基于GPS和GSM汽车防盗报警

《基于GPS和GSM汽车防盗报警》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于GPS和GSM汽车防盗报警（38页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 盐 城 师 范 学 院毕业设计基于GPS和GSM汽车防盗报警系统的设计学生姓名 张军 学 院 物理科学与电子信息技术系 专 业 电子信息工程 班 级 11（25） 学 号 11417723 指导教师 蒯剑 2015年5月26日基于GSM和GPS汽车防盗报警系统的设计摘要在当代因为经济的快速发展，生活质量越来越高，人们不再满足自行车出行，越来越多的普通家庭有了私家车，甚至有多辆。汽车已经成为我们的生活中必不可少的一部分。在最近几年，随着中国的汽车消费持续增长，人们越来越多地使用汽车，车辆被盗的案件时常发生，汽车防盗技术在近几年的快速高效的发展，已成为社会关注和讨论的热点话题。针对现在市场上的大

2、部分汽车防盗产品都存在缺乏跟踪监控功能、防盗功能单一、成本过高等问题。本论文设计主要说明如何利用GPS的定位系统和GSM的通信的联系，来准确定位汽车当前位置，并发送给指定用户在GPS和GSM技术的基础上推出的设计。本文利用型号为STC12C5A60S2单片机作为主控制器，并利用系统的硬件设计联合软件设计来实现汽车防盗报警。当振动器检测到如砸车窗，撬车门等情况，震动传感器运作，同时 GPS定位系统将给出车辆位置信息，然后由GSM模块报警消息给指定的移动电话发送，同时发出一个预警信号到本地，远程报警。【关键词】单片机处理器；传感器检测；LED显示；GPS定位；GSM通信系统The design o

3、f car anti-theft alarm system based onGPS and GSM AbstractWith the rapid development of economy and the massive improvement of peoples living standards , people are no longer satisfied with bicycles. More and more ordinary families have private cars which have become an essential part of our life. I

4、n recent years, as auto consumption continues to grow and more people use cars, vehicle theft cases frequently occur. The vehicle theft-against technology has becomeahottopicofsocialconcern.For most vehicle alarm products are lack of tracking monitoring as well as high cost, In this paper, the desig

5、n mainly explains how to use GPS and GSM to accurately locate the current position of vehicle and send it to the specified user. Combined with thedesignof hardware and software, STC12C5A60S2 microcontroller is used as the main controller to achieve the vehicle theft-against system. When the shock se

6、nsor detects vehicle with danger such as smashing windows, prying the doors and so on, it will send an alarm signal and GPS will give the vehicle location information, which will be send to the specified mobile phone by GSM. Then the remote alarm comes true.Key words micro-controller unit; sensor; l

7、iquid crystal; GSM; GPS目 录1引言11.1背景11.2发展趋势12系统相关理论与基础22.1 GPS的工作原理22.1.1 GPS系统组成22.1.2 GPS定位的基本原理32.2 GSM的工作原理42.2.1 GSM系统组成42.2.2短消息业务52.2.3 AT指令的运用53系统总体方案设计63.1系统功能设计63.2系统硬件设计方案63.3系统软件设计方案74系统硬件电路设计84.1单片机最小系统94.1.1复位电路94.1.2时钟电路94.2液晶显示模块电路104.3 GPS电路114.3.1 GPS模块电源电路124.3.2 GPS电平转换电路134.4 GS

8、M电路144.4.1 GSM模块电源电路144.4.2 TC35的状态标志154.4.3 SIM卡电路154.4.4 PC机与GSM模块接口电路165系统软件设计175.1主函数175.2 GPS数据接收子程序195.2.1 GPS输出语句格式195.2.2 数据接收子程序设计205.3 GSM模块数据发送子程序225.3.1 GSM语句格式设定235.3.2 短信息发送子程序236系统调试分析与结果246.1电路板焊接246.2 GSM模块调试256.3 GPS模块调式256.4 干扰分析276.5系统运行结果277总结与展望287.1总结287.2展望29参 考 文 献30致 谢32附 录

9、 A33附 录 B341引言随着国民经济的快速发展，汽车产业已逐渐由弱转向强的质的飞跃，越来越多的普通家庭已经购买了私家车。然而，在急剧增加的汽车量的同时也出现了越来越多的偷车。由于庞大的财产损害，设计汽车防盗系统是必要的1。GPS（全球定位系统）这是集海，陆和空三个方面提供一种卫星导航和定位系统。迄今为止，人们还没有开发出一种导航定位技术，像GPS定位系统可以实现为一个定位精度高，定位速度，全自动测量和全球定位天气性能。GSM（全球移动通信系统）是目前通信系统中发展中最稳定的，全面的，可广泛用在通信系统的各个领域，在中国，陆地移动的主要形式通信是GSM，目前，全球超过10亿人在使用GSM电话

10、，遍布200多个国家马相军, 2009 #1马相军, 2009 #1 2, 3。1.1背景自1908年以来，第一辆汽车的诞生开始，偷车便让老百姓常常感到束手无策，盗贼熟悉各种盗窃技术，汽车防盗技术必须更换，减少汽车被盗。据有关部门统计，目前中国汽车市场实际用车数已达到1.4亿，随之而来的问题是汽车被盗相同数量直线增长，变得更加猖獗，因此，如何解决赃车的问题是当务之急。因此，如何有效的实时防盗是百姓关心的问题之一。市场上的防盗报警器类型目前有两类：第一，利用传统的语音既便宜又实用，当汽车被盗时自动报警，但存在距离限制，并且会带来大量的噪音，这也是他不可避免的弊端。第二类型是GPS报警，这是有利的

