好的装置安装在汽车上，就可以实现汽车防盗。5.1 系统程序模块系统程序模块主要包括主控模块、系统模块、防盗器接口模块、报警模块、GSM处理模块和GPS处理模块等。看门狗是否正常开场初始化各模块设计调用系统模块调用防盗模块调用GSM模块调用GPS模块报警模块图5.1 主控模块与其他模块的关系5.2 主控

42、模块此模块是本系统的核心，包括对相关设备初始化函数的调用和设置，以及在它的程序主函数中调用其他模块中的相关函数以完成程序功能。其 基本思想是采用轮询方式，在一个大主循环里调用各个功能模块中各自的小循环，并在各关键部位设置看门狗，以防系统死机。5.3 系统模块此模块功能主要是对MSP43OF149自身的相关设备进展管理，包括对MSP430F-149两个串口的波特率、数据位、奇偶校验位等初始化设置和对串口数据收发的管理，对I/0口和中断的控制。5.4 防盗模块在此模块中主要编写汽车防盗器的接口通讯协议，包括对汽车防盗器的控制以及从防盗器读取汽车报警信息。5.4 报警模块 此模块对防盗模块作出反响，

43、用来判断防盗器是否立即报警。5.6 GSM模块本次研究选用了WaveeomFastraekMl206调制解调器，它是双波段GSM调制解调器，专为数据、 、短信服务和语音应用产品设计，它体积小，功耗低，温度条件高于GSM标准。它在短信息方面的应用最具优势，最高速率可达14400bit/s。5.7 GPS模块本系统使用的GPS通讯协议是NMEA0183协议。NMEA0183是GPS25输出的数据格式，它是美国国家海洋电子协会制定的，是目前普遍使用且为大多数生产商遵循的协议。NMEA0183协议报文的语句串 (ASCII字符)格式全部信息可如下表示：$AAXXX，dddddd，*hh，具体说明如表5

44、-1。表5-1$串头，表示串开场AA识别符XXX语句名ddd数据字段，字母或数字，数据分隔符*hh校验和回车控制符换行控制符通常，GPS接收机每秒通过直接计算产生一次定位数据，位置时间信息通过封装成GPS报文交给主机。 NMEA0183报文输出的常用语句信息包含内容，如表5-2。 表5-2NMEA-0183输出语句NMEA种类说明GPGGA卫星定位数据GGPLL经度和纬度GPGSA导航偏差和有源卫星GPGSV可收到信号的GPS卫星状态GPPMC推荐最小数据量的GPS具体内容/传输数据GPVTG对地方向及对地速度其中GPRMC是推荐最小数据，适合海上船只或地面交通工具使用，可给出世界标准时间、经

45、度、纬度、航行速度、方向等信息。输出范例为:$GPRMC， 182436.567，A，4848.1515，S，14836.1818，E，1.6，188.88，030410，*10。表5-3RMC资料格式名称实例说明讯信代号$GPRMCRMC标准台头标准定位时间182436.567时时分分秒秒.秒秒秒定位状态AA=资料可用，V=资料不可用纬度4848.1515度度分分.分分分分南北半球指示S南半球S北半球N经度14836.1818度度分分.分分分分东西半球指示E东半球E西半球W对地速度1.60.0至1851.8节对地方向188.88实际值日期030410日日月月年年磁极变量1东半球校验码*10信

46、息完毕第六章 系统仿真6.1MATLAB软件简介MATLAB是MATrixLABoratory的缩写，1984年由美国MathWorks公司推向市场，由于MATLAB以矩阵作为 基本编程单元，提供了各种矩阵的运算与操作，因此早期主要用于现代控制中复杂的矩阵、向量的各种运算。MATLAB历经十几年的开展，现己集科学计算、图像处理、声音处理于一身，是一个高度集成的系统，成为国际公认的最优秀的科技应用软件。该软件具有功能强大、界面友善、语言自然、开放性强等特点，使它获得对应用学科极强的适应力，在线性代数、矩阵分析、数值计算及优化、数理统计和随机信号分析、信号和图象处理、控制理论分析和系统设计、过程控

