技师论文DSP技术汽车定位防盗系统的体系结构.docx
《技师论文DSP技术汽车定位防盗系统的体系结构.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《技师论文DSP技术汽车定位防盗系统的体系结构.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
技师论文DSP技术汽车定位防盗系统的体系结构
汽车修理技师资格考评论文
目录
一、概述……………………………………………………………1
二、系统体系结构设计……………………………………………2
三、系统可行性分析……………………………………………..2
1．DSP技术DSP具有极其高速的数字处理能力和很大的运算量………………………………………………………………………3
2．GPS基本原理…………………………………………………4
3．GSM短消息业务…………………………………………………4
四、GPS概念…………………………………………………………5
五、GPS作用………………………………………………………7
六、结语…………………………………………………………….7
七、参考文献………………………………………………………8
ＤＳＰ技术汽车定位防盗系统
的体系结构
【内容摘要】：
随着汽车消费量的增加，汽车的定位防盗技术也成为市场的一大需求。
GPS（全球定位系统）和GSM（移动通信）技术的发展为实现更高层次的汽车定位防盗系统提供了可能。
文中把DSP技术、GPS技术和GSM技术有机结合到一起，研究汽车定位防盗系统的体系结构及其实现的可能，为良好实现汽车导航、定位和防盗奠定基础。
【关键词】汽车定位防盗系统DSP控制器GPS接收模块无线GSM通信模块
基于ＤＳＰ技术汽车定位防盗系统
的体系结构
一、概述
随着人们生活水平的提高，汽车已逐步进入家庭，对汽车防盗的要求越来越高。
尽管市场上的汽车防盗器正逐步改善，但这些防盗器主要采用呼叫报警、高压电击等，伴随科学技术的发展，汽车偷盗技术也越来越高，使人防不胜防。
汽车防盗无论是对汽车制造商还是社会保险业都具有极其重要的研究价值，针对目前世界范围内汽车盗窃案的上升趋势，各汽车厂家都在不断地改进防盗技术，尤其是随着微电子技术的进步，汽车防盗技术已向着自动化、智能化方向发展。
从上世纪末美国正式建成GPS系统并投入使用以来，GPS技术已深入到人类经济发展的各个领域。
GPS市场目前已有相当规模，尤以车辆定位导航领域的市场份额最大，增长最快。
最近的统计表明，2000年安装了GPS接收机的车辆导航系统的销售额由1996年的5亿美元增长到30亿美元，并且这种趋势还将继续下去。
在这种市场的诱惑下，世界各国对车辆导航和定位技术展开了大量研究。
目前我国汽车GPS定位导航还处在萌芽阶段，特种车辆的GPS导航设备和应用系统已经开始启动，如：
各有关部门已在运钞车、急救车、公交车、巡逻车、迎宾车、囚车等专用车辆采用GPS监控全过程，进行引导和指挥。
GSM格式是目前手机使用的主要制式，在市场上占有80%以上的份额。
把GPS与GSM结合起来，不仅可以利用GPS技术进行汽车的全球定位，实现良好的导航，而且可以利用GSM网络广泛的覆盖面积和短信功能，使车主对汽车当前状态有及时了解，从而整体提高汽车的导航、防盗性能。
二、系统体系结构设计
基于DSP芯片，由GPS模块、GSM无线通信模块以及必要的辅助电路组成的汽车定位防盗功能系统结构框图如图1所示。
在图1中，DSP对于GPS和GSM模块都通过串口控制，GSM模块与DSP本身的串口连接利用8251扩展一个串口供GPS模块使用。
检测控制及其辅助电路都可以直接使用DSP的I／O口。
TMS320LF240的DSP芯片的I／O端口都具有复用功能，因此只需在控制寄存器中设置信息使I／O作为通用I／O即可。
图1系统结构框图，
以DSP为控制器的系统在开机运行初始化后，将处于不停地接收汽车位置信息的状态中，同时系统也在等待检测状态和接收用户查询消息的中断。
一旦有一中断产生就会转移到相应的中断处理子程序。
若系统的设防信号无效，则控制系统不进行上述操作。
系统在设防信号有效后，DSP主要循环处理GPS接收机接收到的位置信息。
每一次获得新电文标志，则调用子程序进行电文处理，主要是分离电文中有用的信息如经纬度、时间和校验等，并把这些数据存入指定的存储空间。
无线通信模块TC35T也是通过串口和DSP进行信息交换的，在此串口接收是用中断来取得使用控制器的权力。
如有异常车况发生如设防情况下的车门开启、发动机启动等也将会向DSP发出中断请求。
在软件中把TC35T引起的中断设为低优先级，即在车况发生异样同时有车主主动查询消息时，则DSP控制器不会响应TC35T的中断申请。