11、，可以实时追踪被盗车辆，但随之而来的问题，如果删除防盗装置，便难以达到效果。而且这系统是昂贵的，并且需要支付服务费。但仍不能否认其卓越的功效，因此设计人员必须完善制度4, 5。当前绝大部分汽车防盗利用GPS定位系统，它是利用GPS定位获取具体汽车位置的基本原理。然后通过GSM网络向用户发送信息，整个过程统一成一套一套数字化，智能化，高精度的定位防盗系统。此课题的研究，有着良好的社会意义和经济意义6。1.2发展趋势经济的快速发展和制造业，以及科学技术的飞速发展，汽车被盗成为一个严重的社会问题。新的防盗技术的发展将成为一个全球性的话题，降低车主的损失将成为未来研究的一个重要课题。智能化，自动化，网

12、络化的流行的防盗系统也有其局限性，这对防盗技术的电子密码，开发生物识别等高端领域，将成为一种新的趋势7。汽车防盗技术反应一个国家科技，和社会制度的完整性。政府应该投入更多的人力物力和财力的支持，以及具有自我知识产权盗窃设备的发展，缩小与发达国家的差距，根据国情，制定符合国内市场发展战略，加大和推进新技术的发展力度，提高自我防盗技术水平，建立健全和完善制度，满足不同地区，不同档次的汽车用户。在这一切的过程中，必须立足于国内市场，加强技术改造，达到更安全，更实用，更经济性8。2系统相关理论与基础系统的相关理论包括通过GPS定位获得汽车所处地点信息，GSM模块再将单片机处理过的位置信息通过短信的方式

13、发送到指定用户，液晶显示经、纬度数据。2.1 GPS的工作原理GPS是由美国海军，陆军，空军三大军队共同研制的可实现全球定位、自动测量和智能导航等性能的系统，它共有二十四颗卫星，其中包括二十一颗工作卫星和三颗有源备用在轨运行的卫星。期中工作的分别等距离分布于六个运行轨道面上（每个轨道面上平均分配四颗），这些轨道面相对地球赤道面的倾斜角为60，这样就可以保证地球上任意一个位置都有4颗卫星信号覆盖9, 10。在使用GPS之前先从其几个方面简单分析GPS的工作原理：GPS系统的构成、GPS定位基本原理。2.1.1 GPS系统组成GPS全球定位系统，它是由27颗卫星围绕地球运转，可以产生一个大范围的卫

14、星信号覆盖的卫星群。初期主要用于美国军用导航系统，之后随着科学技术的发展逐渐普及到普通家庭用户。GPS系统有三个部分，地面控制部分，空间部分（二十四颗卫星，位于地表20200公里上空，工作于卫星平均在六个轨道平面）和用户设备部分（GPS信号的接收机和卫星天线)8。由一个主要控制站，三个注入站，五个全球监测站组成其地面部分。由GPS卫星组成空间部分，以确保在整个程序总是可以为四颗卫星仰角15以上进行观察。设备主要负责监督全球定位系统的工作。其重点任务是通过接收器来捕获卫星信号，和跟踪卫星信号，以实现三维定位的定位坐标，它需要至少四个卫星，三个确定经纬度，高度和地面速度，第四个是提供同步时间数据1

15、1。2.1.2 GPS定位的基本原理GPS定位原理的表达式如（2-1）式所示。人造卫星，在其轨道上快速的与地面进行交换信息，包括转发信息。此信息包括卫星信号时间和卫星的不同时间的精确空间位置。用户设备接收发送的信号可以相对于计算出自己的位置，并最终确定。计算卫星与接收机的之间距离，必须使用该距离公式进行计算。若接地GPS接收器接收到无线电信号，同时获得与卫星的精确时钟，便能计算出空间中传播的信号时间，再乘上信号的传播速度，就可得两者之间的距离r。 (2-1)式(2-1)中卫星坐标(x1，y1，z1)是已知的，再设定一个未知坐标(x，y，z)。按照数学理论计算只需三颗卫星便可以建立三个方程，从而

16、计算出接收机的坐标12。但在现实中，当GPS接收机接收卫星的数据信号，只接收三个信号，只能建立在经度和纬度的二维坐标。但是需要确定接收器的精确位置，我们还得建立一个含有高度信号来确定接收机的三维坐标，因此接受器只有在接受三个以上的信号才能获得精确的位置。图2-1 GPS定位系统原理图这是因为接收器内安装的时钟源不能达到绝对精度，使得通过它的卫星发射所测得的信号将在空间传播延迟。这将导致距离测量存在误差，该距离被称为伪距离（PR）13。公式(2-1)就必须做一定的改正。 (2-2)式（2-2）其中，c是光的速度，在这里也就是卫星信号传播速度，VT1指卫星时钟差，VT0指接收机时钟之间的差异。从而