47、制、建模和仿真、通信系统等众多领域的理论研究和过程设计中得到广泛应用。MATLAB系统的强大功能是由其核心内容(语言系统、开发环境、图形系统、数学函数库、应用程序接口等)和辅助工具箱(符号计算、图象处理、优化、统计和控制等工具箱)两大局部构成。6.2GPS定位仿真根据卫星历书，分析GPS星座的运动轨迹，并在此根基上对接收机的位置进展解算，得到车辆GPS导航系统定位信息，实现定位导航的仿真试验。此车辆定位模型可以模拟真实的卫星定位，为仿真调试、虚拟驾驶等研究带来便利.可以满足离线试验对虚拟定位数据的需要，对于GPS接收机改良及GPS仿真系统的开发具有重要的意义。6.2.1最正确定位星座选择绝对定

48、位的原理由于接收机测量的是伪距，在观测值中存在着接收机钟差，加之测量点的三维坐标为待求值，一共有4个未知数。要求解出这四个未知数，必须有4个方程式。为此，要实现单点绝对定位必须同时观测4个卫星，组成定位的 基本方程。设用户的三围坐标位置为(，)，偏移量为，则测量方程组为：(6-1)式中，是伪距，j取1、2、3、4，代表不同的卫星，s代表卫星在ECEF坐标系中的坐标，u代表用户在ECEF坐标系中的坐标，c为光速，代表接收机相对于系统时的超前量。设用户近似位置为(，)，真实位置为(，)，时间偏差估计值是，近似位置点用泰勒级数将式(6-1)展开，最后可得到：(6-2) 式中，其中，j=axjxu+a

49、yjyu+azjzu-ctu，axj，ayj，azj各项表示由近似用户位置指向第j号卫星的单位矢量的方向余弦，表示接收机真位置与近似位置之间的偏离量，表示指卫星与接收机之间的钟差。式(6-2)的解为：，这样便解算出了用户的坐标和接收机时钟误差。最正确定位卫星选择最正确星座的选择有两条 基本原则:一是观测卫星的仰角不低于-，以减小大气折射误差；二是使参与定位卫星的几何精度因子GDOP最小，以确保获得最高的定位精度。将各几何精度因子GDOP排序求得最小值，最小GDOP值对应的四颗星就是最正确星座的卫星组合。在选取仰角最大星时，可根据判断可见星时所得到的张角与仰角的关系直接判断。最大张角所对应的卫星

50、就是所要求的仰角最大星。卫星星座GDOP的计算模型主要是以星座的状态矩阵为依据。这里采用最常用的方向余弦法。设，分别为测量点到卫星的斜距与X、Y、Z轴的夹角，令：于是，同时观测到四颗卫星的星座矩阵为：(6-3)利用星座矩阵，计算GDOP如下：GDOP是衡量星座构造的总指标。在具体应用中可分成位置、平面、高程、时间四个分指标：位置精度几何因子：平面位置精度几何因子：垂直位置精度几何因子：时间精度几何因子：而且，可以利用下式计算卫星星座的方向余弦：(6-4)仿真分析GPS卫星位置仿真模块可见星判断仿真模块最正确定位星座仿真模块选星结果分析图6-1 GPS仿真器数据流程图GPS卫星星座仿真模块根据卫

51、星系统的初始数据和卫星的运动方程得到所有卫星在WGS-84中的三维坐标，并实时输入到可见星判断模块，通过可见性判断得到观测点上空的可见卫星，并将可见卫星的三维坐标数据输入到最正确定位星座选择仿真模块，该模块根据最正确定位星座选择方法得到由可见星中的四颗组成的最正确定位星座，并输出几何精度因子值。仿真数据流程如图6-1所示，横坐标表示时间，纵坐标表示可见星数量。采用UTC1993年7月l日0时的历元时间为基准，将卫星系统初始数据代入卫星运动方程，得到2008年4月1日的卫星在WGS-84坐标系中的分布，并利用MATLAB实时地对GPS星座进展仿真。本文选择观测点为(-2431，4572，3762

