基于CAN-GPRS技術的汽車遠程監控系統

溫陽東 楊 玲 馮英峰

(合肥工業大學電氣與自動化工程學院，合肥 230009)

目前國內市場上的汽車遠程監控系統大都存在著一定的局限性，主要表現在汽車受非法侵害時，車主不能在第一時間獲取被盜信息并采取有效措施[1]，如汽車定位信息、盜竊者的圖像信息及門禁與點火控制等。因此，開發更為有效的汽車防盜系統是當今研究的熱點課題之一。

CAN(Controller Area Network)控制器局域網絡具有成本低、總線利用率高、傳輸距離遠、速率高及錯誤處理可靠等特點，使其越來越廣泛地應用于汽車故障診斷和車身電子控制單元上。GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無線服務技術則以通信價格低廉、覆蓋范圍廣、數據傳輸可靠和移動服務靈活的特點為遠程監控技術的發展提供了一種新的思路。

筆者在現有的汽車遠程監控技術的基礎上，結合CAN、GPRS及GPS等技術，構建基于CAN-GPRS的汽車遠程監控系統，以期汽車受到非法侵害時，該系統能將防盜報警信息、汽車當前位置信息和車內圖片信息及時地以GPRS網絡數據傳輸的方式告知車主，車主則可以通過無線設備對汽車實施必要的遠程控制，防止汽車被進一步非法移動。

汽車遠程監控系統主要由車內主控單元和可隨身攜帶的車主終端兩部分組成，其中車內主控單元包括中央模塊、傳感器模塊、報警器模塊、圖片處理模塊、GPS模塊、無線鑰匙接收器模塊、中央門控鎖節點、發動機控制節點和GSM/GPRS單元[2]；車主終端則包括無線鑰匙模塊和手機終端。

1.1 主控單元防盜監控系統

車主離開時，汽車自動啟動防盜模式。當振動傳感器和人體熱釋紅外傳感器采集到入侵信息后，傳感器將采集到的信號信息送入中央模塊，由中央處理器判斷是否為入侵，如果確認汽車處于被盜狀態就立即啟動聲光報警裝置，通過CAN總線啟動GPRS連接，并向車主發送“汽車被入侵”的短信。同時，啟動GPS接收模塊[3]和圖片處理模塊，循環采集車身定位信息和車內圖片信息，GSM/GPRS單元通過GPRS彩信方式將采集到的節點入侵信息和車內圖片信息發送給車主。主控單元防盜工作流程如圖1所示。

1.2 車主終端遠程監控系統

車主收到入侵短信、車身定位和車內圖片信息后，按下無線鑰匙上相應的功能按鈕，將車門的開鎖或關鎖密文數據通過433MHz無線收發器發送至主控單元[4]。主控單元接收密文數據、解密并進行功能識別后，中央模塊通過CAN網絡將關鎖數據發送到各車門控制節點，各車門控制節點接收數據并由節點微控制器向車門鎖的執行單元傳輸控制指令，控制車門自動鎖閉[5]。同時，中央模塊監控發動機的控制節點狀態，如果發動機沒有工作，則直接斷開發電機控制節點；否則切斷電子點火電路并阻斷噴油，強制發電機熄火、切斷發電機控制節點。車主終端遠程監控工作流程如圖2所示。

圖1 主控單元防盜工作流程

圖2 車主終端遠程監控工作流程

2 硬件設計

2.1 主控單元

主控單元的硬件組成如圖3所示，系統選用LPC2100 RAM微處理器，它是一個基于支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位RAM7TDMI-S CPU，功耗極低、非常小的64腳封裝、4路10位ADC、多個串行接口，而且片內集成有大量外設。其片上資源及其相關接口足以滿足主控單元的功能需求，且LPC2129內部集成了兩個CAN控制器，CAN總線只需外接Philips的高速CAN收發器TJA1050即可實現主控芯片與GPRS模塊、車門控制節點及發動機控制節點等電子裝置之間的通信[6]。

GPRS GR47模塊主要實現SMS/MMS的收發，及時準確地將警報信息和車輛狀況信息發送給車主，以便進一步采取有效措施確保車輛安全。GR47模塊內置了TCP/IP協議棧，可用AT命令對其進行設置，使用方便。此外LPC2109微控制器內部集成有一路CAN控制器，GPRS模塊通過USART接口與其連接。

圖片處理模塊的主要功能是采集汽車內的圖片信息，并對圖片信息進行壓縮處理，這種設計的目的是為了減小防盜系統的誤報率，能有效防止因外界環境影響而對設備產生的干擾[7]。其中CMOS圖片傳感器采用OV7640，具有體積小、重量輕、功耗低及易于編程等優點，且其自帶的2mm鏡頭能夠被隱秘地安置于駕駛座前方便于拍攝的位置，而不易被察覺。圖片信息壓縮處理采用MV3018，可以與OV7640圖像傳感器進行無縫連接，完成JPEG壓縮和解壓縮。

