DSP技术及应用结业论文Word文档下载推荐.docx

DSP技术及应用结业论文Word文档下载推荐.docx

《DSP技术及应用结业论文Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DSP技术及应用结业论文Word文档下载推荐.docx（17页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实报警功能正常。

该报警模块克服了现有汽车报警器的缺点，具有覆盖面广、成

本低费用便携、无噪声污染、不受地区和线路限制等优点，因而具有一定实用意义。

关键词:

GSM模块TC35i；

单片机P89C58；

DSP数字信号处理；

汽车指纹报警

摘要-------------------------------------------------------------------------------------------1

1.课题提出的背景和意义---------------------------------------------------------------------3

1.1汽车防盗问题--------------------------------------------------------------------------3

1.2嵌入式指纹识别防盗装置-----------------------------------------------------------3

1.3无线远程监控系统与汽车防盗-----------------------------------------------------3

1.3.1利用现有网络------------------------------------------------------------------3

1.3.2通过专用无线局域网---------------------------------------------------------4

2.汽车指纹报警系统的总体设计------------------------------------------------------------4

2.1嵌入式指纹识别系统-----------------------------------------------------------------4

2.2GSM模块的选择----------------------------------------------------------------------5

2.3汽车指纹报警系统总体设计--------------------------------------------------------5

3.报警模块的硬件设计-------------------------------------------------------------------------7

3.1GSM模块TC35i-----------------------------------------------------------------------7

3.1.1TC35i-内部组成-----------------------------------------------------------------7

3.2单片机P89C58的介绍----------------------------------------------------------------8

3.2.1P89C58的引脚描述------------------------------------------------------------8

3.3报警模块的外围电路设计------------------------------------------------------------8

3.3.1电源部分-------------------------------------------------------------------------9

3.3.2启动和关机部分---------------------------------------------------------------10

3.3.3串口部分------------------------------------------------------------------------10

3.3.4SIM卡座部分------------------------------------------------------------------11

3.3.5TC35i外围总体电路---------------------------------------------------------11

3.3.6单片机外围电路---------------------------------------------------------------12

3.4PCB板设计----------------------------------------------------------------------------14

4.结论-------------------------------------------------------------------------------------------14

5.参考文献----------------------------------------------------------------------------------15

1.课题提出的背景和意义

1.1汽车防盗问题

随着我国改革开放以来，人们生活水平不断提高，汽车越来越成为人们生活中不可缺少的一部分，从世界上第一辆汽车被盗开始，偷车已成为现今社会里最常见的犯罪行为之一，这已成为一个严重的社会问题。

随着汽车数量的增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这给社会带来极大的不安定因素，担心爱车被盗，成为困扰汽车用户第一大的难题。

据统计，目前汽车失窃案发最多的是美国，每年有150万辆汽车被盗，即每隔20秒就有一辆车被盗;

香港每年也有4000辆高级轿车失窃。

从国内情况看，近几年盗窃汽车案件不断增多，据统计2007年全国发生盗车案件30万多起，平均每天被盗900多辆车，并且近几年还在继续增加，上升势头越来越猛[1]。

1.2嵌入式指纹识别防盗装置

目前汽车防盗器已由初期单纯的机械钥匙防盗、机电式防盗、电子防盗走向生物特征式识别防盗[2]。

指纹识别技术是生物特征识别技术中的一种。

每个人的包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的，并且终生不变。

依靠这种唯一性和稳定性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份，这就是指纹识别技术。

自动指纹识别是本世纪六十年代兴起并利用计算机来进行指纹识别的一种方法。

作为生物特征识别的一种，由十它具有其它特征识别所不可比拟的优点，使得自动指纹识别有着更为广泛的应用。

自动指纹识别技术的发展得益十现代电子集成制造技术和快速而可靠的算法研究。

尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用十识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是需要进行大量运算的模糊匹配算法。

现代电子集成制造技术使得可以制造相当小的指纹图像传感器，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至数字信号处理器DSP和单片机组成的系统上进行两个指纹的比对运算的可能。

另外，匹配算法可靠性也不断提高。

因此，嵌入式指纹识别技术己经非常成熟实用了。

嵌入式指纹识别防盗装置将嵌入式指纹识别技术、GSM无线通信技术与汽车电路相结合，以驾驶员指纹识别的结果，确定是否发动汽车引擎或者打开车门。

由于使用了指纹作为启动汽车的“钥匙”，该装置具有方便、快捷、安全可靠等优点[3]。

1.3无线远程监控系统与汽车防盗

1.3.1利用现有网络

现有的通信网络较多，按业务建网是3G以前通信网络的特点，无线网络也不例外。

设计无线远程监控系统可以借用的无线网络主要有：

（1）全球数字移动电话系统（GSM），

（1）通用分纲一无线业务（GPRS），（3）采用码分多址（CDMA）技术的移动网，（4）蜂窝式数字分组数据CCDPD系统。

利用现有的网络组建无线远程监控系统[4]，网络连接如图1.1所示。

其中无线接入模块产品一般都提供有RS232作为外通信接口，有些天线是内置的。

利用现有的网络覆盖面广和可漫游等特点，使监测站和控制中心的位置不受距离的限制;