52、)，进而得到时间从2008年4月1日00:00时开场的24小时内每隔15分钟的可见星数目，如图6-2所示。根据本文提出的最正确定位星座选取方法，首先利用MATLAB实时地对GPS星座进展解算，得到观测点上空的所有可见卫星，然后进展最正确定位星座的选取。通过最正确定位星座的选取，可以得到观测点(-1568，2487，3345)在2008年4月l日内的卫星的GDOP、PDOP、HDOP和VDOP值，如图6-3所示。图6-2 可见卫星数变化曲线图6-3 几何精度因子变化曲线通常情况下，规定PDOP的值不能大于6，超过这个值，GPS卫星的几何性能无法保证位置解算的精度。由上图的变化曲线可知，几何精度因

53、子数值变化范围合理，从而保证了定位精度。表6-1给出了2008年4月1日8:00-9:00内每隔10分钟的所选卫星的PRN码。表6-1 选星的PRN码时间 8:00-8:10 8:10-8:20 8:20-8:30 8:30-8:40 8:40-8:50 8:50-9:00PRN码 2,4,9,16 2,4,5,24 2,4,8,30 7,10,24,30 7,10,24,30 6,7,10,24GDOP 3.7336 2.9795 2.4642 2.6483 2.4082 2.4922仿真结果显示，利用本节提出的选星方法，首先得到仰角最大卫星，然后在其余可见星中遍历，在保证精度的前提下，减少

54、了运算次数，提高了数据处理效率，使选星延迟大大缩短。6.2.2 GPS仿真试验系统关键技术卫星位置的计算GPS仿真系统不需要接收来自导航卫星的真实信号，取而代之的是通过卫星运动方程计算任一历元卫星坐标，从而确定卫星在车辆上空的分布情况，作为推算车辆位置的数据源。可得到2008年4月1日10:00:00时刻的卫星在WGS-84坐标系中的坐标，如表6-2所示。可见星的计算通过可见星的快速判断，可以有效限定可视卫星的数目，从而缩小了卫星组合的遍历空间。在分析过程中除了考虑地球的影响外，还必须要考虑到地面上建筑物或其它物体对信号产生的遮挡。另外，卫星仰角过低，产生的大气层延迟和多径问题的可能性较大，因

55、此还必须引入遮蔽角。遮蔽角一般介于取最常用的。仰角的计算公式如下：(6-5)式中，R为地球的半径；H为卫星距离地面的垂直高度；、分别为接收点的经纬度；为卫星的经度。设定E=，则在经度、纬度、高程10米处可见星及其坐标如表6-3。表6-2 卫星在WGS-84坐标系中的坐标编号X坐标Y坐标Z坐标16.3445E+06-2.4154E+077.3649E+0621.4508E+07 5.6659E+062.1091E+073-8.8654E+06-2.1304E+07-1.4132E+0744.2889E+062.5100E+077.8690E+065-2.003IE+071.5815E+077.0

56、120E+0662.4095E+07-1.2383E+07-7.5380E+0671.1413E+071.1221E+072.1704E+078-3.0254E+06-1.5091E+07-2.1144E+0791.7746E+071.7572E+077.3649E+06104.6656E+06-1.5117E+07-2.1757E+0711-2.2405E+07-2.4498E+061.4392E+07122.1931E+072.6089E+06-1.3835E+0713-1.4508E+07-5.6659E+062.1091E+07141.2657E+071.4377E+07-1.9058