若DSP控制器接收到中断申请，并判断检测到是发动机启动信号引起中断，可以延时一定时间，如100ms再检测一次，仍然有效才确定为启动信号有效，这样可以防止误操作。
系统将处理发动机启动中断服务子程序，即将发送短消息（theengineisrunning）给用户（也可以设定发送次数）。
如果车主没有及时作出回应，隔5min可以再发一次，并且发出间隔1min，每次持续30s本地报警信号；断电、断油的信号立即有效（在本次模拟实验中是两个指示灯点亮），20s后抱闸信号也处于有效；同时把处理结果和当前GPS接收机接收到的位置信息通过无线通信发送给车主。
同理，若检测到左车门、右车门被破坏的信号或有震动时，除了发送给车主的短消息内容不一样外其他处理方法类似。
当用户手机发送检测状态（checkstatus）短消息要求控制系统返回当前状态时，控制系统会根据目前系统的状态来做不同的响应：
当未处于设防状态时，控制系统将发送还没设防（defensesisnt'tset）的短消息给用户；当处于设防状态下，系统完好则会发送状态完好（allisok）的短消息给用户。
若系统已经遭到破坏，则一般已经采取过相应的处理措施如首先锁车，则此时会发送锁车（theengineislocked）短消息给用户，并会把进一步处理方法同时发送通知用户。
若要解锁，需要用户发送一定的密码同时发送解锁（unlockengine）信息给控制系统，才能有效的解锁。
其他情况按照类似的方法处理。
三、系统可行性分析
1．DSP技术DSP具有极其高速的数字处理能力和很大的运算量。
因此，它能满足高效实时信号处理的要求。
这种新器件的特点如下：
（1）采用哈佛（HARVARD）结构，高度并行运算大大提高运算速度；
（2）芯片内配置了一个或多个硬件乘法器和累加器，能实现单指令乘、加运算和变址运算；（3）芯片内专门设置了功能很强的专用指令，可以实现指令的重叠运行；（4）芯片内设置了多种功能很强的外围器件和接口，使其运算速度比PC机要快很多倍；（5）DSP增加了硬件循环控制，当完成循环初始化后。
实际运行中循环不再消耗指令周期。
大大提高了数字信号处理的运算速度；（6）DSP成本低、销售价格逐年降低。
在DSP领域中，德州仪器（TI）公司的产品及其配套技术与开发工具目前在市场上得到了广泛应用。
文中采用的TMS320LF240是TMS320C24x系列之一。
TMS320LF24x也称为DSP控制器，是TI公司1997年推出的性价比较高的16位定点DSPs，是专门针对电机、逆变器、机器人、数控机床等控制而设计的。
由于目前的研究仍处于模拟阶段，检测车况的信号是由开关来触发的，对车况信号的反应是通过是否点亮指示灯来判断，所以板外的电路相对简单。
DSP控制器是通过串口控制GPS接收模块和无线通信模块GSM的，而TMS320LF240只有一个串口，所以需要扩展串口。
另外监测状态都是通过中断来触发DSP控制功能的，TMS320LF240只有3个外部可屏蔽中断源，所以也需要对外部中断进行扩展。
其他被使用的端口都可以设定为一般的I／O口。
2．GPS基本原理
美国从1973年开始筹建全球定位系统GPS，并于1994年全部投入使用。
全球定位系统（GPS）由3个区段组成：
GPS卫星星座、地面控制／监视网络和用户接收设备。
其中用户设备主要是一个卫星讯号接收器，依照不同的目的而有不同的定位能力，基本的功能是接收L1载波，分离出C／A电码，进行最简单的虚拟距离定位，也是一般车辆定位所使用的机型。
其中必须注意的是：
GPS卫星产生两种不同的载波来承载所有电码与讯息，其中C／A码仅调置在L1载波上，P码则分别调置在L1与L2载波上，并区别为P1与P2电码。
一般用户使用的GPS接收模块的功能框图如图2所示。
主要由频率接收处理电路和信号处理器组成。
现在为了保存近期一定的位置信息同时添加了程序存储器和数据存储器，其中I／O接口包括串口和通用数据口等直接供用户使用。
3．GSM短消息业务
GSM系统可以提供两大业务，即基本业务和补充业务。
基本业务包括电信业务和承载业务；补充业务则不单独提供，是对基本业务的补充。
GSM提供的电信业务有电话、短消息和传真等。
短消息业务是GSM系统中惟一不要求建立端－端业务路径的业务，即使移动台已处于完全电路性通信情形下亦可进行短消息传输，就是说，一个消息的传输就构成了一次通信。
图2GPS接收机通用功能框图
使用的TC35T无线GSM通信终端是西门子公司在无线模块TC35上集成必要的接口而成的。
用TC35T模块来做发送接收设备，利用短消息的传送实现车主和车上控制之间有关汽车位置信息和监测控制信息的交换。
这种方式具有通信成本低、频谱利用率高、系统容量大、业务种类多、保密性能好、抗干扰能力强、通话质量高、自动漫游等优点，它利用信令信道传输，不用拨号建立连接，直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发给最终的信宿，是目前应用广泛的通信方案。
