基于GSM的汽车防盗系统的设计.docx

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基于GSM的汽车防盗系统的设计

教学单位物理与信息技术系

学生学号200891024093

编号

物理系本科学年论文

题　　目　基于GSM的汽车防盗　　　　　　　　　

系统设计

学生姓名　　　　　　　　　　

专业名称　电子信息科学与技术　　　　　　　　　

指导教师　周新淳　　　　　　　　　

2010年　10　月　5　日

基于GSM的汽车防盗系统的设计

摘要:

本设计介绍了一种基于GSM技术，把接收、控制和报警功能模块结合于一体的汽车防盗报警系统,详细阐述了GSM的概念、历史、发展及系统组成结构和软硬件设计具体方案.该系统运用GPS模块负责接收定位数据，GSM模块负责在车载终端和监控用户之间传递信息，在单片机的控制下收发短信，单片机控制电路对GPS定位数据进行分析，并根据用户的设置做出相应的处理。

电源电路由7805为单片机、GPS模块提供直流电压，LM2941CS再将直流电压稳压提供给GSM模块使用。

通过在汽车中安装该报警器，当GPS模块接收到异常震动信号时，，通过单片机处理后以GSM网络为信道，把报警信息通过短消信通知用户，车主接收到报警信息后,发送命令来报警或遥控汽车,从而达到了防盗的目的.系统结构简单、功能强大,安装调试简单、使用方便,并有效地解决了传统报警器存在的问题.

关键词：

GSM；防盗报警系统；GPS模块；单片机；异常信号

BasedonGSMautomobilesecuritysystemdesign

Abstract:

ThisdesignintroducedonekindbasedontheGSMtechnology,thereceive,controlsandreportstothepolicethefunctionmoduleunioninabodyautomobilesecurityalarmsystem,elaboratedtheGSMconcept,thehistory,thedevelopmentandthesystemcompositionstructureandthesoftwareandhardwaredesignconcreteplanindetail.ThissystemisresponsibleusingtheGPSmoduletoreceivethelocalizationdata,theGSMmoduleisresponsibleinthevehicletocarrybetweentheterminalandthemonitoringusertransmitstheinformation,receivesanddispatchestheshortnoteunderthemonolithicintegratedcircuitcontrol,themonolithicintegratedcircuitcontrolcircuitcarriesontheanalysistotheGPSlocalizationdata,andmakescorrespondingprocessingaccordingtouser'sestablishment.Thepowercircuitby7805forthemonolithicintegratedcircuit,theGPSmodulewillprovidetheDCvoltage,LM2941CStheDCvoltageconstantvoltageprovidesagaintotheGSMmoduleuse.Throughinstallsthisalarmapparatusintheautomobile,whentheGPSmodulereceivesexceptionallyvibratesthesignal,aftermonolithicintegratedcircuitprocessingtaketheGSMnetworkasthechannel,reportstothepolicetheinformationthroughtodisappearshorttheletternoticeuser,afterthevehicleownerreceivesreportstothepolicetheinformation,thetransmissionorderreportstothepoliceorcontrolsremotelytheautomobile,thushasachievedthesecuritygoal.Thesystemstructuresimple,thefunctionisformidable,installsthedebuggingsimply,theeasytooperate,andhaseffectivelysolvedtheproblemwhichthetraditionalalarmapparatusexist.

Keywords:

GSM;Securityalarmsystem;GPSmodule;Monolithicintegratedcircuit;Unusualsignal

1.前言

随着汽车等交通工具的普及，无线通信技术和全球卫星定位（GPS）技术逐步开始应用到车辆监控等领域。

不论是对警车、运钞车等特种车辆的监控还是对普通轿车的防盗监控，无线通信和GPS技术都发挥着重要的作用。

目前，移动无线通信方式主要有：

a．集群移动通信方式；b．DSRC（专用短程）通信方式；c．GSM（全球移动通讯系统）方式。

其中，GSM方式数据范围大，数据保密性好，使用方便，成本低。

结合GPS系统，GSM系统可以将车辆的位置、速度、行驶方向以及其他状态信息通过无线通信链路传送到车主手持终端或监控中心，实现对车辆的监控。

在GSM系统所提供的业务中，话音业务和数据业务需要通过拨号建立连接，一旦建立连接后即开始计费。

而GSM短消息业务不需要建立拨号连接，只需要把要发的信息加上目的地址发送到短消息中心，再由短消息中心转发到目标用户终端。

短消息业务是按发送的短信条数收费，只要短消息每次限制在140个字节即可，这个数据长度足够传送GPS定位信息。

可以看出，利用GSM短消息业务进行数据传送能够充分利用覆盖范围广阔的移动通信网络，以廉价的方式实现远程可移动目标的定位，比较适合用于汽车的防盗监控。

本文采用PIC18F2450单片机、GSM模块TC35i和SIRF第三GPS接收模块设计车载防盗监控终端。

2.GSM简介

2.1GSM的涵义

GSM全名为：

GlobalSystemforMobileCommunications，中文为全球移动通讯系统，俗称"全球通"，是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。

