萬云霞，龐　鑠，付群健，黎淼蘭，胡　鶴

(吉林大學(xué) 儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，吉林 長春 130026)

智能防盜車鎖跟蹤系統(tǒng)設(shè)計*

萬云霞，龐鑠，付群健，黎淼蘭，胡鶴

(吉林大學(xué) 儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，吉林 長春 130026)

摘要:設(shè)計了一種可自動定位的智能防盜車鎖跟蹤系統(tǒng)，以STC12C5A60S2單片機作為控制器，輔以液晶顯示屏(LCD)顯示模塊、聲光報警模塊、全球移動通信系統(tǒng)(GSM)通信模塊、GPS定位模塊、加速度模塊等功能模塊。系統(tǒng)可以實現(xiàn)無人狀態(tài)下的聲光防盜功能，同時在被盜后可以進(jìn)行定位并通過GSM通信模塊短信通知車主。測試結(jié)果表明：定位誤差小于5 m，信息更新速度不低于0.2次/min。

關(guān)鍵詞:防盜車鎖；全球移動通信系統(tǒng)；全球定位系統(tǒng)；加速度模塊

0引言

隨著社會物質(zhì)財富的日益增長和人們生活水平的提高，安全成為現(xiàn)代居民最關(guān)心的問題之一。在各行各業(yè)中，防盜報警至關(guān)重要，尤其是車鎖的防盜功能。傳統(tǒng)的機械鎖由于構(gòu)造簡單、功能單一，安全性很低[1]；而電子鎖克服了機械鎖安全性能差的缺點，保密性高，使用靈活性好[2]。

本文設(shè)計在電子鎖的基礎(chǔ)上增加全球移動通信系統(tǒng)(global system for mobile communications,GSM)模塊、全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)定位模塊和加速度模塊設(shè)計智能防盜車鎖。其中，密碼鎖模塊具有按鍵輸入顯示、輸入錯誤提示、控制報警、修改密碼等多種功能；加速度模塊和GPS定位模塊在車子被盜時能感應(yīng)車子移動并實現(xiàn)定位；GSM通信模塊可發(fā)短信通知車主，實現(xiàn)被盜后的準(zhǔn)確定位，保證了車子的安全。

1整體設(shè)計

智能防盜車鎖跟蹤系統(tǒng)以控制器和各功能模塊為核心[3]。實現(xiàn)功能為當(dāng)密碼輸入正確時車鎖打開，所有防盜報警功能都關(guān)閉；若無密碼輸入或密碼輸入錯誤時車子被移動，加速度模塊感應(yīng)加速度變化，此時獲取GPS模塊的定位信息，通過GSM模塊將定位信息發(fā)送到車主手中，達(dá)到防盜目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖和總體流程圖如圖 1、圖2所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig 1　Overall structure of system

2模塊設(shè)計

智能防盜車鎖跟蹤系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，整個系統(tǒng)由控制模塊、密碼鎖模塊、加速度模塊、GPS模塊和GSM模塊組成，所有模塊集中在一塊電路板上，通過各模塊相互配合，共同實現(xiàn)防盜報警功能。

圖2　系統(tǒng)總體流程圖Fig 2　Overall flow chart of system

2.1控制模塊

此系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機作為控制器，該單片機內(nèi)部自帶60k FLASH ROM,可用電的方式瞬間擦除、改寫，支持串口程序燒寫，有利于實現(xiàn)程序在線燒錄。同時具有高速、低功耗、超強抗干擾等優(yōu)點，有利于減輕系統(tǒng)重量，穩(wěn)定性好[4]。

最重要的是，STC12C5A60S2單片機有兩個串口(RXD,TXD和RXD1,TXD1)，可以實現(xiàn)GPS模塊與GSM模塊同時連接到單片機上。串口1與GPS定位模塊連接，串口2與GSM通信模塊連接。GPS成功定位后，將定位信息通過串口1發(fā)給單片機，然后發(fā)送定位信息字符串到串口2 ，串口2利用中斷函數(shù)控制，保存接收到的數(shù)據(jù)，最后將數(shù)據(jù)發(fā)到車主手機中，可方便的實現(xiàn)雙串口通信。

2.2密碼鎖模塊

密碼鎖模塊由STC12C5A60S2單片機作為主控芯片，16個按鍵作為輸入鍵，結(jié)果通過LCD顯示。為了防止掉電等意外情況的發(fā)生，采用AT24C02 作為掉電保護(hù)[5～7]。當(dāng)通過按鍵輸入密碼時，若密碼正確則車鎖打開且指示燈亮，此時可修改密碼，按修改鍵后連續(xù)輸入2次即可確定新密碼，提高了安全性；若密碼錯誤時會在顯示屏上提示輸入錯誤，當(dāng)連續(xù)錯誤3次后按鍵被鎖定，蜂鳴器持續(xù)報警1 min。密碼鎖整體仿真圖與整體流程圖如圖3、圖4。

