基于GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)車防盜系統(tǒng)

張星 冶艷艷 萬(wàn)文濤

摘 要：針對(duì)目前電動(dòng)車上面的機(jī)械式、電子式等傳統(tǒng)的防盜裝置，設(shè)計(jì)了一種基于GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)的防盜性能高且方便簡(jiǎn)潔的電動(dòng)車防盜系統(tǒng)，該設(shè)計(jì)通過(guò)電動(dòng)車主防盜系統(tǒng)和用戶手持端控制系統(tǒng)等模塊，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)車手動(dòng)自動(dòng)上鎖、異常自動(dòng)撥打電話報(bào)警、定位等功能，實(shí)現(xiàn)全方位保護(hù)電動(dòng)車用戶的車輛安全。

關(guān)鍵詞：GPS；GSM；電動(dòng)車防盜系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）31-0032-03

Abstract： In view of the mechanical and electronic anti-theft devices on electric vehicles， a kind of anti-theft system based on GPS and GSM networks is designed， which has high anti-theft performance and is convenient and simple. Through the electric vehicle owner anti-theft system and user hand-held control system module， the design realizes the electric vehicle manual automatic lock， abnormal automatic telephone alarm， positioning and other functions， so as to guarantee the safety of electric vehicle users in an all-round way.

Keywords： GPS； GSM； anti-theft system of electric vehicle

伴隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展以及人民生活水平的不斷提升，人民機(jī)動(dòng)車輛持有率在我國(guó)直線上升，以國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)為例，2016年中國(guó)電動(dòng)自行車?yán)塾?jì)產(chǎn)量同比去年增長(zhǎng)4.4%，電動(dòng)自行車主要營(yíng)收業(yè)務(wù)額同比去年增長(zhǎng)9.2%，增速明顯。與數(shù)量的增多相對(duì)應(yīng)的是電動(dòng)車被盜問題的不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)電動(dòng)車防盜系統(tǒng)廣泛使用機(jī)械式防盜與電子式防盜，但兩者都存在著一定的缺點(diǎn)。機(jī)械防盜中U型鎖，其材料一般采用抗液壓剪材料，但其鎖芯質(zhì)量往往比較脆弱，偷盜人暴力破壞鎖芯很快便能拆掉鎖具。另外電動(dòng)車自帶龍頭鎖也并不可靠，龍頭鎖里有一個(gè)卡，通過(guò)鎖將其卡死后龍頭便無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，但一般的開鎖匠都掌握這種技術(shù)，60秒內(nèi)便可將其打開。在電子防盜中，如利用傳感器對(duì)電動(dòng)車使用環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和聲光報(bào)警，需要將震動(dòng)傳感器安裝在電動(dòng)車的車身上，當(dāng)電動(dòng)車在上鎖狀態(tài)時(shí)，若有外來(lái)影響將導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生信號(hào)輸出，從而發(fā)出報(bào)警聲或閃爍報(bào)警燈光，此種方式會(huì)產(chǎn)生較大噪音且容易受環(huán)境影響從而產(chǎn)生誤報(bào)警。

綜上所述，研究設(shè)計(jì)出一種新型實(shí)用、適合廣大電動(dòng)車用戶有效防盜的電動(dòng)車防盜系統(tǒng)顯得十分有必要，不僅能夠促進(jìn)電動(dòng)車自行車行業(yè)的消費(fèi)增長(zhǎng)，在一定程度上也具有安定治安環(huán)境和自然環(huán)境的積極意義。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要分為兩大部分，一部分是電動(dòng)車主防盜系統(tǒng)，包括GSM通信、GPS定位、無(wú)線數(shù)傳識(shí)別、控制中心與電源五個(gè)模塊，另一部分是用戶手持控制端，包括無(wú)線數(shù)傳識(shí)別、控制中心與電源三個(gè)模塊。系統(tǒng)功能框圖如圖1所示，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下：

（1）用戶關(guān)閉電動(dòng)車電源后，可手持控制端手動(dòng)對(duì)電動(dòng)車防盜系統(tǒng)上鎖，通過(guò)兩個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊之間進(jìn)行配對(duì)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)。

