基于单片机的汽车防盗报警系统的设计与实现

摘要：针对汽车防盗及定位需求的日益增长，基于单片机微处理器、GPS、GPRS等技术，采用模块化的设计方案设计了汽车防盗报警系统，实现了实时定位、短信报警的功能，即系统采集到车辆被盗信息后，启动GPS定位模块，接收车辆位置信息(纬度、经度等)，单片机对该定位数据分析与处理后，通过GPRS网络以短信形式发送至车主手机。通过软硬件调试，系统运行数据显示，该系统实时性强、准确性高，车辆报警响应时间为秒级延时，定位误差在经纬度0.6度以内。

随着经济的高速发展，汽车已经开始进入千家万户。与此同时，汽车失窃事件也在逐日增加。汽车的失窃对于车主而言是一种巨大的损失。因此，汽车防盗系统和汽车定位系统拥有了巨大的市场需求。

当前市场上部分车辆防盗系统存在的功能单一，体积大，能耗高等缺点，使得车辆仍然存在一定安全隐患。因此，如何对现有汽车防盗报警装置进行改进，使其能更好地实现报警功能，保护人民的私有财产，引起了众多学者与电子产品厂商的关注。因此，文中基于单片机，利用GPS/GPRS技术设计了汽车防盗报警系统，实现了汽车定位功能的可靠性及报警功能的实时性。

1 总体设计

汽车防盗报警系统功能复杂，采用模块化的设计方案，主要由4个部分组成，如图1所示。防盗信息采集模块采集到报警信号时，GPS定位模块将立即启动，并开始接收定位信号(纬度，经度，高度等等)，同时，核心微处理器通过多种通讯方式连接各模块，控制其协同工作，并进行数据分析与处理，启动GPRS防盗报警模块将定位数据以短信形式发送至车主手机。

2 模块设计

2.1 防盗信息采集模块

本系统中选用红外对管传感器电路采集防盗信息，用于监测当汽车停放无人看管时，是否有人非法入侵。该传感器电路由红外发射与接收对管组成，可及时向微处理器发送准确的监测信号，使用简单，易于观察，灵敏度高。防盗信息采集模块不是本系统核心功能模块，在系统实现过程中仅用于模拟汽车是否被盗情景。

2.2 核心处理器模块

采用GPS/GPRS技术的汽车防盗报警系统功能复杂，为了保证系统的实用性和可扩展性，需要选用高性能的核心处理器协调各模块的工作，为了实现系统的体积小、集成度高、可靠性好等性能，设计中将采用高性价比的8位51系列单片机作为核心处理器。

2.3 GPS定位模块

1)硬件部分

GPS全球定位系统作为迄今最好的导航定位系统，在实际生活中被广泛应用，是当今信息时代发展中的重要组成部分。GPS系统由空间卫星、地面支撑系统、用户设备三个部分组成，其定位的基本原理参考文献。用户在使用GPS实现定位功能时只需设计用户设备部分，即图1中的GPS定位模块，该部分用于接收GPS卫星发射信号。

汽车定位选用GT-2525 GPS芯片。GT-2525 GPS具有12个独立的采用异步串行通信方式的接收通道，可以提供经度、纬度、速度、高度、世界协调时间、频率和GPS卫星轨道信息，具有低压供电，灵敏度高，精度高，可信度高，使用简单等特点。此外，为提高系统功能的可升级性，系统设计中应尽量减少占用核心处理器管脚资源，因此，本模块设计方案为：GT-2525 GPS接收到车辆位置信息后，利用8250芯片进行串并转换，并通过8255并行接口芯片实现与单片机的连接，单片机对该数据进行分析与处理后显示于OCMJ2X8(128X32)LCD上，其中，LCD显示并非系统功能模块，主要用于GPS定位模块调试。GPS定位模块结构如图1所示。

2)软件部分

GPS定位模块软件部分设计流程如图2所示，各部分具体设计详述如下。

①8250芯片初始化：设置8250传输线控制寄存器实现寻址除数锁存器;根据8250外部时钟频率1.843 2 MHz，波特率4800 BPS设置除数锁存器值;设置传输线控制寄存器实现字符数据格式为：8位数据位，2位停止位，无校验位。

②8255芯片初始化：通过写方式选择控制字，设置PA口为输出，实现PA口对LCD模块：DB0～DB7进行数据写入，同时置PC口为高4位输入，低4位输出，实现LCD模块的BUSY口及REQ口的控制。