我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术。

目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。

GSM系统包括GSM900：

900MHz、GSM1800：

1800MHz及GSM1900：

1900MHz等几个频段。

GSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。

GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。

GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。

GSM实际上是欧洲的无线电话标准，据GSMMoU联合委员会报道，GSM在全球有12亿的用户，并且用户遍布120多个国家。

因为许多GSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议，因此当用户到其他国家之后，仍然可以继续使用他们的移动电话。

2.2GSM特点

1.GSM使用上直观的特点：

GSM系统有几项重要特点：

防盗拷能力佳、网络容量大、手机号码资源丰富、通话清晰、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通话死角少、手机耗电量低。

2.GSM的技术特点：

〈1〉频谱效率。

由于采用了高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码技术，使系统具有高频谱效率。

〈2〉容量。

由于每个信道传输带宽增加，使同频复用栽干比要求降低至9dB，故GSM系统的同频复用模式可以缩小到4/12或3/9甚至更小（模拟系统为7/21）；加上半速率话音编码的引入和自动话务分配以减少越区切换的次数，使GSM系统的容量效率（每兆赫每小区的信道数）比TACS系统高3～5倍。

〈3〉话音质量。

鉴于数字传输技术的特点以及GSM规范中有关空中接口和话音编码的定义，在门限值以上时，话音质量总是达到相同的水平而与无线传输质量无关。

〈4〉开放的接口。

GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间，例如A接口和Abis接口。

〈5〉安全性。

通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。

鉴权用来验证用户的入网权利。

加密用于空中接口，由SIM卡和网络AUC的密钥决定。

TMSI是一个由业务网络给用户指定的临时识别号，以防止有人跟踪而泄漏其地理位置。

〈6〉与ISDN、PSTN等的互连。

与其他网络的互连通常利用现有的接口，如ISUP或TUP等。

〈7〉在SIM卡基础上实现漫游。

漫游是移动通信的重要特征，它标志着用户可以从一个网络自动进入另一个网络。

GSM系统可以提供全球漫游，当然也需要网络运营者之间的某些协议，例如计费。

2.3GSM的发展状况

20世纪80年代中期，当模拟蜂窝移动通信系统刚投放市场时，世界上的发达国家就在研制第二代移动通信系统。

其中最有代表性和比较成熟的制式有泛欧GSM，美国的ADC（D-AMPS）和日本的JDC（现在改名为PDC）等数字移动通信系统。

在这些数字系统中，GSM的发展最引人注目。

1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。

GSM系列主要有GSM900、GSM1800和GSM1900三部分，三者之间的主要区别是工作频段的差异。

蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。

其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：

各系统间没有公共接口；很难开展数据承载业务；频谱利用率低无法适应大容量的需求；安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。

尤其是在欧洲系统间没有公共接口，相互之间不能漫游，对客户造成很大的不便。

GSM数字移动通信系统源于欧洲。

早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。

当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。

为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年，北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政大会）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。

在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组（GroupSpecialMobile）”，简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。

我国自从1992年在嘉兴建立和开通第一个GSM演示系统，并于1993年9月正式开放业务以来，全国各地的移动通信系统中大多采用GSM系统，使得GSM系统成为目前我国最成熟和市场占有量最大得一种数字蜂窝系统。

GSM国内现状目前我国主要的两大GSM系统为GSM900及GSM1800，由于采用了不同频率，因此适用的手机也不尽相同。

不过目前大多数手机基本是双频手机，可以自由在这两个频段间切换。

欧洲国家普遍采用的系统除GSM900和GSM1800另外加入了GSM1900，手机为三频手机。

在我国随着手机市场的进一步发展，现也已出现了三频手机，即可在GSM900\GSM1800\GSM1900三种频段内自由切换的手机，真正做到了一部手机可以畅游全世界。