17、原始距离公式出现四个未知数，四个未知数需要建立方程四个方程，以便它可以实现定位。于是有图2-1中的四颗卫星信号。建立方程组如下。 (2-3) (2-4) (2-5) (2-6)联立四个方程组便可以解得接收机空间坐标，继而就确定了接收机位置。2.2 GSM的工作原理GSM模块的设计问题需要获得一个单芯片处理的信息，随后发送汽车当前的位置信息给手机用户。简单地说，GSM模块相当于一部手机可以发送信息，也可以用来打电话。在使用GSM之前先从以下几个方面简单介绍GPS的工作原理：GSM系统概述、GSM系统的组成、SMS短消息业务和AT指令的运用。2.2.1 GSM系统组成GSM系统是迄今为止发展是最广

18、泛使用最高，比较完善健康的移动通信系统，它使用时分多路存取技术，以实现通信。GSM通信系统由无线基站子系统，移动台子系统，移动网络交换子系统，和操作子系统的四个主要组成部分，该系统中的所有元素组合出大量的语音通话和短信服务，如GSM。如图2-2,在整个GSM系统四大部分中，用户唯一只能操作移动台。手持台，便携式台与车载台是移动台所包含的三种类型，现在随着数字GSM系统模式的逐步发展，手持台更加紧凑，方便和轻量化，以及更具多功能。因此很多用户喜爱手持台14。在所有GSM系统中，基站子系统和窝蜂移动网络系统是最直接的。移动网络子系统主要包括该系统的切换和用户数据和移动性管理，以及安全性管理所需的数

19、据库功能，在GSM移动用户之间的通信或者其他通讯用户通信时，起着管理的作用。运行子系统不仅需要完成移动用户和移动设备管理以及对网络和网络等之间的维护动作的一系列任务15, 16。图2-2 GSM系统组成2.2.2短消息业务本系统的数据传送是利用GSM的SMS短消息业务来传送的,它是GSM网络所特有的功能，不需要拨号连接，只需输入目标电话号码和信息中心号码，它会发送短信内容到短信中心，接着短信中心将此信息转发到目标电话。根据短消息发送的方式可以分为以下三种模式： Text Mode文本模式、Block Mode块模式以及PDU Mode模式。Block模式目前用的最少。它拥有短信代码简单的优点，

20、易操作，但它有其局限性只能发送ASCII码，不接受中文，只接收和发送英文短消息;而PDU模式编码的短信内容的种类广泛，中英文皆可，也可以是图像或者声音，正是其模式种类较多，所以开发难，需要编写相当多的程序代码函数将信息转变为PDU模式17。2.2.3 AT指令的运用在终端设备和PC之间实现通信和衔接是通过AT命令来达到。AT指令集是从数据终端设备或终端设备发送到数据电路终端设备或终端适配器的命令。使用AT指令设计实现GSM模块与单片机之间的通信。AT指令内容也是有限制的，接收最长字节为1056字节18。下面是一些常用的AT命令：（1）AT+CGMI：给出模块厂商的标识。（2）AT+CGMR：获

21、得改订的软件版本。（3）AT+CGMM：获得模块标识。（4）AT+CGSN：获得GSM 模块的 IMEI的序列号。（5）AT+CMGR：读取信息。（6）AT+CMGD：删除信息。（7）AT+CMGS：发送信息。（8）AT+CRES：恢复设置。（9）AT+CSAS：保存设置。3系统总体方案设计3.1系统功能设计 设计：该系统将STC12C5A60S2作为主控制器，当存在险情时，报警传感器检测并控制的主控制装置传送GPS信息到主控制器，该主控制器处理数据，并控制液晶显示信息，通过GSM无线传输模块将汽车具体位置的报警消息发给特定用户。同时该设计也考虑到，如果振动传感器检测振动，因没有信号而不能被接

22、收卫星的经度和纬度数据，则由GSM模块发送“警告”消息给指定用户。设计要求：实现GPS和GSM之间的通信，GPS获取卫星信息由GSM发送信息给指定用户。设计内容：选择两个串行STC12C5A60S2作为主控制器，以GPS和GSM之间进行通信。GPS可以得到卫星的消息，主控制器处理数据，当本地报警传感器检测到有危险，则通过GSM模块发送小车具体位置短信到指定的手机来完成远程报警，并在液晶上显示纬度和经度19。3.2系统硬件设计方案以单片机作为中央处理器的GPS和GSM相结合的汽车防盗报警系统的设计，由液晶显示模块、传感器检测模块、GSM通信模块及电源模块四部分构成。单片机控制模块主要由复位电路、

23、时钟电路和最小元件三部分所构成。由振动传感器组成传感器模块。液晶显示模块，总线电路等，其主要作用是要显示的信息的。GPS模块主要由GPS接收板、电平转换电路(部分GPS输出语句电平与单片机是匹配的，无需电平转换电路)、与上位机通讯电路等组成，其任务用来接收卫星信号且与上位机保持通信。GSM模块主要由GSM芯片、电源模块、信号显示模块、DB9串口、接口等模块组成，从而发送短信到指定手机20, 21。系统方框图如图3-1所示。图3-1 系统方框图3.3系统软件设计方案系统软件需连续不断执行，所以主函数必须包含着无线循环的部分。第一个是进行串行端口、LCD及GPS初始化，然后GPS接收卫星数据，以确