四、GPS系统概念
GlobalPositioningSystem）全球定位系统（GPS）是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。
经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
全球定位系统由三部分构成：
（1）地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下，向卫星注入寻电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；
（2）空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；（3）用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。
全球定位系统的主要特点：
（1）全天候；
（2）全球覆盖；（3）三维定速定时高精度；（4）快速省时高效率；（5）应用广泛多功能。
全球定位系统的主要用途：
（1）陆地应用，主要包括车辆导航、应急反应、大气物理观测、地球物理资源勘探、工程测量、变形监测、地壳运动监测、市政规划控制等；
（2）海洋应用，包括远洋船最佳航程航线测定、船只实时调度与导航、海洋救援、海洋探宝、水文地质测量以及海洋平台定位、海平面升降监测等；（3）航空航天应用，包括飞机导航、航空遥感姿态控制、低轨卫星定轨、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等。
GPS卫星接收机种类很多，根据型号分为测地型、全站型、定时型、手持型、集成型；根据用途分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式。
经过20余年的实践证明，GPS系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。
GPS技术已经发展成为多领域、多模式、多用途、多机型的国际性高新技术产业。
1．GPS原理
24颗GPS卫星在离地面1万2千公里的高空上，以12小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。
由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置（X,Y,Z）。
考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。
事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。
由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。
为提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。
接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。
实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。
2．GPS前景
由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。
随着冷战结束和全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布2000年至2006期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消SA政策，GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用C/A码进行单点定位的精度由100米提高到20米，这将进一步推动GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激GPS市场的增长。
据有关专家预测，在美国，单单是汽车GPS导航系统，2000年后的市场将达到30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到50亿元人民币。
可见，GPS技术市场的应用前景非常可观。
五、GPS作用
1．全天候全球卫星定位
调度监控中心根据需要可随时了解所有车辆的实时位置，并能在中心的电子地图上准确地显示车辆当时的状态（如速度，运行方向等信息）。
本系统的电子地图采用矢量方式，对任意指定区域的车辆进行查询；可任意放大、缩小、移动电子地图；可进行同屏多窗口显示监控，或将目标锁定在某窗口，自动跟踪等；监控车辆的参数主要为：
