基于GSM網絡的車載遠程報警系統的設計

孟 娜，王 帥，陳文強，潘之杰，趙福全

（吉利汽車研究院，浙江 杭州 311228）

由于人均汽車所有量迅速增加，人們對汽車安全需求越來越高，傳統的聲光報警已經不能滿足目前汽車安全的形勢。利用先進的GSM （G1oba1 System for Mobi1e Communications，全球移動通信系統）通信技術來實現對汽車的網絡式報警，為遠程監控汽車安全提供了一個強大的支持平臺。它的最大優點在于能夠雙向通信并且不受時間方面和地域范圍的限制［1］，報警信號可以通過CAN總線對汽車其它部件提供安全信息支持。

1 系統的構成及工作原理

1.1 系統總體結構

GSM的車載遠程報警系統主要包括GSM模塊、單片機、SIM卡、擴展存儲E2PROM、電源、無線鍵盤接收模塊以及CAN總線接口電路，如圖1所示。

1.2 系統工作原理

1）從無線按鍵遙控輸入車主的電話號碼，存儲在外部存儲器E2PROM中，采用串行通信，運用I2C總線的通信模式進行手機號碼在硬件上的存儲。

2）汽車停止后，車主啟動防盜模式離開，系統進入監控狀態，當車身傳感器檢測到有人非法進入時，觸發GSM模塊發送預設的報警短信息給用戶手機，并發出警報聲［2］，聲音報警1分鐘后停止。

3）當產生報警信號時，信號通過CAN總線控制發動機控制器禁止噴油。

4）車主通過手機發送安全解除信息到GSM模塊，解除GSM警情，同時EMS（Engine Management System，發動機管理模塊）禁止噴油被解除。

5）系統復位，當發生警情后車門未開啟時，系統會自動重新上警。

2 系統的硬件設計

2.1 GSM報警器芯片

1）BENQ M22模塊是三頻模塊，支持GSM900、DCS1800、PCS1900。執行ETSI GSM Phase 2+的標準，基本特征為雙音多頻功能 （DTMF）、緊急呼叫或通話、最高速率、升級到高速率和半速率；支持的服務為點對點的MT&MO、電話薄、SIM工具包、固定號碼呼叫、短消息區域廣播、呼叫等待或保持、回復呼叫信息、呼叫轉移、多方通話、呼叫限制、呼叫線路認證、附加服務、回聲取消、SIM鎖、USSD、計費。

BENQ M22內部物理結構：M22模塊的引腳功能，例如UART、GPIO、AUDIO、SIM等，這些特性可以和傳統的電話設計相兼容［3］，內部結構如圖2所示。

2） SIM卡 （Subscriber Identity Modu1e）基本特性為用戶識別卡，它是一張符合GSM規范的 “智能卡”，可以插入任何一部符合GSM規范的移動電話中。SIM卡是帶有微處理器的芯片卡，內部有5個模塊： CPU （8位）、 程序存儲器ROM （6～16 kb）、工作存儲器RAM（128～256 kb）、數據存儲器E2PROM （2～8 kb）和串行通信單元，這5個模塊集成在一塊集成電路中［4］；SIM卡在與手機連接時，最少需要5個連接線： 電源 （Vcc）、 時鐘 （CLK）、 數據I／O口 （Data）、 復位 （RST）、 搭鐵端 （GND）。

當開啟電源期間，SIM卡按以下次序激活各觸點：RST低電平狀態→Vcc加電→I／O口處于接收狀態→Vpp加電→提供穩定的時鐘信號；當關閉電源時，其按如下次序工作：RST低電平狀態→CLK低電平狀態→Vpp去電→I／O口低電平狀態→Vcc掉電［5］。在與M22模塊相連的情況下，這些工作都是由模塊完成的，無需人工干預。SIM卡有8個引腳，但通常4腳和8腳是保留不用的，其引腳定義如圖3所示。

3）外部存儲單元采用CAT24WC01。它是一個1K位串行CMOS E2PROM，有一個8字節頁寫緩沖器。該器件通過I2C總線接口進行操作，有專門的寫保護功能，總線上的任何器件都可以作為發送器向總線發送數據。任何從總線接收數據的器件均為接收器，數據發送到總線上是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件進行控制［6］。

2.2 GSM報警器硬件

1）一個CAN總線接口由3部分組成：微控制器、CAN控制器、CAN收發器，如圖4所示。最上層為微控制器AT89C52；中間層為CAN總線控制器，采用SJA1000，它是一種獨立的CAN總線控制器，用于移動目標和一般工業環境中的局域網絡控制，而且它增加了一種新的工作模式——Pe1iCAN，這種模式支持具有很多新特性的CAN 2.0B協議； 最底層為CAN總線收發器TJA1050，它作為CAN總線控制器和物理總線之間的接口，提供差動發送和接收能力。