24、定所接收的GPS数据是否有效，如果该数据是有效的，则在液晶上显示经纬度信息，如果该数据是无效的GPS执行初始化。如果振动传感器检测到有振动，本地灯亮报警。若GPS有信号，GSM模块发送小车位置报警短信；若GPS无信号，GSM模块则只发出“Warning”短信到指定手机，系统工作流程图如图3-2所示。开始串口、LCD初始化GPS初始化GPS数据有效？LCD显示经纬度GPS初始化检测到振动？灯亮报警GPS有信号？发送小车位置信息到手机发送“Warning”信息到手机YYYNNN图3-2 系统工作流程图4系统硬件电路设计系统CPU实时读取GPS数据，主控制器处理数据并控制LCD显示信息，其中，经由G

25、SM无线传输模块，发送汽车具体位置的报警短信给指定用户手机，来实现远程报警。这些功能的实现是基于硬件电路，具体硬件电路包括单片机最小系统电路、液晶显示模块电路、GSM模块电路、GPS模块电路等。4.1单片机最小系统作为一个单芯片主控单元，它的作用是协调整个系统任务，同时处理数据信息，是系统的核心。单片机型号选择STC12C5A60S2，与引脚以及8051指令是兼容的，并且单片机内部具有大容量的存储器。最小系统电路包封装电源电路，时钟电路和复位电路以及其他电路。其中，电源电路，以确保整个模块正常工作时，时钟电路主要对主控制器提供时钟源，复位电路主要是用户复位按钮也可以执行电复位。4.1.1复位电

26、路单片机复位涉及单片机引脚RST是9引脚。单片机复位有两种方式，一种是自动复位，也就是说，就是当管脚上显示两周期的高电平，单片机就可复位。另一种是手动复位，只需按下按钮，单片机就可进行复位。复位电路如图4-1所示。图4-1 单片机复位与晶振电路4.1.2时钟电路晶振在该系统中如同于 “心脏”，它提供了操作频率。图4.1中引脚XTAL1是片内振荡器的反向放大器的输入端，引脚XTAL2是输出端，外部与石英晶振或者陶瓷晶振以及补偿电容构成谐振电路。STC12C5A60S2外接电容大小对振荡器振荡频率的高低，起振的快慢，振荡器稳定性、及温度的稳定性会都会产生影响。电路板进行焊接时，尽量减小彼此之间的距

27、离，这样我们就可以减少寄生电容以确保振荡器可以平稳运转。在系统设计中，为了让串行通信波特率的计算变得为更简便，系统中可以选取标准石英晶振频率为11.0592 MHz，C2、C3的电容值为30pF。晶振电路如图4-1所示4.2液晶显示模块电路系统通过单片机对液晶显示器控制，液晶显示显示经纬度、时间、海拔、捕获卫星数目或是绘制运动轨迹。控制显示屏是通过控制其驱动来实现控制。课题所选用的LCD显示器的型号是12864，对应的控制驱动器是ST7920。LCD12864的引脚定义如表4-1。表4-1 LCD12864引脚定义引脚名称型号电平功能并口串口1VSSI-电源地2VDDI-模块电源输入3V0I-

28、对比度调节端4RSIH/L寄存器选择H数据；L指令低电平有效5R/WIH/L读写选择H读；L写串行数据线6EIH/L使能信号串行时钟输入714DB0I/OH/L数据端口15PSBIH/L串行/并行方式选择H并行；L串行16NC-未用17/RETIH/L复位端口，低电平有效18NC-未用19LED_AI电源正背光正20LED_BI电源负背光负LCD12864中引脚的总共20个，需要使用18个。1脚和20脚接地。2脚是LCD电源输入端，19脚LCD背光正输入端，两个管脚都接正极。4脚5脚是LCD指令或是数据的读写控制脚，在系统中单独控制。6脚为使能端，控制LCD执行指令或读写数据。714引脚是LC

29、D的数据口。15引脚是LCD数据的串行/并行的选择，本实验采用并行方式。LCD复位由17脚控制，在系统中也是接单片机P3.7引脚独自控制。液晶模块电路如图4-2所示。图4-2 液晶模块显示电路4.3 GPS电路NEO-6M GPS模块，该模块与外部系统连接通过串口，串行端口支持4800,9600,38400（默认），57600不同波特率，兼容 5V/3.3V 单片机系统，它可以直接和方便与单片机连接。所以瑞士u-blox公司的 NEO-6M GPS模块可以与单片机直接连接，没有电平转换。GPS模块只需连接GND，VCC和TXD就可以和单片机实现通信。GPS模块电路图如图4-3。GPS模块的引脚

30、定义如表4-3。图4-3 GPS模块电路表4-2 GPS模块的引脚定义序号名称功能描述1RXD串口接收脚（TTL 电平，不可与 RS232 电平直接相连），可用来接单片机的TXD2TXD串口发送脚（TTL 电平，不可与 RS232 电平直接相连），可用来接单片机 RXD3GND地4VCC电源（3.3V5.0V）另外，PPS是模块本身配置状态指示器。指示灯与 UBLOX NEO-6M 模组的TIMEPULSE 端口相连，并且可以通过一定的程序端口上进行设置来达到输出。在默认情况下下，PPS 指示灯有 2 种状态：（1）如果指示器模块已运行，但是还没有到达定位状态。（2）闪烁（100ms 灭，90