但由于利用公网，安全性会有所降低[5]。

1.3.2通过专用无线局域网

这种设计实现方式结构简单，目‘无须向网络运营商付费；

利用专网，安全性高。

无线传输以微波作传输媒体，根据调制方式的不同，可分为扩展频谱方式和窄带调制方式两种。

扩展频谱方式系统的抗干扰能力和安全性高，对其它电子设备的干扰小。

窄带调制方式占用频带少，频带利用率高;

通常选择专用频段，需要申请；

相邻频道间影响大，通信质量、通信可靠性无法保障。

采用专用无线收发设备建立无线局域网的拓扑结构如图1.2所示。

无线收发设备包括无线Modem和无线网桥等。

无线Modem与监测站和控制中心之间采用RS232通信。

2.汽车指纹报警系统的总体设计

2.1嵌入式指纹识别系统

嵌入式指纹识别系统的组成，如图3.1所示。

系统主要由单片机、数字信号处理器DSP、指纹传感器、键盘、显示器LCD、存储器。

该系统各个部分的功能作用如下：

（1）单片机——系统的控制核心，协调各个部分的工作。

系统中的单片机选用的是Philip公司的P89C58。

它具有高速、低功耗、强抗静电等优点。

（2）数字信号处理器DSP——完成指纹匹配的相关算法。

DSP处理器采用的是TI公司的TMS320VC5416，其为增强型哈佛结构，拥有多级流水线、多处理单元。

同时其支持特殊的指令（乘加指令等），使其具有强大的数据处理能力。

TMS320VC5416最高支持160MHz的时钟频率，鉴于它强大的数据处理能力和高运行速度，选择它作为系统的算法处理器。

（3）指纹传感器——获取指纹信息，传送到DSP,经DSP处理后作为匹配模板

存储在存储器中。

指纹传感器选择的是AuthenTec公司的AES2510擦刮式指纹传感器，在DSP的控制下采集指纹到存储器中，以待下一步的处理。

（4）键盘和显示器LCD——人机交互界面。

LCD显示器用十人机交互操作，例如：

何时将手指放在指纹传感器上，何时使用键盘输入必要的信息等。

键盘用来输入系统密码等信息。

2.2GSM模块的选择

在本文将要完成的嵌入式指纹报警系统中，仅需要使用GSM模块的SMS功能，而且作为防盗系统对模块的稳定可靠要求比较高。

西门子的TC35i可靠性好，具有较高的性价比，并目‘拥有国内的无线电设备入网证[6]，所以最后决定选择西门子公司的GSM模块TC35i。

2.3汽车指纹报警系统总体设计

上面介绍了嵌入式指纹识别系统的组成和GSM模块，并完成了GSM模块的具体型号选择，下面将给出汽车指纹报警系统的总体设计和工作原理。

其总体框图如图3.4所示:

汽车指纹报警系统工作流程图如图3.5所示:

其工作原理如下:

①首先，由单片机控制显示器LCD，显示提示车主将手指置于指纹传感器上，输入指纹信息，该指纹信息经数字信号处理器DSP处理后，作为匹配指纹模板存于存储器中。

同时，显示器LCD还提示车主输入密码、手机号码等必要信息；

②然后，每次发动汽车前，显示器LCD提示输入指纹信息，并通过数字信号处理器DSP进行匹配，即与事先存入存储器中的指纹模板进行匹配；

③匹配成功后，单片机通过汽车电路接口发出控制信号，启动汽车引擎。

若匹配失败，则提示再次输入；

④二次失败后，单片机控制报警通信模块，发出报警短消息；

⑤若系统产生异常，二次输入都无效，则车主输入密码，启动汽车。

同时，车主进行修改手机号，修改报警短消息中心地址等操作时都需要密码。

3.报警模块的硬件设计

在第2章给出的汽车指纹报警系统的总体设计中，GSM模块TC35i和单片机P89C58是报警模块的核心，由于TC35i模块P89C58都各有40个引脚、它们需要一定的外部电路才能完成相互之间的通信从而正常地工作。

本章TC35i和P89C58性能，它们的引脚外部特性进行了详细地介绍，并结合合理的外围电路，使用PROTELL99完成报警模块的硬件设计。

3.1GSM模块TC35i

3.1.1TC35i内部组成

TC35i模块如图4.1所示，从功能上看主要由4部分组成:

GSM基带处理器、

GSM射频部分、电源ASIC（ApplicationSpecificIntegratedcircuit）,FlashoGSM基

带处理器是整个模块的核心，它由一个C166CPU和一个DSP处理器内核控制着模块内各种信号的传输、转换、放大等处理过程。

GSM射频部分是一个单片收发器SMARTi，它由一个外差式接收器、上变频调制环路发送器、一个射频锁相环路和一个全集成中频合成器组成，共同完成对射频信号的接收和发送等处理。

GSM模块电流变化非常大，空闲时电流小于3.5mA,而在通话期间电流最大可达2A，这就对供电电路提出了较高的要求。

GSM模块电源ASIC部分使用线性电压调节器把外部输入的电源电压Vbatt+进行稳压处理后供GSM基带处理器和GSM射频部分使用，此外它还输出一个2.9V/70mA的电压供模块外的其他电路使用。

GSM射频部分的功率放大器对电源电压要求不高，所以直接使用外部的输入电压Vbatt+oFlash用来存储一些用户配置信息、电话本和其他信息。

3.2单片机P89C58的介绍

3.2.1P89C58的引脚描述

P89C58共有40个引脚包括4组I/O口不II电源引脚Vcc,接地引脚Vss、复位信号输入脚RST、地址锁存引脚ALE、片外储存器选通引脚PSEN、内外储存器选择引脚EAl，和XTAL1,XTAL2晶振或时钟输入引脚。

其引脚示意图如图4.2所示，引脚功能说明如表4.1所示。

3.3报警模块的外围电路设计

在了解了TC35i和P89C58的内部特性和外部引脚功能后，接下来的工作就是完成报警模块的外围电路设计。

由于TC35i的输入电压为4.2V，报警系统的供电电压为5V，所以需要进行电平转换。

开启远程通信模块TC35i时，要对它的第15号引脚施加一个大于100ms的低电平，TC35i的串口电压的高电平为3V以下，而单片机串口电压的高电平为5V，因而也需要进行电平转换。

外接手机卡SIM卡座同样也需要一定的电路才能正常工作。

具体的硬件电路是采用Protel99来设计和实现的。

其设计思路如下：

由于本系统采用的短信报警方式，所以语音接口引脚33----40将悬空不用;

同时电源采用的是直接供电而不是电池供电所以11-14引脚也将悬空。

剩下的引脚按功能来分，可以大致分为5个部分如图4.3所示：

（1）电源部分、

（2）启动和关机部分、（3）串口部分、（4）SIM卡座部分、（5）其它部分。

下面将具体对每部分进行设计和说明，并给出各个部分和总体的原理图。

3.3.1电源部分

根据工作手册TC35i对电源的要求比较高。

平时的典型工作电压为4.2V，在模块登录到GSM网络发送信息的时候，其峰值电流可达2A，此时的电源电压不能低于3.3V。

本文选择的是LM1085[10]低压差调节器，它这里的输入电压为5V，它的输出电流可达3A，其输出电压满足Vout=1.25v（1+R1/R2），图4.4中R6和R7分别与公式中R2和R3对应。

经计算转换后的电压为4.1875V能满足TC35i的要求。

串口部分用到的电平转换模块74LCX245需要电源为3.3V左右，由LM1086[11]，模块从5V转换而来。

LM1086不需要外部电阻的调节可以直接输出3.3V电压。

3.3.2启动和关机部分

启动电路由开漏极二极管和上电复位电路组成如图4.7所示。

模块上电lOms

后（电压须大十3.3V），为保证整个系统正常启动，要求在电源加电时IGT必须在

保持大十100毫秒的低电平后再到高电平。

启动后，15脚的信号应保持高阻态。

具体电路实现是：

15脚外接二极管Q3和RC电路，再通过排针HEADERSX2与单片机P1.6口连接。

当P1.6口产生大十100ms的高电平时，启动脚与地线导通，启动模块。

第31引脚为紧急关机脚，它也通过排针与单片机PCB板上的开关相连。

开关按下，关机引脚接地，模块紧急关机。

3.3.3串口部分

本文在3.2.3TC35i的外部引脚中，提到TC35i的串口符合ITU-TRS232接口标准。

这里要注意RXD0是与RXD相连接，TXD0是与TXD相连接。

一般的非CPU类设备之间连接都使用这种规则。

RING0用来指示接收到UnsolicitedResultCode（URC）、数据传输信号或者语音传输信号RXD0,，TXD0是数据发送和接受。

数据在两个串口之间传输时，常常会出现丢失数据的现象，或者两台计算机

的处理速度不同，如台式机与单片机之间的通讯，接收端数据缓冲区已满，则此

时继续发送来的数据就会丢失。

流控制能解决这个问题，当接收端数据处理不过

来时，就发出“不再接收”的信号，发送端就停止发送，直到收到“可以继续发送”