AT89C52的ALE、WR、RD控制SJA1000的數據發送和接收。SJA1000的MODE腳接高電平，選擇Inte1模式。AT89C52以中斷方式對報文收發做出響應。報警信號通過CAN節點控制GSM模塊電路發出警情信息。

2）GSM模塊采用BENQ M22，由CAN總線節點模塊的ECU的RXD、TXD分別與GSM模塊相連進行串行通信。SIM卡在與M22模塊相連的情況下，這些工作都是由模塊完成的，無需人工干預。BENQ M22波特率要匹配為9 600 kb／s，POW端拉低電平腳拉低100ms， 即為BENQ M22模塊開機， 經過6～10s的時間，指示燈閃爍，表明模塊處于待機狀態，可按模塊的AT指令從串口發送操作命令，連線圖如圖5所示。

3）電源電路主要采用三端電源模塊LM7805，將外部+12 V直流電源轉換為+5 V，如圖6所示，然后經過穩壓二極管1N4148降壓到+4.6 V左右為M22提供電源。由于M22模塊在通信的瞬間電流能達到1.7 A左右， 在LM7805輸出端并聯了3個470 μF電容，以提供較大的瞬時電流。

4）單片機通過對CAT24WC01編碼對存儲單元反復讀寫，從而達到號碼存儲與修改的功能。ECU提供P2.3、 P2.4兩個口與CAT24WC01的SDA、 SCL相連，用于擴展I2C總線形式的存儲單元，且CAT24WC01的A腳與WP全搭鐵，SDA、SCL引腳都要外接上拉電阻，如圖7所示。

5）無線鍵盤模塊發射采用無線遙控器和接收模塊9915A，發射裝置與接收模塊頻率相同，為315 MHz，接收距離為80～120 m。通過單片機采集輸入信號，再通過單片機進行編碼把相應的信息存入CAT24WC01中。

6）報警裝置安裝在吉利GE展車報警系統上，GSM報警部分實物如圖8示。

3 軟件設計

3.1 BENQ M22的指令與模式

BENQ M22模塊指令采用AT指令來控制GSM模塊接收和發送手機短消息。BENQ M22采用的短消息AT指令及說明如表1所示。

表1 短消息AT指令說明

目前，接收和發送SMS信息常用的模式主要有兩種：Text（文本）模式和PDU（Protoco1 Data Unit，協議數據單元）模式。

1）Text模式 是純文本方式，可使用不同的字符集，中文漢字字符的手機短消息在國內手機的Text模式下是不被支持的。

2）PDU模式 目前市面上的所有手機支持能夠發送短信的PDU模式，它采用3種編碼方式，包括UCS2編碼、7位編碼、8位編碼，發送短信的相關信息可采用普通的ASCII字符所代替，還包括數據消息和Ucicode字符這兩種模式［7］。

本設計采用PDU模式和AT指令相結合進行編碼，發送普通的ASCII碼轉化的字符或數字作為報警系統短信內容。

3.2 報警系統軟件流程

首先對硬件進行初始化、數據初始化、中斷程序初始化。硬件進行初始化包括單片機、BENQ M22模塊初始化等；數據初始化主要是對傳感器信息數據進行設定；中斷程序初始化主要是通過查詢方式進行報警信號判定。整體流程如圖9所示。

4 結論

該系統采用GSM網絡，通過手機對汽車安全狀態實時監視和控制，實現了汽車遠程監控功能。它不僅成本低廉，并且能夠更好地解決汽車防盜系統受時間與空間缺陷的制約的問題［8］，報警信號通過車身總線可以控制其它單元。通過這兩方面的設計能夠大大提高整車防盜系統的性能。同時，系統還可根據用戶的需求擴展成語音雙向的數據傳輸等功能。因此，為遠程報警系統的發展提供了更廣闊的發展空間。

［1］梅創社.基于GSM手機模塊在車載防盜系統中的應用研究［J］.計算機應用與軟件， 2007， （5）： 124－125.

［2］吳振陸，付學堯.基于GSM網絡及RFID技術的汽車防盜系統設計［J］.裝備制造技術， 2010， （5）： 96－99.

［3］BENQ.M22 GSM／GPRS Wire1ess Modu1e［Z］.2003.

［4］鄭可鑫.SIM卡的應用及其讀卡器設計［J］.今日科苑，2007， （8）： 72.

［5］蒲若錕.高速、大容量新一代SIM卡［J］.信息安全與通信保密， 2010， （7）： 135－137.

［6］王佳斌，戴在平.模擬I2C總線從器件的一種方法［J］.華僑大學學報 （自然科學版）， 2004， （2）： 206－209.

［7］王洪瑞，權愛榮，肖金壯.GSM模塊收發中文短消息的關鍵技術［J］.單片機與嵌入式系統， 2008， （4）： 51－53.

［8］張俊林，譚 昊.基于GSM網絡的汽車防盜系統研制［J］.重慶科技學院學報， 2010， （12）： 149－152.