STM32和μC/GUI的網絡式汽車防盜系統

溫宗周,孫騁,段俊瑞,高園平,劉垚

(西安工程大學 電子信息學院,西安 710048)

STM32和μC/GUI的網絡式汽車防盜系統

溫宗周,孫騁,段俊瑞,高園平,劉垚

(西安工程大學 電子信息學院,西安 710048)

網絡式防盜是目前汽車防盜的一大趨勢，它能突破距離的限制，進行實時防盜并遠程控制。本文中的汽車防盜系統設計正是基于STM32和μC/GUI的網絡式防盜系統，GUI觸摸屏模塊可以在初始化后輸入車主手機號碼，振動傳感器模塊可以監控車輛是否出現玻璃被砸、車門被撬的情況。遠程網絡報警由SIM900A模塊和GPS模塊共同完成。本系統不僅可以監測車輛是否被盜，還能在車輛被盜后及時獲得車輛位置信息，并對車輛進行遠程控制。

STM32；SIM900A；遠程網絡防盜

引 言

汽車工業的飛速發展，使得汽車普及率不斷提高，中國自加入自貿組織后，汽車行業經歷了10年的黃金發展期。汽車業的繁榮致使汽車越來越多，車輛盜竊案件的發生也在不斷增加，2013年，全國共發生汽車失竊案件10萬起，平均每天就有300多輛汽車被盜，而且這兩年數量呈上升趨勢，車輛防盜迫切性越來越凸顯出來。基于此背景，國內外各汽車制造商都已在生產汽車的程序中添加了防盜裝置。隨著信息技術的發展與普及，防盜技術已經和安全、環保、節能一起被列為汽車技術發展的四大研究課題，尤其是在電子信息技術高速發展的背景下，現在的汽車防盜技術正借助先進的嵌入式技術向著更加智能化、人性化、電子化、多元化的方向發展。

遠程網絡式防盜打破了距離限制的壁壘，能夠進行實時的遠程防盜，它借助覆蓋全球的GPS衛星定位系統以及GSM移動通信網絡技術，能夠讓車輛具有實時定位及報警功能。這種防盜報警系統主要是由車載終端設備將報警信息和定位信息以SMS短信方式發送給車主，同時，車主在接收到報警短信后，可以選擇在自己的手機終端上發送SMS短信指令，控制車體內部通過CAN總線進行一系列的防盜措施，這樣就可以實現對汽車的實時定位與防盜。

1 系統的整體方案設計

基于STM32和μC/GUI的汽車防盜系統如圖1所示。系統與監測相關的功能設計將振動傳感器、DCM車門控制、NEO-6M定位模塊作為汽車安全狀態的監測量，振動傳感器和DCM可以監測車輛是否被撬、玻璃被砸等，判斷車輛是否被非法入侵，GPS定位模塊可以監測車輛是否被非法移動。μC/GUI觸摸屏模塊用于方便車主輸入自己的手機號碼，這是開啟防盜之前的必要設置。SIM900A模塊用來向車主發送實時車輛SMS信息，同時也接收車主遠程發出的指令信息。發電機開關節點及油路開關節點通過CAN總線網絡與STM32F407處理器進行通信，便于車輛被盜后車主能夠馬上用手機切斷汽車油路及發電機電路，使車輛無法正常行駛。

圖1 防盜系統基本結構

防盜系統的整體程序設計如圖2所示。車主離開車輛時，啟動防盜系統，振動傳感器、DCM以及GPS開始工作，如果振動傳感器和DCM監測到車玻璃或者車門情況異常，車輛可能被盜；另外，GPS將位置信息每30 s刷新一次，若前后兩次位置信息發生改變，車輛也可能已被盜。控制系統根據振動強度、位置信息的改變等判斷車輛是否被盜，當系統確定車輛被盜之后，立即使用GSM通信功能，發送報警短信到車主手機，并將GPS定位信息發送給車主，實時通知車主車輛所處位置。GSM短信發送的同時，控制系統自動切斷汽車油路，并斷開發電機電路，使汽車不能正常行駛。當然，車主也可用手機遠程操控車輛的油路開關及發電機電路開關。