31、0ms 亮），表示已经定位完成。这样，通过 PPS 指示灯所处的不同状态，它可以很清楚的对模块的目前所处何种状态做出判别，使用更便捷4.3.1 GPS模块电源电路GPS芯片用3.3V供电，5V输入电压，需使用稳压芯片。AMS1117芯片是一款电压随负载电流的减小而逐渐降低的，在1A输出电流的情况下压差不超过1.3V。AMS1117内部具有限制保护电路和过热保护电路的作用。在温度范围为-40C125C内可以平稳运转，可以用于芯片供电，而且也是电子设计的最好选择。为了确保电路的稳定性，在输入端并联一个10uF左右的电容进行过滤低频信号，在输出端并联一个0.1uF的非极性电容进行过滤高频噪声信号。电

32、路原理图如图4-4所示。图4-4 GPS电源电路4.3.2 GPS电平转换电路单片机采用TTL电平，GPS采用CMOS，PC机使用232级三个不同的级别，在相互通信时得需电平转换。TTL电平：输出大于2.4V高电平，输入不超过0.8V低电平，噪声容限是0.4V。CMOS电平：1逻辑电平较接近电源电压，0逻辑电平较接近在0V。具有较大宽的噪声容限。232电平：逻辑电平1从-3-15V，+3+15V逻辑电平为0的范围。CMOS电平是可驱动TTL电平的，但TTL电平是不能驱动CMOS电平的。当GPS和PC通讯时，需要一个电平转换器进行信号转换，这里使用的是MAX232电平，它只需要单一+5V电源供电

33、即可，片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力的特点，功耗很低，集成度很高。RS232电平转换电路图如图4-5所示。图4-5 RS232电平转换电路4.4 GSM电路TC35芯片的正常工作和一些外围电路分不开的，TC3芯片引脚数多达40个，通过ZIF将其他的电路连接起来。TC35模块电路设计有很多，如多回路供电电路，电源开关电路，内部稳压电路，手机卡电路。4.4.1 GSM模块电源电路GSM模块所需的电压为4.2V，单片机的工作电压是5V，因此需要提供的电压转换电路。TC35中第114引脚为电源的引脚，第1-5正电源输入引脚6-10接地脚GND。11和12为充电引脚，13引脚为输出电压脚，为供外电

34、路使用，第14引脚是ACCU-TEMP，连接负温度系数的热敏电阻。电源电路如图4-6所示。 图4-6 GSM模块的电源电路4.4.2 TC35的状态标志MC35具有两种工作模式，本设计采用其中一种。当TC35插上电源时，打开电源开关，当D6LED点亮，表示GSM已通电，而D1在一开始时是以600ms点亮和600ms灯灭的两种状态交替进行的，这表还没有插入SIM卡或者GSM模块正在联网。GSM模块的状态显示电路如图4-7所示。图4-7 GSM状态显示电路4.4.3 SIM卡电路TC35不具有其自己的SIM卡，使用外部的SIM卡。 SIM接口是由基带处理实现集成的接口，但这些接口是符合ISO781

35、6-3的IC卡标准，为了与外部的SIM接口可以相兼容，此接口与主接口（ZIF连接器）相连接22。使用引脚上，只需使用六个中的五个即可。TC35模块与SIM卡连接的引脚包含CCIN、CCRET、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND 6个。TC35模块与SIM卡连接的电路图如图4-8所示。图4-8 SIM卡连接图4.4.4 PC机与GSM模块接口电路在系统设计工作将出现不同的工作电平，因此不能够连接两个或多个模块。TC35模块的采用CMOS电平，而单片机采用的是TTL电平。所以，GSM模块和单片机，可直接使用杜邦线TXD和RXD颠倒相接。由于PC机的操作电平是RS232电平，GSM模块不能

36、直接连接到PC，因此在连接时采用MAX公司的MAX232芯片来实现电平的转换23，将被转换成TTL电平的RS232电平，以实现GSM模块和PC相连。GSM模块与PC机的连接电路如图4-9所示。系统原理图见附录A。图4-9 PC机与GSM模块接口电路5系统软件设计软件设计是一个系统工作正常的必要条件，并且也保证了CPU的正常运行。程序通过Keil软件里进行C语言程序的编写，然后进行编译，编译正确则生成hex文件，这时通过单片机的串口将生成的hex文件烧到芯片中。本系统的软件由单片机系统初始化数据处理、传感器检测信号、GPS模块初始化以及地理位置的经纬度、GSM模块的初始化以及数据传输和LCD液晶

37、的显示几个部分组成24。5.1主函数可重复操作是作为一个系统软件必须具备的特性之一，所以主函数包括无限循环的设计要求。在软件部分主要包括：液晶显示、两个串口（串口1为GPS串口，串口2为GSM串口）及GPS系统的初始化，串口1接收GPS的“$GPRMC”语句，数据的分析和处理，以及发送AT指令，液晶显示等。因为你要考虑数据的有效性，所以其中数据转换、处理比较复杂。系统主函数流程图如图5-1。 开 始串口1、串口2初始化LCD初始化GPS初始化GPS串口接收数据 数据有效？ 检测到振动？数据转换、处理液晶显示经纬度数据发送“Warning”信息到手机YYN宏晶科技生产了STC12C5A60S2/