（2）若用戶關(guān)閉電動(dòng)車電源后忘記手動(dòng)上鎖，離開電動(dòng)車超過(guò)一定距離電動(dòng)車防盜系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，可通過(guò)兩個(gè)無(wú)線數(shù)傳模塊之間收發(fā)功率的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)上鎖距離的調(diào)試，超出兩模塊數(shù)據(jù)傳輸距離即自動(dòng)啟動(dòng)防盜系統(tǒng)。

（3）當(dāng)電動(dòng)車防盜系統(tǒng)處在啟動(dòng)狀態(tài)下，電動(dòng)車出現(xiàn)異常啟動(dòng)時(shí)，防盜系統(tǒng)將向用戶撥打電話告知用戶電動(dòng)車被異常啟動(dòng)。

（4）當(dāng)電動(dòng)車因某些原因不慎遺失時(shí)，用戶可通過(guò)編輯短信發(fā)送給指定號(hào)碼，隨即將收到包含電動(dòng)車GPS坐標(biāo)的實(shí)時(shí)位置信息，方便用戶追回被盜電車。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 GPS與GSM模塊設(shè)計(jì)

GPS模塊主要功能是對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，GSM模塊主要功能可利用撥打電話以及短信服務(wù)功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程移動(dòng)通信，考慮到電動(dòng)自行車防盜系統(tǒng)所占空間應(yīng)盡可能小，同時(shí)自行焊制模塊較為困難，因此本硬件部分選擇使用深圳市安信可公司研發(fā)的A7型號(hào)模塊，其兼顧GPS功能、GPRS功能、GSM功能，集成程度與工業(yè)可靠性高，且使用方法較為簡(jiǎn)便。而對(duì)于GPS模塊與GSM模塊的硬件設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)其外圍電路實(shí)現(xiàn)該模塊啟動(dòng)復(fù)位以及與控制芯片數(shù)據(jù)通信的功能。A7模塊供電輸入電壓為DC5V-9V，主芯片工作所需電壓為4V，電壓轉(zhuǎn)換電路如圖2所示。

2.2 無(wú)線數(shù)傳模塊設(shè)計(jì)

無(wú)線數(shù)傳模塊作為電動(dòng)車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)收發(fā)的重要部分，需要有兩個(gè)，一個(gè)作為電動(dòng)車的防盜識(shí)別“鎖”，另一個(gè)作為使用者自動(dòng)上鎖、解鎖的“鑰匙”，因此必須具備體積小、易安裝攜帶、功能豐富的特點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)采用上海市齊籟公司生產(chǎn)的WSN-31無(wú)線數(shù)傳模塊，該模塊集成度高，相比一般的433M無(wú)線數(shù)傳模塊，WSN-31模塊具有尺寸小、靈敏度高、傳輸距離遠(yuǎn)、通訊速率高的特點(diǎn)，內(nèi)部可自動(dòng)完成通訊協(xié)議的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)收發(fā)控制。WSN-31無(wú)線數(shù)傳模塊在使用時(shí)，客戶無(wú)需編寫復(fù)雜的設(shè)置和傳輸程序，即插即用，大大縮短了用戶的開發(fā)周期，其可自動(dòng)轉(zhuǎn)換通訊協(xié)議與切換射頻收發(fā)，簡(jiǎn)單易用，工作頻段包括433/470/868/915MHz，默認(rèn)工作在433Mhz頻段，采用GFSK調(diào)制方式， 可實(shí)現(xiàn)半雙工通訊，空中收取與發(fā)送的轉(zhuǎn)換、連接、控制均可自動(dòng)完成，應(yīng)用范圍廣泛。