圖2 防盜功能程序流程圖

防盜系統的安裝過程中，需要將觸摸屏、開關節點以及其他傳感器等安裝在較為隱蔽的位置，防止在車輛被盜后，防盜系統被盜賊輕松地破壞掉，而失去了其功能。

2 μC/OSII和μC/GUI觸摸屏模塊

μC/OS-II是一個依靠優先級的可搶占式硬實時內核。其擁有任務調度、任務管理、時間管理、內存管理和任務間的通信和同步等基本功能，是一種完整、可移植、可固化、可裁剪的搶占式多任務內核。μC/OS-II嵌入式系統可用于各類單片機和微控制器。

μC/GUI是一種應用于嵌入式中的圖形支持系統。其可以提供優秀的允許處理灰度的色彩管理，還提供一個占用極少RAM并且可擴展2D圖形庫的窗口管理體系。μC/GUI能提供高效的獨立于LCD控制器和處理器的圖形用戶接口給任何使用LCD圖形顯示的應用，不管是單任務或是多任務系統環境，任意LCD控制器真實顯示或虛擬顯示，使用黑白或彩色LCD的應用，它都可以完美的適用。它由于可移植、可配置、高可靠性、輕型、占用資源少、高性能等優點而越來越受嵌入式開發人員的青睞。

為了使網絡式防盜系統的輸入界面更加友好，方便車主輸入手機號碼，故而在本設計中采用了μC/GUI圖形系統。其軟件系統層次結構如圖3所示。

圖3 μC/GUI軟件系統層次結構

μC/GUI在μC/OS-II上的移植內容主要分成4部分：μC/GUI配置文件的參數修改、LCD驅動程序的編寫、LCD觸摸屏驅動程序編寫，以及與μC/OS-II操作系統相關接口部分的修改。在μC/OS-II操作系統上運行μC/GUI圖形操作系統，可以使整體設計更加方便、合理、穩定。 其移植過程相對容易，資料眾多，本文就不加細述。

本圖形界面的設計思路:初始化之后進入密碼設置，設置密碼以后進入設置車主手機號的界面，有阿拉伯數字0～9,設置完成退出后，如果想修改手機號還需要當初設置的密碼。

3 SIM900A模塊

與SIM900A模塊任務相關的程序包括SIM900A模塊的啟動、短消息的發送與處理。在此詳細介紹功能模塊的設計。

3.1 SIM900A模塊的啟動

SIM900A模塊的啟動是通過把PWRKEY信號拉低至少一秒以上然后再釋放來實現的。SIM900A啟動時序如圖4所示。

圖4 SIM900A啟動時序圖

程序設計時，啟動函數先判斷工作狀態STATUS處于高電平還是低電平，由圖4模塊啟動時序圖可知，STATUS在開啟前應處于低電平,所以如果STATUS處于高電平狀態，必須要下拉為低電平狀態，若是低電平，則按時序在規定時間內拉高。啟動程序流程圖如圖5所示。

圖5 SIM900A模塊啟動程序流程圖

3.2 短消息的發送與處理

短消息的應用可以向用戶發送報警信息，還可以反饋給車主所需信息，車主也可以通過短信方式向車輛發送指令，指令解碼后可以實現對車輛的控制。

短信息收發的實現主要是依據SIM900A旳AT指令。AT指令是一系列以“AT”開頭的指令集，符合GSM規范標準，終端設備可以利用AT指令撥打電話、發送短消息、傳真和數據業務等至網絡終端適配器或數據終端設備。

AT指令一般都結束于固定的字符串。用戶發送過的AT指令可以根據其返回值進行判斷,對于程序設計具有重要的參考意義。STM32F407微控制器通過UART1讀取SIM900A獲得的AT指令返回數據。