③设置GPS输出格式：

GT-2525 GPS采用的是NMEA-0183协议，该协议格式要求严格。基本NMEA命令指令是一个ASCII字符串.以‘$’字符开始，以序列结束。根据文献可知，该GPS默认设置输出为：$PFST，NMEA，E003，4800，而本系统采用$GPGGA输出格式，则设置GPS输出格式命令为：$PFST，NMEA，2000。此外，由于该GPS串口默认参数为：4800BPS，1个起始位，无校验位，8个数据位，1个停止位，与8250设置的串口通讯参数一致，故不需重新设置。该部分软件设计流程如图3所示，单片机将ASCII字符串命令依次通过8250转换后以串行方式发送给GPS，实现GPS输出格式的设置。

④接收GPS模块定位数据存储于片外RAM

单片机在对GPS模块发送输出格式的设置命令后，单片机将首先接收到该命令的回显，即单片机先接收到$PFST，NMEA，2000各字符后，然后才会接收GPS模块发送的定位数据。

NMEA标准消息以“GP”开始，接着是3个字符的消息标识码。消息头和消息内容通过逗号进行分隔，消息以校检码结束(校检码由一个‘*’和两个16位的校验码组成。校验码计算方法为：自“$”符后开始，到“*”符以前，第一个字与第二个字进行异或后的结果，再与第三个字进行异或运算，如此循环后得到的结果)。

GPS输出的$GPGGA格式为$GPGGA，hhmmss.dd，xxmm.dddd，，yyymm.dddd，，v，ss，d.d，h.h，M，g.g，M，a.a，xxxx*hh，各部分含义参照表1所示。

接收GPS数据存储于片外RAM软件设计流程如图4所示，其中读8250数据存储于累加器A内部小模块的软件设计如图5所示。其中，接收GPS模块定位数据的设计思路为：利用比较指令对开始符和“$”进行比较，当接收的开始信号为“$”时，开始进行外部RAM存储，若接收到的开始信号不为“$”时，则不进行存储，继续接收信号。当接收到的结束信号为“0AH”(即换行符)时结束存储，若接收到的结束信号不为“0AH”(即换行符)时，则继续接收信号。

⑤从片外RAM中提取经度纬度数据，显示于液晶屏等属于系统附加功能，辅助调试GPS定位模块的设计，因此不在本文赘述。

2.4 GPRS防盗报警模块

1)硬件设计

目前采用的报警方式主要有声，光，电，文字等形式。随着信息化时代的到来，通过发送手机短消息提醒用户，实现实时报警成为一种高效便捷的方式。因此，本系统选用基于SIM300通讯芯片的GPRS模块作为系统报警模块，其优点为速度快，可靠性强。GPRS模块中插入开通被叫数据服务业务的用户识别卡(Subscriber Identity Module，SIM卡)，即可通过SIM300通讯芯片实现语音传输和点对点数据传输。

GPRS模块采用标准串口与核心处理器进行通讯，其连接电路图如图6所示。其中，GPRS模块的底层设计可参考文献。

2)软件设计

单片机可通过AT命令集控制SIM300芯片进行短信编写，并利用SIM卡通过GPRS网络发送给指定手机号。其中，短信内容为GPS定位数据，由单片机从片外RAM中读取。系统设计中主要AT命令如表2所示。该模块的程序设计流程图如图7所示。

3 系统运行

根据文中上述方案设计汽车防盗报警硬件电路，编写程序，进行软硬件调试。系统运行地点为上海海洋大学(上海沪城环路999号)，调试流程为，用手放置于红外发射管与接收管中间，模拟汽车被盗情景，经过极短的时间延迟后，手机成功接受到定位报警信息，如图9所示，同时，GPS定位模块的辅助调试LCD模块上也显示了汽车定位信息，如图10所示。此外，查询百度地图得到系统运行地点经度，纬度数据如图11所示。定位误差在0.6度以内。

4 结论

对系统运行结果与百度地图查询结果进行比较可知，本文设计的汽车防盗报警系统准确性高，及时性强。文中采用的是简易红外传感器电路模拟汽车盗窃情景，因此，进一步的研究工作可围绕如何优化盗窃信息采集模块的设计进行开展，完善整个系统的设计，提高其实用性。