2.3 電源模塊

傳統(tǒng)電子式防盜系統(tǒng)采用單獨(dú)電源供電，系統(tǒng)工作時(shí)間短且效率低下，需要經(jīng)常更換電源更是加深了用戶的不便性。本設(shè)計(jì)將車輛防盜部分與電動(dòng)自行車用戶電瓶相結(jié)合，采用電動(dòng)自行車電源進(jìn)行供電，便捷高效。變壓模塊采用DC-DC同步整流可調(diào)降壓模塊，集成度較高且接線端子免焊接，使用方便，其采用N7036變壓芯片，該芯片輸入電壓可達(dá)6.5V-60V，電壓承受范圍較廣，能夠滿足一般電動(dòng)自行車的電瓶電壓范圍，同時(shí)設(shè)計(jì)使用的電路可調(diào)節(jié)輸出，只需調(diào)節(jié)指定電阻值便可改變其輸出電壓，電路系統(tǒng)靈活性得到大大提升，輸出電壓范圍為1.25V-30V，最大負(fù)載能力為10A。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 GSM模塊功能測(cè)試

設(shè)計(jì)主要使用Keil uVision4版本進(jìn)行程序的編寫和燒錄。將A7模塊引腳通過(guò)USB轉(zhuǎn)TTL工具連接至電腦端后啟動(dòng)A7模塊，可選擇手動(dòng)啟動(dòng)或自啟動(dòng)模塊控制芯片。串口功能測(cè)試使用SSCOM3.3串口調(diào)試助手，選擇串口號(hào)COM3，波特率115200，數(shù)據(jù)位8，停止位1，+CREG為1表示SIM卡已識(shí)別，可通過(guò)發(fā)送AT指令對(duì)模塊功能和指令進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 電話呼叫功能測(cè)試

ATD用于撥打任意電話號(hào)碼，格式為：ATD+號(hào)碼+；，末尾的“；”一定要加上，否則不能成功撥號(hào)，如發(fā)送： ATD10086；即可實(shí)現(xiàn)撥打10086。ATA 用于應(yīng)答電話，當(dāng)模塊收到來(lái)電時(shí)，給模塊發(fā)送：ATA，即可實(shí)現(xiàn)接聽來(lái)電。

ATH用于掛斷電話，若用戶需要結(jié)束正在進(jìn)行的通話時(shí)，給模塊發(fā)送：ATH，即可實(shí)現(xiàn)掛斷通話。將撥打電話程序燒錄進(jìn)單片機(jī)后，將A7模塊對(duì)照控制模塊功能分配連接好線路并供電，初次啟動(dòng)控制芯片，SIM卡即對(duì)程序中已設(shè)置的電話號(hào)碼進(jìn)行撥打。

3.3 無(wú)線數(shù)傳模塊測(cè)試

無(wú)線數(shù)傳模塊作為本防盜系統(tǒng)啟動(dòng)識(shí)別部分，相當(dāng)于一把鎖的“鑰匙”，起著關(guān)鍵作用，通過(guò)防盜系統(tǒng)主電路與用戶控制之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與驗(yàn)證，若兩者驗(yàn)證通過(guò)即可對(duì)電動(dòng)車防盜系統(tǒng)解鎖，同時(shí)還可利用無(wú)線數(shù)傳的功率傳輸距離調(diào)試來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)?？康碾妱?dòng)車“自動(dòng)”上鎖，充當(dāng)“電子圍欄”的作用，既方便了用戶使用還提高了系統(tǒng)的防盜性。設(shè)計(jì)采用的WSN-31無(wú)線數(shù)傳模塊，具有兩種參數(shù)配置方法，一種連接電腦配置參數(shù)，一種串口發(fā)配置命令。