车辆位置（精确到15米）、运行速度（精确到1公里/小时）、运动方向（精确到1度）及时间信息（精确到1秒）；
2．紧急报警
调度监控中心收到车载终端发来的报警信号（如主动紧急报警、非法破坏报警、非法入侵报警、非法移动报警），系统进行自动分类处理，以声音的方式提示监控人员，同时报警的车辆在地图上以醒目方式显示报警状态和报警地点，并将报警目标的监视级别提升，同时自动记录轨迹。
监控人员可根据报警情况及时进行指挥调度和警情处理。
3．信息查询
中心控制系统具备丰富的、全面的数据信息，可应客户要求，确认客户密码后提供下列服务：
车辆信息查询：
提供车辆的相关信息查询，例如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式等；
地理信息查询：
提供地图信息、位置标定、道路检索、信息查询，例如沿途主要建筑物、加油站、酒店、火车站、飞机场、公安局、居民区等；4、防劫（防盗）、远程断油断电控制功能
该功能突出的特点之一是能最大程度地保护驾驶员的生命财产安全。
当车辆被盗抢时，驾驶员可避免与劫匪正面发生冲突，只要悄悄按下报警开关，或脱险下车后用电话向中心报警，十秒钟左右中心就能收到报警信号（车辆被盗即移动50米时，调度管理中心即可收到报警信号），管理系统根据车辆档案库，显示出报警车辆的各种数据（如编号、车型、车牌、颜色、驾驶员姓名、年龄、性别等），同时，中心的电子地图上能立即显示出报警车辆的位置、速度、运行方向等信息，使车辆和罪犯无处遁形。
调度监控中心经授权后可随时对车辆进行实时监听（需sim卡开通语音功能）和控制（遥控熄火），锁定车辆位置，配合警方快速出动警力，跟踪捕捉罪犯，解救遇险司机，缴回被盗抢的车辆。
4．历史数据记录、分析、回放
系统自动记录各车辆的运行轨迹、请求服务的次数及具体时间、紧急报警的次数及具体时间、失窃报警的次数及具体时间，根据所保存的历史数据，可在电子地图上回放所选车辆的实际行车过程，也可在电子地图上快速再现所选车辆的行车路线轨迹及时间，为事后处理乘客投诉、路上事故、被盗被抢等事件提供有力证据。
5．实时调度功能
安装本系统后，网内所有车辆的分布位置和实时运行状况，调度中心能一目了然，尽收眼底，随时可由调度中心采取有效措施，对网内车辆进行合理调度。
本系统的管理功能还能为车辆管理部门加强行业管理提供方便、有效的帮助。
6．越界报警功能
对于按一定路线（区域）运行的车辆，调度管理中心可以设定车辆的运行界限，当车辆超出界限时，车载设备将自动向调度管理中心发出车辆越界报警，中心将自动打开实时跟踪程序进车辆进行监控，监控人员可用短消息（发指令）或以语音形式通知司机到相关的监控站点进行登记或行驶回正确的运行道路上。
7．超速报警功能
调度管理中心可对各种不同的车辆设定速度限制，当司机行车速度超过此限制值时，车载系统将自动向调度中心报警，控制中心可通过调度系统提醒司机减速行驶。
8．偏离路线报警
划定一条路线，车辆偏离此路线达到一定值则中心显示偏离报警。
9．掉电报警
车辆遇到强制断电或电压不稳时显示报警信息。
10．电子围栏
设置电子围栏的最大/最小经纬度，形成一个方形的电子围栏，以便系统监控报警。
车辆进入或则离开电子围栏生成报警状态。
11．分级管理
本系统可实现分级管理功能，如在济南建立一个监控中心，可在青岛、烟台等多个地方建立分监控中心，实现分级管理。
12．远程维护
可对监控中心软件进行远程维护、检测、安装等功能；可对车载终端进行远程更改IP地址，更新车机程序。
13．油量损耗
可对车辆油箱内的油量进行检测，将油箱内的油量值实时的传输到监控中心，使管理员对车辆的耗油量进行实时检测，当油箱内的油量突然发生变化时监控中心会收到报警信息。
六、结语
文中把汽车定位和防盗功能结合起来考虑，在设备的安装上不会存在重复，同时也把防盗、定位都提高到智能化这一层次上来，同时也为网络化发展奠定了基础；采用DSPTMS320LF240系列作为控制器，有诸多其他控制器没有的优点。
致谢
经过数月的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。
在本论文的写作过程中，我的导师也倾注了大量的心血，从选题到开题报告，从写作提纲，到一遍又一遍地指出每稿中的具体问题，严格把关，循循善诱，在此我表示衷心感谢。
同时我还要感谢在我学习期间给我极大关心和支持的各位老师以及关心我的同学和朋友。
参考文献
［1］赵文浩.基于GSM网络的GPS／DR车辆导航及监控系统的研究［D］.南京航空航天大学，2002．
［2］陈汉林.GPS／GSM车辆智能管理调度系统的研究［D］.北京科技大学，2002．
［3］章云，谢莉萍，熊红艳.DSP控制器及应用［M］.北京：
电子工业出版社．
［4］戴梅萼，史嘉权.微型计算机技术及应用［M］.北京：
清华大学出版社，2001．
升级会员 