GPS定位在汽車安全防盜和遠程監控方面具有重要地位。該系統將其與無線通信技術結合，實現故障車道路救援及失車找回等各種功能。主控單元的Jupiter021 GPS裝置是單向的GPS接收機，能夠接收來自導航衛星的車身定位信號。

無線收發器選用nRF905，其工作頻率433MHz，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置并通過SPI1接口和相關的GPIO接口與LPC2129相連。

圖3 主控單元硬件框圖

2.2 無線鑰匙模塊

無線鑰匙模塊的硬件結構(圖4)比較簡單，主要由編碼器和高頻發射電路組成。其中編碼器選用的是專用編碼芯片HCS301，它將用戶控制信息進行滾動碼加密處理，再經由高頻發射電路發送，主控單元的nRF905接收并交由主控芯片解碼和判別。由于該項加密技術由專用的軟件/硬件解碼器解碼，考慮到成本與結構，選用在主控芯片LPC2129內置的Keeloq解碼軟件實現。

圖4 無線鑰匙模塊硬件框圖

3 軟件設計

3.1 GPS系統軟件

在中央處理器確認汽車處于被盜狀態后，啟動GPS模塊來確定汽車的當前位置，并將這些位置信息發送至車主的手機終端(圖5)，GPS系統的工作流程：接收機啟動后，自動接收衛星信號；GPS收到衛星信號時，對汽車進行定位并將相關信息發送到附近的基站；基站通過通信網絡將定位信息以SMS的方式發送給車主。在此發送之前，先進行網絡狀況的判斷[8]。如果沒有網絡信號，信息可以暫存至移動臺，之后每隔一定時間重新發送，直到網絡正常，車主收到車身定位信息為止。

圖5 GPS系統工作流程

3.2 GPRS單元程序設計

GPRS單元接收中央模塊的遠程監控指令；開啟GPRS短信息功能，向車主發送防盜報警信號和車身定位信息；開啟GPRS彩信功能，向車主發送車內圖片信息。實現車主對汽車是否被盜的準確判斷，以及對汽車位置的實時跟蹤，有利于進一步控制汽車。該部分的軟件流程如圖6所示。

圖6 GPRS單元程序流程

3.3 SMS與MMS的發送

SMS的發送主要由GR47初始化和短信息的發送兩部分組成，兩者的程序流程如圖7所示。系統將圖片信息封裝成MMS數據包，GR47建立撥號連接，通過WAP協議棧將彩信發送到WAP網關；然后移動中心進行尋址、存儲并轉發給車主。MMS的實現與發送主要由GR47模塊初始化MMS的實現與發送組成。

圖7 SMS與MMS的發送子程序流程

4 結束語

筆者以ARM7TDMI-S CPU為核心，結合CAN總線技術、GPRS通信技術和GPS全球定位系統設計了汽車防盜遠程監控裝置，并通過實驗驗證了系統的可行性和可靠性，可實現車主離開車輛后的安全狀態監測、非安全狀態下的人車對話和車輛失竊后的跟蹤定位，較好地彌補了現有多數防盜系統不能在第一時間警示車主汽車被盜并采取進一步有效措施的局限性。此外，通過對系統添加GPRS監控終端，設置監控室，即可實現批量汽車的集中管理，同樣接收并存儲GPS車身定位信息。在車主手機沒電或者無線鑰匙故障的情況下，實現第三方報警與監控，具有較好的實際應用開發前景。

[1] 張會娟,朱瑞祥,吳峰.汽車防盜裝置的現狀及展望[J].公路與汽運,2005,(6):13～15.

[2] 薄志霞.汽車電工電子技術[M].北京:化學工業出版社,2008:112～153.

[3] 李天文.GPS原理及應用[M].北京:科學出版社,2010:215～233.

[4] 馬士寶,張國玉,孫向陽,等.基于GSM模式的無線報警系統設計[J].長春理工大學學報(自然科學版),2009,32(1):51～53.

[5] 張建軍,穆遠祥,韓江紅.一種16位碼紅外遙控器的解碼方法[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2008,15(2):56～59.

[6] 黃友,張向文,許友.基于CAN和GPRS技術的汽車防盜系統設計與實現[J].計算機測量與控制,2013,21(8):2168～2170.

[7] 陳渝光,周桐,呂紅梅.基于GPRS/GPS的汽車防盜系統[J].測控技術,2011,30(3):33～36.

[8] 胡瑤.基于CAN、GPRS技術的電動汽車遠程監控系統研究[D].武漢:武漢理工大學,2012.