的信号再发送数据。

因此流控制可以控制数据传输的进程，防止数据的丢失。

常

用的两种流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS,DTR/CTS等）和软件流控制XON/XOFF（继续/停止）。

由于短消息自身数据量不大的特点，更主要的是单片机引脚数量有限，这里只用到RXD0,TXD0分别与单片机P89C58的RXD和TXD口连接。

由于P89C58串口电压的高电平一般为3v-5v，而TC35i串口电压的高电平范围为1.95v-3.45v。

因此对于TC35i的TXD0引脚，需要3V-5V的电平转换芯片。

这里采用74LCX245,能够实现电平转换和串口通信功能。

74LCX245的工作电压3.3V由电平转换芯片LM1086转换而来。

而RXD0引脚的电压典型值为2.5V左右，可以直接与RXD连接。

74LCX245是8位COMS数据总线收发器，输入5V，输出可调。

输出电压的高电平典型值为Vcc-0.2V（2.7V<

VCC<

3.6V时）。

同时具有低功耗和传输速度高等特点。

3.3.4SIM卡座部分

TC35i的SIM卡引脚可直接与手机SIM卡座的同名端连接；

CCRST不仅CCVCC需要电容与CCGND连接。

当采用的手机SIM卡的卡座是8针时，CC1N用来检测卡座中是否插入手机卡SIM。

这里采用的是6针SIM卡座，那么CCIN直接与CCVCC相连。

3.3.5TC35i外围总体电路

为了方便调试，TC35i和单片机的外围电路设计在不同的PCB版上，二者通

过排针HEADERSX2连接。

同时处十体积的考虑，LM1085和LM1086都焊接在

单片机的外围电路上。

TC35i的外围电路图和单片机的外围电路图如下:

3.3.6单片机外围电路

单片机P89C58的外围电路图[12]如图4.17所示，P89C58作协调系统各个部分工作的核心处理器，其外部电路相对比较复杂。

按功能分其可以分为以下几个部分[13]：

电源转换部分，复位电路部分，晶振电路部分，接口电路部分，其他部分。

（1）电源转换部分在原理图的最上方包括:

AOZ1010，LM1086，LM1085二个模块。

LM1085，LM1086在上文已经详述，AOZ1010将12V的外部稳压电源转换为5V。

（2）复位电路由开关和简单的RC电路组成。

（3）时钟电路采用的外部晶振频率为12MHz，需要注意的P89C58的工作频

率经过分频后是33MHz，而不是12MHz。

（4）其他部分：

完成了上述设计后，单片机余下的引脚用来外接扩展芯片完成与汽车电路的通信。

其中的外接继电器是用来模拟汽车电路，扬声器用来发出声音报警信息。

两个LED分别接12V和5V，起方便调试的作用。

其余余下的部分包括:

电源开关、12V电源接入口、12V/5V电源输入选择、滤波电路等。

单片机的外围电路图如图4.18所示:

3.4PCB板设计

完成了上面的Protel原理图[14]设计后，下一步由原理图生成PCB图。

由于报警模块的电路图相对不算复杂，采取手动布线。

布线时有以下几个方面需要注意：

（1）走线不能产生环路，电源线和地线尽量宽些。

（2）要充分考虑到元件的体积，避免出现元件体积太大放不下去的情况。

（3）在硬件PCB板设计过程中，不要过度相信标准库中提供的元件引脚尺寸。

同一个型号的电子元件不同厂家的尺寸可能不同，同时很多国外的元件国内厂商

都有在功能上可以完全替代的同类元件，但是大小上可能有出入，最好的每个元

件都要自己量一下。

（4）焊盘尽量画大些，以方便焊接。

（5）元件的布局要合理，要考虑到焊接方便，过孔尽量要少，能延长走线的

就不要用过孔代替。

（6）布线时拐角尽量都布成钝角（特别是信号线），最好少出现直角，严禁出

现锐角。

4.结论

本文针对传统汽车防盗报警器中出现的问题，结合现在已经非常成熟的GSM无线通信技术，完成了汽车指纹报警系统中报警模块的硬件设计和PCB板测试。

本文主要完成了以下工作:

（1）查阅和学习了大量中英文资料，了解了GSM网络和SMS服务的工作原理，特别深入理解AT指令，GSM模块TC35i的内部和外部特性。

在对以上各方面有了比较深的认识后，决定采用TC35i作为报警无线通信模块，短消息作为报警方式。

（2）汽车指纹报警系统采用GSM报警模块TC35i+嵌入式指纹识别系统的结

构，从实际出发，决定采用单片机P89C58控