57、E+07154.Oll7E+062.5708E+07-7.5160E+06161.3574E+07-1.2894E+07-1.8463E+07172.4630E+07-6.4632E+06-7.8690E+0618-1.8321E+07-5.5874E+061.9058E+07191.1153E+071.0872E+07-2.1091E+0720-1.3225E+071.7688E+07-1.3835E+0721-1.2453E+071.0054E+07-2.1704E+0722-1.8779E+073.7729E+06-1.9058E+07231.8225E+07-4.2626E+061.9

58、217E+0724-2.3333E+07-8.9020E+06-7.3649E+06表6-3 可见星坐标编号X坐标Y坐标Z坐标214508E+0756659E+0621091E+07711413E+0711221E+072.1704E+07917746E+0717572E+077.3649E+061221931E+0726089E+06-1.3835E+071412657E+0714377E+07-1.9058E+071613574E+07-1.2894E+07-1.8463E+071724630E+07-6.4632E+06-7.8690E+061911153E+071.0872E+07-2

59、.1091E+072318225E+07-4.2626E+061.9217E+07最正确定位星座的选取人们利用GPS进展导航定位时，用户与卫星的相对位置是影响其性能的因素之一。若何选用定位星座，通常利用几何精度因子GDOP来确定，即定位星座是由使GDOP值最小的GPS卫星组成的。通过最正确定位星座的选取，得到定位精度最高的四颗卫星为:2-9-16-17，其GDOP(几何定位因子)值为5.1128；PDOP(位置精度几何因子)值为4.9864；HDOP(平面位置精度几何因子)值为4.3681；VDOP(垂直位置精度几何因子)值为2.4050；TDOP(时间精度几何因子)值为 1.1298。误差计

60、算GPS定位是通过地面接收设备接收卫星传送的信息确定地面点的位置，所以其误差主要来源于GPS卫星、卫星信号的传播过程和地面的接收设备。此外，在高精度的GPS定位中，与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等的影响，也是导致其误差的不可无视的原因。在仿真过程中，为模拟车辆真实的行驶过程，需在计算中参加特定的误差。各种误差对定位精度的影响是不同的，仿真时不能准确加以区别，考虑到其综合的情况，以最大的定位误差来模拟。定位求解定位求解公式如下：(6-6)其中，为卫星瞬时地心坐标，为车辆地心坐标。定位得车辆在WGS-84坐标系中的位置为-2429.8km(X方向坐标)，4569.8km(Y方向坐

61、标)，3760.7km(Z方向坐标)。6.2.3 仿真试验系统的数据流程GPS卫星星座仿真局部将所有卫星在WGS一84中的三维坐标实时输入到可见星判断局部，通过可见性判断得到观测点上空的可见卫星并将可见卫星的三维坐标数据输入到最正确定位星座选择仿真局部，该局部根据最正确定位星座选择方法得到由可见星中的四颗组成的最正确定位星座，并将其坐标输入到车辆定位仿真局部，车辆定位仿真局部根据最正确定位星座的三维坐标信息解算出车辆的三维坐标，最终实现车辆经纬度确实定，为车辆的定位及导航提供仿真实验数据。数据流程如图6-4所示。GPS卫星位置仿真局部最正确定位星座仿真局部定位结果输出误差仿真局部车辆定位仿真局部可见星判断仿真局部图6-4 GPS仿真器数据流程图6.2.4 仿真结果分析仿真器模型在MATLAB环境下进展建模，得到车辆定位的相关信息如表6-4，表6-5，表6-6所示。从仿真结果来看，本文在卫星历书根基上，通过对定位误差的引入和车辆位置的计算得到了车辆导航定位系统的所有仿真数据。通常情况下，规定PDOP的值不能大于6，由表6-5可知，几何精度因子数值合理，从而保证了定位数据的合理，实现车辆定位的仿真试验。表6-4 最正确定位卫星信息编号坐标坐标坐标21.4508E+075.6659E+06