38、AD/PWM系列单片机，这系列的单片机时钟/机器周期为(1T)，具有低消耗，超高速，抗干扰等特点，指令代码与8051单片机完全兼容速度却比8051快8-12倍。单片机内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)14。STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不须作为A/D使用的口可继续作为

39、IO口使用。N发送小车位置信息到手机GPS初始化本地亮灯报警 GPS有信号？YN宏晶科技生产了STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机，这系列的单片机时钟/机器周期为(1T)，具有低消耗，超高速，抗干扰等特点，指令代码与8051单片机完全兼容速度却比8051快8-12倍。单片机内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)14。STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上

40、电复位后P1口为弱上拉型IO口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不须作为A/D使用的口可继续作为IO口使用。 图5-1 主函数流程图从图可看出 GPS数据接收和处理部分是一个无限循环。利用GPS接受的数据用串口进行发送，单片机再进行接受数据。但是接收数据之前需要做一些前期工作，这是一个系统的初始化。5.2 GPS数据接收子程序设计中利用NEO-6M GPS接收板将数据利用TXD引脚进行发送，再由单片机的RXD串口接收GPS发送的数据，最后再对数据进行分析处理。NEO-6M GPS通信波特率的默认值为4800bit/s，1位起始位，1位停止位，8位数据位。该系统采用960

41、0bit/s 的GPS通信波特率。5.2.1 GPS输出语句格式GPS输出语句按照NMEA-0813标准格式，该数据代码为ASCII字符，在开头每条语句前加“$”，随后是语句的识别位和数据位，每位数据由一个逗号分开，数据的最后一位是校验位。有许多类型的GPS数据帧，如表5-1。表5-1 GPS术语表序号 术语 包含信息1$GPGGAGPS的定位信息2$GPGLL地理坐标信息3$GPZDAUTC时间信息4$GPGSV接收卫星数量5$GPGST定位误差6$GPGSA卫星DOP值7$GPALM卫星星历8$GPRMCGPS推荐数据信息$GPRMC数据帧是本程序采用的，其包含了需要的所有基本信息，是对G

42、PS所有类型数据帧的一个整理概括，表5-2展示了$GPRMC数据帧的数据内容。表5-2 $GPRMC数据内容1UTC 时间,(时分秒)格式2定位状态，A = 数据可行，V = 数据不可行3纬度(度分)格式4纬度半球N(北半球)或S(南半球)S）5经度(度分)格式6经度半球E(东经)或W(西经)7相对位移速度，0.0 至 1851.8 knots8相对位移方向，000.0 至 359.9度9UTC 日期，(日月年)格式10磁极变量，000.0 至180.0度11磁偏角方向，W(西)或E(东)12模式指示(仅NMEA0183 3.00 版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)按照

43、表6.1可以得知图6.2中第一条GPRMC语句的具体含义，格林制时间为15时55分36秒，北纬33度22分37秒，东经120度12分11秒。5.2.2 数据接收子程序设计根据GPS系统的输出语句的特点，可以将每一个以“$”开头，以“*”结束的数据接收并保存到临时数组中，为了供后续软件使用。数据流程图如图5-3所示。图5-3 串口中断，接收数据流程图从流程图中可以看出，进入串口中断后，第一接受中断标志RI，表示允许下次中断。然后确定GPS输出语句“$”符号的标志，看到“$”是则开放的，开始数据接收，直到一组结束标志的“*”接收端的数据结束。接收完一组数据就关闭中断并且跟新标志位，以供后续数据处理

44、使用。课题所使用的GPS接收板NEO-6M GPS输出语句格式还有多种，串口中断只接受以“$”开头的数据，并不判断是否是“$GPRMC，”语句，判断定位状态是不是“A”语句。GPS的应用程序接收“$ GPRMC”的数据格式后，将数据存储在数组中，然后将数据转换，流程图在图5-4。开始数组第五个是否是“C”状态位是否是“A”数据存入数组提取数据进行格式转换开中断YYNN图5-4 GPS接收数据处理流程图5.3 GSM模块数据发送子程序课题的主要任务之一实现正确的GSM模块发送汽车当前准确位置信息到指定的手机，GSM模块发送信息是至关重要的。利用单片机串口发送AT指令来控制GSM模块，STC12C

45、5A60S2拥有第二串口，在P12(RXD2)，P13(TXD2)脚，单芯片GSM模块在使用时连接RXD TXD2脚，形成通信回路，这样就能将单片机处理的数据通过GSM模块发送给绑定的手机终端。串口2 数据缓冲（S2BUF），地址为9BH，通信时使用（S2BUF = word ）可以将数据写入S2BUF，等待串口发送结束。串口2的波特率跟串口1 不同，串口2只能使用独立波特率发生器产生波特率，而串行端口1可以使用一个计时器，也可以使用独立波特率发生器产生波特率。该系统采用的GSM通信波特率为9600bit/s。本设计使用串口2工作方式1，10位工作模式有一个起始位，停止位和8个数据位。波特率由

