孟 娜，王 帥，陳文強(qiáng)，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(tǒng)的聲光報(bào)警已經(jīng)不能滿足目前汽車安全的形勢。利用先進(jìn)的GSM （G1oba1 System for Mobi1e Communications，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對汽車的網(wǎng)絡(luò)式報(bào)警，為遠(yuǎn)程監(jiān)控汽車安全提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于能夠雙向通信并且不受時(shí)間方面和地域范圍的限制［1］，報(bào)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(tǒng)的構(gòu)成及工作原理

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

GSM的車載遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)主要包括GSM模塊、單片機(jī)、SIM卡、擴(kuò)展存儲(chǔ)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(tǒng)工作原理

1）從無線按鍵遙控輸入車主的電話號碼，存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器E2PROM中，采用串行通信，運(yùn)用I2C總線的通信模式進(jìn)行手機(jī)號碼在硬件上的存儲(chǔ)。

2）汽車停止后，車主啟動(dòng)防盜模式離開，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，當(dāng)車身傳感器檢測到有人非法進(jìn)入時(shí)，觸發(fā)GSM模塊發(fā)送預(yù)設(shè)的報(bào)警短信息給用戶手機(jī)，并發(fā)出警報(bào)聲［2］，聲音報(bào)警1分鐘后停止。

3）當(dāng)產(chǎn)生報(bào)警信號時(shí)，信號通過CAN總線控制發(fā)動(dòng)機(jī)控制器禁止噴油。

4）車主通過手機(jī)發(fā)送安全解除信息到GSM模塊，解除GSM警情，同時(shí)EMS（Engine Management System，發(fā)動(dòng)機(jī)管理模塊）禁止噴油被解除。

5）系統(tǒng)復(fù)位，當(dāng)發(fā)生警情后車門未開啟時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重新上警。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 GSM報(bào)警器芯片

1）BENQ M22模塊是三頻模塊，支持GSM900、DCS1800、PCS1900。執(zhí)行ETSI GSM Phase 2+的標(biāo)準(zhǔn)，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(wù)為點(diǎn)對點(diǎn)的MT&MO、電話薄、SIM工具包、固定號碼呼叫、短消息區(qū)域廣播、呼叫等待或保持、回復(fù)呼叫信息、呼叫轉(zhuǎn)移、多方通話、呼叫限制、呼叫線路認(rèn)證、附加服務(wù)、回聲取消、SIM鎖、USSD、計(jì)費(fèi)。

BENQ M22內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)：M22模塊的引腳功能，例如UART、GPIO、AUDIO、SIM等，這些特性可以和傳統(tǒng)的電話設(shè)計(jì)相兼容［3］，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2） SIM卡 （Subscriber Identity Modu1e）基本特性為用戶識(shí)別卡，它是一張符合GSM規(guī)范的 “智能卡”，可以插入任何一部符合GSM規(guī)范的移動(dòng)電話中。SIM卡是帶有微處理器的芯片卡，內(nèi)部有5個(gè)模塊： CPU （8位）、 程序存儲(chǔ)器ROM （6～16 kb）、工作存儲(chǔ)器RAM（128～256 kb）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器E2PROM （2～8 kb）和串行通信單元，這5個(gè)模塊集成在一塊集成電路中［4］；SIM卡在與手機(jī)連接時(shí)，最少需要5個(gè)連接線： 電源 （Vcc）、 時(shí)鐘 （CLK）、 數(shù)據(jù)I／O口 （Data）、 復(fù)位 （RST）、 搭鐵端 （GND）。

當(dāng)開啟電源期間，SIM卡按以下次序激活各觸點(diǎn)：RST低電平狀態(tài)→Vcc加電→I／O口處于接收狀態(tài)→Vpp加電→提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號；當(dāng)關(guān)閉電源時(shí)，其按如下次序工作：RST低電平狀態(tài)→CLK低電平狀態(tài)→Vpp去電→I／O口低電平狀態(tài)→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(yù)。SIM卡有8個(gè)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(chǔ)單元采用CAT24WC01。它是一個(gè)1K位串行CMOS E2PROM，有一個(gè)8字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過I2C總線接口進(jìn)行操作，有專門的寫保護(hù)功能，總線上的任何器件都可以作為發(fā)送器向總線發(fā)送數(shù)據(jù)。任何從總線接收數(shù)據(jù)的器件均為接收器，數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上是由產(chǎn)生串行時(shí)鐘和所有起始停止信號的主器件進(jìn)行控制［6］。