3.汽车报警器现状

目前流行的汽车防盗器可以简单归纳为三大类，即：

机械式防盗器、电子防盗器和网络防盗器，上述三类防盗器越往后科技含量越高，但价格也基本与科技含量成正比。

3. 1机械式防盗器

  机械式防盗装置是市面上最简单、最廉价的一种防盗装置，其原理十分简单，即锁住转向盘、控制踏板或挡柄。

优点：

价格便宜，安装简便，价格在几十元到几百元之间。

缺点：

防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。

3. 2 电子防盗器

电子防盗装置就是给车锁加上电子识别码，开锁或配钥匙都需要输入十几位密码。

电子防盗的最大优点在于密码解锁和声讯报警。

   电子防盗装置的主要功能有以下四种：

声讯报警、安全提示、遥控寻车、中央门锁遥控。

3. 3网络防盗器

网络防盗装置即利用现代电子信息技术、航天技术和网络技术，实现汽车与车主的实时信息反馈，以全球卫星定位系统（GPS）为代表。

其利用接收卫星发射信号与地面监控设备和GPS信号接收机组成全球定位系统，卫星星座连续不断发送动态目标——汽车的三维位置、速度和时间信息，从接收到的反馈信息来获知汽车当前所处的位置。

目前的GPS系统具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、路况信息、人工导航、车辆查询等多种功能。

但是，这种防盗系统也有很大不足之处。

一是没有建立卫星定位地面监控中心的地区GPS无法工作；

二是由于卫星数量有限，信息扫描覆盖存在一定“盲区”，从而使监控实际上经常处于间断“丢失”状态；三是价格一般都在数千元以上，仅安装一套不带显示屏的GPS就需要花费六七千元，而每年还需向服务商交纳近千元的服务费。

高昂的费用让许多车主望而却步。

   此基于GSM的汽车防盗报警系统是集传统车载式防盗报警单元和GSM全球通移动通信网路控制为一身的高科技产品。

该产品依托覆盖率极高的GSM公众网络，利用GSM无线通讯业务和短消息业务，采用人车互动的防盗模式，对车辆进行远程监控；具有遥控监听现场语音功能、遥控呼叫语音报警功能、发送和遥控关闭报警短消息功能、被劫报警按键、振动报警等功能，使车主摆脱了看不到、听不见的被动防盗尴尬局面；无需设运营中心，解决了GPS入网成本高以及普通的车辆防盗报警器监控范围小等问题，能让您的汽车随时随地尽在掌握之中。

4.汽车防盗系统设计

4.1车载终端硬件设计

　　车载终端主要由四部分组成，即GSM模块、GPS接收机模块、单片机控制电路和电源电路。

GPS模块负责接收定位数据；GSM模块在单片机的控制下收发短信；单片机控制电路对GPS定位数据进行分析，并根据用户的设置做出相应的处理。

电源电路由7805为单片机、GPS模块提供+5V直流电压，LM2941CS再将+5V直流电压稳压为+4．2V提供给GSM模块使用。

该系统的结构框图如图l所示。

4.1.1单片机控制电路

系统选用Microchip公司的PICl8F2450作为MCU。

该芯片为采用纳瓦技术的28脚高性能单片机，具有高可靠性、低成本、低功耗、体积小等优点。

其内部有16k字节的Flash程序存储器和768字节的RAM，支持在线编程和调试。

该单片机内部仅有一个通用异步串口。

为了能够同时与GPS以及GSM模块通信，单片机需要两个串口。

但如果选择具有双串口的单片机，将会增加成本，所以本系统利用PICl8F2450普通I／O口和该系列单片机的C语言编译器提供的库函数设计了一个软件串口。

单片机内部的硬件串口通过17脚和18脚与GSM模块通信，软件串口通过25脚接收GPS信号。

单片机的2脚作为GSM模块的启动脚。

接口电路如图2所示

。

4.1.2GSM模块

　　GSM模块负责在车载终端和监控用户之间传递信息。

本系统采用德国西门子工业GSM模块TC35i。

TC35i模块是一个支持中文短信息的工业级GSM模块，工作在GSM900和GSMl800双频段，可传输语音和数据信号。

TC35i的数据接口（CMOS电平）通过AT命令可双向传输指令和数据，它支持Text和PDU格式的SMS（短消息），并可通过AT命令或关断信号实现重启和故障恢复。

　TC35i模块有40个引脚，分为电源、数据输入／输出、SIM卡、音频接口和控制等5类。

其工作电压为4．2V，模块的供电电压如果低于3．3V会自动关机。

由于模块在发射信号时，电流峰值可高达2A。

所以该模块对电源的要求较高，本系统采用开关型可调高性能微波电路专用稳压芯片LM2941CS，它能够提供大电流稳定的电压输出。

使用TC35i模块时，其启动脚IGT必须加一个时间长于100ms的低电平才可以使TC35i挂入工作状态。

TC35i模块的数据输入／输出接口符合ITU-TRS232接口标准，支持标准的AT命令集。

　　GSM模块与MCU的接口电路如图3所示。

4.1.3GPS模块

　　本系统采用的GPS模块为SIRF第三代高灵敏度引线式GPS接收模块SIRFstarIII。

该芯片定位精度小于10米，冷开机／暖开机／热开机的时间分别达到42s／38s／8s，最多可以同时追踪20个卫星信道。

其内部有可充电电池，可以保存星历数据，便于快速定位。

串口数据格式为TTL电平数据输出，通讯速率为4800通讯波特率，每秒输出一次GPS全数据。

该模块GPS天线采用MMCX接口，数据线接口为6线接插件，排线输出，使用时非常简单，只需用到三根输出线，第一脚接3．5～5．5V的直流正电源，第五脚是电源地，第二脚是GPS的输出线，它是TTL电平的串口信号，高电平大于2．4V，低电平小于0．4V，输出驱动能力为2mA，可以直接和单片机接口；第六脚是秒信号输出，每秒都会输出一个10ms宽度的0．2V左右的脉冲信号用于授时。