46、BRT(独立波特率发生器)的溢出率所决定。5.3.1 GSM语句格式设定在软件设计，数据传输GSM模块包括五个部分。它包括发送“AT”，确定AT命令集，设计SMS消息格式，发送短信，中心号码，地址，和邮件内容25。以下描述了一套中心号码，地址和内容设置。（1）中心号码设置： 08：短信中心地址字节长度。就是(91)+( 683108509105F0) 的长度；91：短信中心号码类型。683108509105F0：（不是偶数补个F）。（2）地址和内容设置：00：短信息中心地址长度。11：头文件字节。0D：目标地址数字个数共13个十进制数即接收方号码长度。91：接收方号码类型。5162117598

47、F0为接收方号码。其实15261157890+F为实际号码。08：数据编码方式TP-DCS。AA：有效期TP-VP。16：用户数据长度TP-UDL。5.3.2 短信息发送子程序首先要得到单片机处理经过格式转换的数据之后，短消息才能成功的发送到指定用户手机。然后通过“AT + CMGF= 1”指示SMS模式为文本格式，再进行数据的处理，通过AT+CSCA=+8613800519500和AT+CMGS=15077838658指令设置发送移动中心号和目标手机号码使GSM模块处于待发短信息状态，最后通过AT指令将你要发送的Text通过串口发送到指定的手机上。短信息发送流程图如图5-5所示。开始获取短信

48、内容发送模式格式设置设置移动中心和目标手机号码短信息发送结束图5-5 短消息发送子程序流程图6系统调试分析与结果对防盗报警系统的硬件设计和软件设计总体结束后，对其进行焊接，实物见图6-1。将程序代码载入单片机，使硬软件之间进行联合。为了判断该系统能否达到预期的目的，检验其硬、软件能否正常联合，接下来就是要对该产品进行调试。6.1电路板焊接首先，连接电源电路，通过调试查看电源电路能否正常工作；接着，连接单片机与外围电路，把编写的程序载入中控制器中，检测单片机工作是否正常；其次，将GSM模块的工作电平接口、SIM卡接口、以及其他电路进行焊连，检测GSM模块能否通过AT指令与主控制器进行信息交流，最

49、后，将单片机与GPS模块进行焊接，然后通过载入的程序测试GPS模块的可用性，最后将液晶显示器以及其他部件进行连接，通过模拟测试，检验整个系统能否正常准确的工作。焊接结束后，检测电路是否安全，保证电路的安全性。接着编写程序，在单片机STC-ISP软件中，通过串口把程序下载进去，然后进行联合调试。图6-1实物图6.2 GSM模块调试在完成以上电路焊接后，由于GSM模块在整个系统中起至关重要的作用。接着就是对通信模块的调试，这里有个很的重要的问题：GMS、单片机、PC机之间如何连接。在系统设计中，不同模块之间的工作电平不同，通信模块的采用CMOS电平，由于其内部结构比较特殊，当输入或输入管脚高于VC

50、C一定值(比如一些芯片是0.7V)时，电流如果太大，可能引起闩锁效应，烧毁芯片。而单片机采用的是TTL电平，由于其二者之间的，高低电平值不一样所以相互连接时需要进行电平转化，用两个电阻对电平分压，这里直接采用杜邦线将其连接。上位机是RS232电平，它也不能直接与CMOS电平连接，因此在连接时采用来实现电平的转换23，单片机的端口是TTL电平，经过MAX232转成RS232电平，在经过电脑端的MAX232芯片转成TTL电平，再送入CPU。6.3 GPS模块调式相对于GPS模块来说，在整个防盗系统中同样具有很重要的作用，GPS模块在于其他模块连接时同样要关注它们之间的电平转化，与通信模块有相似之处

51、，它们的工作电平都是CMOS电平，在与TTL电平（电流控制器件)连接时，直接采用杜邦线将其连接，同样与上位机相连时也是经过MAX232转成RS232电平。ATK-NEO-6M模块与单片机连接最少只需要4根线即可：电源线、接地、TXD、RXD，连接电源线和接地给模块进行供电，模块TXD和RXD则连接单片机的RXD和TXD即可。GPS模块卫星数据和经纬度及所在位置如图6-2和6-3所示。图6-2 GPS模块卫星数据图图6-3 经纬度及所在位置图6.4 干扰分析由于汽车内部设施器件比较复杂，或多或少对防盗系统存在一些扰乱，有时候会使防盗系统停止运转。这时，我们要采取一系列措施来抑制干扰。在整个系统中

52、，有很大一部分的干扰是由电流信号传输时引起电场耦合，所以抑制信号传递带来的干扰是我们首先要考虑的。当防盗系统开始运转时，向整个系统提供能量的电源，其内部产生的电压变化给CMOS电平与TTL电平带来很大影响，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片针，导致整个系统崩溃。针对以上问题，做出以下应对方案：第一：采用集成稳压电路IC芯片转换电压给系统提供能量。第二，把退耦电容接在电源输入端，满足驱动电路电流的变化，避免相互间的耦合干扰。6.5系统运行结果通过以上分布调试，将系统的硬件和软件直接联合，最后经过测试，该防盗系统基本上可以实现其预计的良好性能，下图是我经过实际操作测试后得到的结果