3.4 響應(yīng)距離的調(diào)試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種無(wú)須對(duì)電動(dòng)車防盜系統(tǒng)手動(dòng)上鎖的方案，在電動(dòng)車關(guān)閉電源時(shí)，主防盜系統(tǒng)電路中的無(wú)線數(shù)傳模塊開始與用戶手持控制端無(wú)線數(shù)傳模塊進(jìn)行每隔5S一次的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)用戶離開電動(dòng)車距離超過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊收發(fā)功率傳輸范圍時(shí)，兩個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸將中斷，此時(shí)電動(dòng)車防盜系統(tǒng)將進(jìn)行自動(dòng)上鎖。影響無(wú)線數(shù)傳模塊傳輸距離的因素，一是與其無(wú)線功率大小有關(guān)，二是與模塊所處環(huán)境有關(guān)。經(jīng)測(cè)試，WSN-31模塊傳輸距離可達(dá)1000-2000米，默認(rèn)無(wú)線功率8，在室外環(huán)境下，通過(guò)改變其無(wú)限功率（從8至1）進(jìn)行雙模塊傳輸距離測(cè)試，經(jīng)測(cè)試，根據(jù)日常需要，本設(shè)計(jì)無(wú)限功率選用功率1，室外空曠地測(cè)試結(jié)果約為130米左右。

3.5 GPS功能測(cè)試

GPS通過(guò)串口反饋相關(guān)信息給用戶，傳輸格式遵照NMEA0183標(biāo)準(zhǔn)格式，該格式為GPS導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一的RTCM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。其中對(duì)于用戶而言主要用到$GPGGA（GPS定位信息）和$GPRMC（推薦定位信息）參數(shù)，其中$GPGGA語(yǔ)句的基本格式$GPGGA，（1），（2），（3），（4），（5），（6），（7），（8），（9），M，（10），M，（11），（12）*hh（CR）（LF），說(shuō)明如下：

（1）表示當(dāng)前實(shí)時(shí)測(cè)試時(shí)間，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為hhmmss.ss（時(shí)分秒）；（2）、（4）表示緯度與經(jīng)度，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為ddmm.mmmmm（度分）；（3）、（5）表示緯度與經(jīng)度半球標(biāo)志；（6）表示當(dāng)前GPS的使用狀態(tài)，正常定位時(shí)顯示非差分定位或差分定位，即1或2。

$GPRMC語(yǔ)句的基本格式：$GPRMC，（1），（2），（3），（4），（5），（6），（7），（8），（9），（10），（11），（12）*hh（CR）（LF），說(shuō)明如下：

（1）、（9）表示當(dāng)前實(shí)時(shí)測(cè)試時(shí)間和日期，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為hhmmss.ss（時(shí)分秒）與ddmmyy（日月年）；（2）顯示GPS當(dāng)前是否有效定位，A表示正常有效定位；（3）、（5）表示緯度與經(jīng)度，標(biāo)準(zhǔn)顯示格式為ddmm.mmmmm（度分）；（4）、（6）表示緯度與經(jīng)度半球標(biāo)志。

經(jīng)測(cè)試所得$GPGGA（GPS定位信息）參數(shù)為：

$GPGGA，090905.000，3402.82504，N，11351.95474，E，1，05，1，1.5，66.4，M，M，，0000*70。

$GPRMC（推薦定位信息）參數(shù)為：

$GPRMC，090905.000，A，3402.82504，N，11351.95474，E，0.00，0.00，010518，，，A*64。當(dāng)?shù)玫紾PS反饋相關(guān)信息后，通過(guò)在GPS測(cè)試工具中輸入相關(guān)參數(shù)即可得到目標(biāo)所在實(shí)時(shí)位置，此位置為許昌學(xué)院靜廬5號(hào)樓下。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用單片機(jī)控制無(wú)線數(shù)傳模塊為內(nèi)部識(shí)別部分，配合震動(dòng)傳感器為外部識(shí)別部分，兩者結(jié)合形成電動(dòng)車防盜系統(tǒng)報(bào)警識(shí)別響應(yīng)部分，另外結(jié)合GPS定位、GSM短信報(bào)警等功能輔助防盜和進(jìn)行日常監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)全方位保護(hù)電動(dòng)車用戶的車輛安全。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)能主動(dòng)或被動(dòng)接受查看電動(dòng)車的狀態(tài)、位置，并能在異常情況下接收信息或電話。是一種新型實(shí)用、適合廣大電動(dòng)車用戶有效防盜的并且能實(shí)時(shí)對(duì)電動(dòng)車安全狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的電動(dòng)車防盜系統(tǒng)。

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