由于该模块只向单片机发送数据而不接收来自数据，所以本系统中单片机采用软件串口与其通信，MMCX接口的第二脚接单片机的25脚即可。

4.2车载终端软件设计

4.2.1GPS定位数据的接收

　　默认情况下，GPS接收模块SIRFstarIII每秒输出一次定位数据，通常采用＄GPRMC精简数据格式，该数据包含了目标的经度、纬度、速度（海里／小时）、运动方向角、年份、月份、时、分、秒、毫秒、定位数据是有效的还是无效的等重要信息。

语句格式如下：

　　＄GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>，*hh

　　<1>：

代表UTC当地时间。

格式为“时分秒”，时、分、秒均为两位。

　　<2>：

代表工作状态。

“A”表示数据可用，“V”表示接收器报警，数据不可用。

　　<3>：

代表纬度数据。

格式为“度度分分．分分分分”。

　　<4>：

代表纬度半球，为“N”或“S”。

　　<5>：

代表经度数据。

格式为“度度分分．分分分分”。

<6>：

代表经度半球，为“E”或“W”。

<7>：

代表对地速度，范围为000．O～999．9节。

　　<8>：

代表对地航向，范围为000．0度～359．9度，正北方为0度，东方为90度，南方为180度，西方为270度。

　　<9>：

代表UTC当地时间，格式为“日日月月年年”。

　　<10-12>：

一般不使用这三个数据。

　　每条定位数据以“＄”开始，以回车换行结束。

软件要实现对GPS数据的接收和分析两部分功能，其流程图如图4所示。

4.2.2GSM模块的控制及短消息处理

　　单片机可以发送AT于旨令来控制GSM模块TC35i，发送短信常用Text和PDU模式，使用Text模式收发短信代码简单，容易实现，但缺点是不支持中文短信；而PUD模式不仅支持中文模式，也能发送英文短信。

　　单片机主要通过GSM模块传输两类信息：

一类是接收用户的设置及请求命令，并在处理后给予回复；另一类是当单片机判断出在布防状态下汽车发生了移动而发送给用户的报警及位置信息。

　　用户设置及请求信息的格式如表1所示。

　　单片机主程序流程图如图5所示。

　　当用户收到定位短信时，即可确定车辆位置。

采用S60和PPC的手机都支持谷歌手机地图，如NOKIAN82，启动谷歌地图，选择网络连接方式WAP，输入接收到的经纬度数据，即可在地图上定位车辆位置。

5.结语

　　经测试，本系统可实现市区道路环境下10m精度以内的定位，并能根据用户的设置向用户提供报警定位服务。

系统操作方便，便于安装。

通过软硬件的扩展，可以实现其他一些功能，如可以通过增加振动检测电路扩展系统的功能，在汽车被撬或受到撞击时向用户发出报警信息

[参考文献]

[1]张威.GSM网络优化-原理与工程.北京：

人民邮电出版社，2003.

[2]张威、张忠明等.GSM交换网络维护与优化.北京：

人民邮电出版社，2005.

[3]赵超刚.增强数据速率的GSM演进技术：

EDGE网络.电子工业出版社，2009.

[4]王贤君.现代无线通讯与技术.东南大学出版社，2009.

谢辞

经过一翻努力之后我的论文终于告以段落，在这里我想衷心地对给与我帮助的人说声谢谢。

首先我要感谢我的指导老师周老师，他帮我检查了论文，指出了存在的问题并让我知道怎么去修改。

其次我很感谢我的同学霍某，在开始面对论文无从下手之际，是他帮我四处搜集相关资料，使我的论文才能得以顺利完成。

与此同时我也很感谢其他朋友们给我的指导和帮助，以及校领导为我提供了良好的查阅资料的环境。

我知道如果没有大家的帮助，我就不会顺利完成这个设计论文，因此最后我要再次对给予了我帮助的老师、同学和朋友们致谢！

附录：

宝鸡文理学院物理系本科学年论文成绩评定表

指导教师评语：

学年论文成绩

指导教师签名

学年论文指导委员会审查意见

主任（签名）：

年月日