53、。测试结果如图6-4所示。图6-4 经、纬度显示界面7总结与展望7.1总结车辆防盗系统是利用GPS定位技术，利用GPS的定位系统和GSM的通信的联系，来准确定位汽车当前位置，并发送给指定用户。该系统中，GPS定位系统和GSM通信方案的选择是决定车辆防盗监控系统定位精度、系统实时性和有效性的重要因素。本本主要设计GPS-GSM汽车防盗系统，主要有以下几方面工作:(1)由于车辆防盗监控涉及面广，而且要考虑实时性，有效性，准确性，所以在设计的时候就要考虑系统整体性，为了达到目标，必须划分模块，同时阐述各模块之间的相互关系与联系。(2)为了达到车辆防盗监控的实时，有效性，准确和稳定性，因此在对防盗报警

54、系统内部以及实体之间的通信联系，和各协议进行详细分析和比较，得到最终软件开发的结果。(3)为了更好地发挥报警系统的可靠和实时性，利用GPS定位系统和GSM通信系统，实时通信，并对对各个模块的应用程序进行设计，最终设计出主要功能的应用程序流程图。对于在实际的应用程序设计和实际过程中遇到的各种问题，进行分析并解决相应的问题。(4)由于设计的系统在程序设计过程中必须遵循具体到抽象再到具体的设计原则，因此，在详细的对每个模块进行设计过程中，必须对报警系统的各模块进行方法性和逻辑性，以及实体上进行详细规划和部署。(5)对防盗系统的终端、数据库，用户之间的通信功能进行实际测试。根据需求和当前对功能的需求，

55、编制相应的测试程序和方案，对测试的结果做详细的分析和改进。(6)总结了本课题设计的采用GPS联合GSM方式对车辆进行实时监控对的系统特点。7.2展望现在GPS在生活中使用已经非常广泛，汽车上的使用，手机的使用，无不需要GPS定位系统。由于GSM网络涉及面极广，几乎任何地区都在其覆盖面下，而且随着手机已成为大家生活中必需品，所以联合利用GPS定位系统和GSM网络通信将成为汽车防盗报警系统的主要设计思路。本课题设计的意义为了实现更简单方便可靠的防盗系统，虽然设计过程中有一些制度缺陷，但可以为未来设计做铺垫。为此提出如下展望：(1)设计联合GPS和GSM的防盗系统，应更加智能和准确，如果不是存在险情

56、的震动，系统应能自动识别，否则就会出现误报的情况。(2)扩展其功能，如在一段范围内的经度和纬度数据的变化发送短信到指定的手机，而不是在任何距离内发送信息。否则也会造成误报的情况。(3)对GSM模块功能进一步深入研究，使发送的数据可以更加完整，和可靠。总体而言，本设计利用GPS定位功能和GSM实时通信，可以较准确的给出汽车当前位置信息，用户可以方便使用。随着社会的经济和科技的不断发展，对该系统定会有越来越高的要求，为了能够更好的服务社会，我们需不断的深究和改进，充分利用其联合定位的功能。参 考 文 献1朱丹. 基于ARM7的GSM/GPS汽车防盗系统的设计D; 浙江工业大学, 2013.2马相军

57、. 基于GSM的汽车防盗报警系统D; 北京工业大学, 2009.3王丽欣. 基于GPS/GSM的车辆定位跟踪系统设计与实现D; 沈阳工业大学, 2013.4黄红云. 基于GPS/GSM汽车防盗系统的设计与实现D; 南京理工大学, 2010.5Dafeng S, Jing L, Zhimin M, et al. Application of CAN in vehicle traction control system; proceedings of the Vehicular Electronics and Safety, 2005 IEEE International Conference ,

58、 2005.6Huang H, Xiao S, Meng X, et al. A remote home security system based on wireless sensor network and GSM technology; proceedings of the Networks Security Wireless Communications and Trusted Computing (NSWCTC), 2010 Second International Conference, 2010. 7张艳红. 基于TC35车辆防盗报警器的研究J. 科技创新导报, 2010, (1

59、7): 24-25.8张惠, 张健, 梁兴忠等. 全球定位系统(GPS)技术的发展现状及未来发展趋势J. 仪器仪表标准化与计量, 2011, (02): 43-45.9Parkinson B W, Spilker J J. Progress In Astronautics and Aeronautics: Global Positioning System: Theory and Applications M. Aiaa, 1996.10高厚磊, 徐丙垠. GPS 及其在电力系统中的应用J. 电力系统自动化, 1995, 19(09): 41-44.11刘柏楠, 张修红, 娄海波等. 基于GP

60、S-GSM的汽车短信防盗系统设计J. 陕西科技大学学报(自然科学版), 2011,（ 04): 33-46.12刘振强, 王利, 徐超等. 基于高速单片机的弹载GPS信号采集J. 探测与控制学报, 2010, (02): 42-46.13赵敏, 王云志. GPS定位系统中由相对论效应引起的误差J. 北京联合大学学报(自然科学版), 2011, (01): 52-69.14王晔. 一个短消息收发平台的设计与实现D; 南京理工大学, 2008.15Borenovic M, Neskovic A, NESKOVIC N. Vehicle positioning using GSM and casca

61、de-connected ANN structures J. Intelligent Transportation Systems, IEEE Transactions on, 2013, 14(01): 34-46.16Rewadkar D, Aher C N. Vehicle tracking and positioning in GSM network using optimized SVM model; proceedings of the Current Trends in Engineering and Technology (ICCTET), 2014 2nd International Confer