2.2 GSM報(bào)警器硬件

1）一個(gè)CAN總線接口由3部分組成：微控制器、CAN控制器、CAN收發(fā)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(dú)立的CAN總線控制器，用于移動(dòng)目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的局域網(wǎng)絡(luò)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(xié)議； 最底層為CAN總線收發(fā)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(dòng)發(fā)送和接收能力。

AT89C52的ALE、WR、RD控制SJA1000的數(shù)據(jù)發(fā)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(bào)文收發(fā)做出響應(yīng)。報(bào)警信號通過CAN節(jié)點(diǎn)控制GSM模塊電路發(fā)出警情信息。

2）GSM模塊采用BENQ M22，由CAN總線節(jié)點(diǎn)模塊的ECU的RXD、TXD分別與GSM模塊相連進(jìn)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(yù)。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(jī)， 經(jīng)過6～10s的時(shí)間，指示燈閃爍，表明模塊處于待機(jī)狀態(tài)，可按模塊的AT指令從串口發(fā)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(zhuǎn)換為+5 V，如圖6所示，然后經(jīng)過穩(wěn)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(dá)到1.7 A左右， 在LM7805輸出端并聯(lián)了3個(gè)470 μF電容，以提供較大的瞬時(shí)電流。

4）單片機(jī)通過對CAT24WC01編碼對存儲(chǔ)單元反復(fù)讀寫，從而達(dá)到號碼存儲(chǔ)與修改的功能。ECU提供P2.3、 P2.4兩個(gè)口與CAT24WC01的SDA、 SCL相連，用于擴(kuò)展I2C總線形式的存儲(chǔ)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(fā)射采用無線遙控器和接收模塊9915A，發(fā)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(jī)采集輸入信號，再通過單片機(jī)進(jìn)行編碼把相應(yīng)的信息存入CAT24WC01中。

6）報(bào)警裝置安裝在吉利GE展車報(bào)警系統(tǒng)上，GSM報(bào)警部分實(shí)物如圖8示。

3 軟件設(shè)計(jì)

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(fā)送手機(jī)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(fā)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(xié)議數(shù)據(jù)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(jī)短消息在國內(nèi)手機(jī)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(jī)支持能夠發(fā)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(fā)送短信的相關(guān)信息可采用普通的ASCII字符所代替，還包括數(shù)據(jù)消息和Ucicode字符這兩種模式［7］。

本設(shè)計(jì)采用PDU模式和AT指令相結(jié)合進(jìn)行編碼，發(fā)送普通的ASCII碼轉(zhuǎn)化的字符或數(shù)字作為報(bào)警系統(tǒng)短信內(nèi)容。

3.2 報(bào)警系統(tǒng)軟件流程

首先對硬件進(jìn)行初始化、數(shù)據(jù)初始化、中斷程序初始化。硬件進(jìn)行初始化包括單片機(jī)、BENQ M22模塊初始化等；數(shù)據(jù)初始化主要是對傳感器信息數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定；中斷程序初始化主要是通過查詢方式進(jìn)行報(bào)警信號判定。整體流程如圖9所示。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡(luò)，通過手機(jī)對汽車安全狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)了汽車遠(yuǎn)程監(jiān)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(tǒng)受時(shí)間與空間缺陷的制約的問題［8］，報(bào)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(shè)計(jì)能夠大大提高整車防盜系統(tǒng)的性能。同時(shí)，系統(tǒng)還可根據(jù)用戶的需求擴(kuò)展成語音雙向的數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。因此，為遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展提供了更廣闊的發(fā)展空間。

［1］梅創(chuàng)社.基于GSM手機(jī)模塊在車載防盜系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件， 2007， （5）： 124－125.

［2］吳振陸，付學(xué)堯.基于GSM網(wǎng)絡(luò)及RFID技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.裝備制造技術(shù)， 2010， （5）： 96－99.

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

［4］鄭可鑫.SIM卡的應(yīng)用及其讀卡器設(shè)計(jì)［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(xué)學(xué)報(bào) （自然科學(xué)版）， 2004， （2）： 206－209.

［7］王洪瑞，權(quán)愛榮，肖金壯.GSM模塊收發(fā)中文短消息的關(guān)鍵技術(shù)［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)， 2008， （4）： 51－53.

［8］張俊林，譚 昊.基于GSM網(wǎng)絡(luò)的汽車防盜系統(tǒng)研制［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)， 2010， （12）： 149－152.