通過AT命令發送短消息的步驟為:

① 往串口寫入命令:AT+CMGF=1,設置短消息發送方式為TEXT模式。

② 往串口寫入命令:AT+CACS=電話號碼 ,設置服務中心的號碼。

③ 往串口寫入命令:AT+CMGS=電話號碼 ,設置個人手機號碼。

圖6 短信接收與發送流程圖

④ 往串口輸入所需發送的短信息內容,最后以0x1A為結束符,SIM900A模塊收到0x1A后，就會自動認為以上為一條短信息所需發送的內容。

短消息的收發流程如圖6所示。

SIM900A模塊發送和接收SMS短消息的方式有如下三種:Block Mode、Text Mode和PDU Mode。其中PDU Mode是手機默認的編碼模式，能夠支持所有的手機,任何字符集都可以在此種模式下被編輯。PDU Mode又可分為7bit-160、8bit-14及16bit-70三種模式，中文短消息用的就是16bit70模式。

對于短消息的接收，SIM900A模塊有自己的反饋響應。在接收到新消息時，SIM900A將自動回復指令:+CMTI:"SM"，INDEX，故而只需判斷有沒有此類字符，便可得知有沒有接收到新消息，在此基礎上，就能夠進行汽車防盜相關的命令及功能設計。

4 GPS定位模塊程序設計

車輛的定位是通過GPS定位模塊來實現的，可以通過定位信息來對車輛進行防盜判斷，也可在盜竊發生后實時地對車輛進行追蹤。定位模塊設計的流程如圖7所示。

當車主離開車輛后，GPS一直處于接收狀態，將GPS實時定位數據處理后存入gps_process_data[]數組中,防盜模式下，系統每30 s將數組中定位數據進行比較，判斷車輛是否被非法移動。當用戶有定位查詢請求時，便將數組中的定位數據發送給用戶。

5 振動監測程序設計

振動監測用來判斷車輛是否有玻璃被砸、車門被撬等情況發生。在本系統中，振動監測是利用MVS0608.02振動傳感器來實現的。該傳感器在振動發生時，會根據振動強度輸出一組數量和寬度都不等的脈沖。

振動監測過程需要不停地捕捉脈沖，而STM32F4的定時器，除了TIM6和TIM7外，其他定時器都具有輸入捕獲功能，所以設計中使用STM32F407的TIM2、TIM3、TIM4、TIM5 4個定時器，去捕獲裝在車身的4個振動傳感器輸出的脈沖寬度及數量，通過脈沖寬度及數量來判斷車輛狀態，輔以DCM車門控制采集的車門閉合信息，能更準確地判斷車輛是否被盜。MVS0608.02振動傳感器的振動監測程序如圖8所示。

圖7 實時定位查詢流程圖

圖8 振動監測流程圖

當振動發生時，行車安全控制系統會根據振動強度判斷車輛狀態，若是確認車輛被盜，會立即通過SMS短信向車主報警。

結 語

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Network Car Alarm System Based on STM32 and μC/GUI

Wen Zongzhou,Sun Cheng,Duan Junrui,Gao Yuanping,Liu Yao

(School of Electronics and Information,Xi'an Polytechnic University,Xi’an 710048,China)

The network security has become thetrend of car alarm,it can break through the limitation of distance,it can anti-theft and remote control in real-time.The car alarm system is based on STM32 and μC/GUI,the GUI touch screen module can help the owner enter the phone number after initialization,the vibration sensor module can monitor whether the vehicle glass is smashed,the door is broken.The remote network alarm is accomplished by the SIM900A module and the GPS module,this car alarm system can not only be used to detect whether the vehicle is stolen,but also to receive the stolen vehicle location information timely and take remote control of the vehicles.

STM32;SIM900A;network car alarm

TP368.1

A

迪娜

2017-01-16)