圖3　密碼鎖整體仿真圖Fig 3　Whole simulation diagram of combination lock

圖4　密碼鎖整體流程圖Fig 4　Whole flow chart of combination lock

2.3加速度模塊

當(dāng)無密碼輸入或密碼輸入錯誤時，系統(tǒng)需要感知到車子被移動才啟動GPS定位模塊和GSM通信模塊。本系統(tǒng)采用加速度傳感器感知車子移動狀態(tài)。當(dāng)車子移動時，加速度值發(fā)生變化，傳感器感知加速度變化值并將其傳至單片機，進(jìn)而啟動GPS模塊進(jìn)行實時定位。

加速度傳感器選用MMA7455，它是一種數(shù)字輸出、低功耗、緊湊型加速度傳感器，無需外加A/D轉(zhuǎn)換器，體積小、質(zhì)量輕[8]。另外具有信號調(diào)理、溫度補償?shù)裙δ埽軠囟茸兓绊懶?，穩(wěn)定性好。工作時只需把VCC,GND,SCL,SDA4個管腳與單片機連接，使用方便，加速度模塊的工作原理圖如圖5所示。

圖5　加速度模塊工作原理圖Fig 5　Working principle diagram of acceleration module

2.4GPS定位模塊

車子被盜后，為了獲取車子的準(zhǔn)確位置，系統(tǒng)增加了GPS定位功能。利用GPS定位模塊確定車子所在位置的經(jīng)緯度，完成定位和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為坐標(biāo)的形式，分離出度、分、秒，得到所需的N(S),E(W)坐標(biāo)，再通過串口TXD,RXD分別與單片機的RXD,TXD相連，將定位結(jié)果傳給單片機，起到定位防盜的作用。

系統(tǒng)采用CNP301UA型號的GPS模塊，該模塊具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、精度高、收星快、靈敏度高以及用戶可靈活自定義配置等的優(yōu)點[9]，可以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確定位。

在測試過程中，在不同的地點分別定位，定位結(jié)果如圖6所示。

圖6　不同地點的定位結(jié)果Fig 6　Positioning results in different locations

經(jīng)查找資料可知，在經(jīng)線上緯度差1°，實際距離相差111 km，則相差1′的距離大概為111 km/3 600=30.8 m；在緯線上經(jīng)度差1°，實際距離相差111cos α(km)(α為當(dāng)前緯度值)，則相差1′的距離大概為111 km/3 600 cos α。

2.5GSM通信模塊

當(dāng)車子被盜后，如果能準(zhǔn)確獲知車子的具體位置，對于追回被盜車輛具有關(guān)鍵作用。因此，可以采用GSM通信模塊將GPS的定位信息實時發(fā)送到車主手機中，使車主能及時掌握車子所在方位。

本系統(tǒng)采用SIM900A通信模塊實現(xiàn)與車主手機的通信，SIM900A通信模塊可以低功耗實現(xiàn)收發(fā)短信、接打電話等功能[10～13]，GSM模塊與計算機之間通過AT指令完成數(shù)據(jù)通信，需要設(shè)置發(fā)送短消息模式為Text格式并確定接收信息的號碼。SIM900A通信模塊的工作流程圖如圖7所示。

圖7　SIM900A通信模塊的工作流程圖Fig 7　Working flow chart of SIM900A communication module

3測試結(jié)果

密碼鎖可實現(xiàn)基本功能，密碼輸入正確時車鎖打開指示燈亮，有3次輸入機會，若3次都錯誤蜂鳴器報警，且在密碼鎖打開的情況下可以修改密碼。輸入密碼顯示結(jié)果與修改密碼顯示結(jié)果如圖8。

圖8　輸入和修改密碼顯示結(jié)果Fig 8　Displayed results when entering password and changing password

GPS模塊可以定位出當(dāng)前的經(jīng)緯度，當(dāng)車子被盜時開始定位，并且將定位信息通過GSM模塊發(fā)到車主的手機中，圖9為手機接收到的定位信息。

圖9　手機接收到的定位信息Fig 9　Positioning information received by mobile phone

4結(jié)束語

完成了智能防盜車鎖跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計與測試。在傳統(tǒng)電子鎖的基礎(chǔ)上，增加了密碼保護(hù)和實時定位功能，更加智能化。通過輸入密碼解決了傳統(tǒng)鑰匙易被盜的缺點；利用加速度模塊、GPS模塊和GSM模塊相結(jié)合，實現(xiàn)了車子被盜時的實時定位跟蹤功能。測試結(jié)果表明：系統(tǒng)的定位精度小于5 m，從車子被盜到接收到短信的響應(yīng)時間小于60 s/次。系統(tǒng)為電子防盜車鎖的發(fā)展提供新的設(shè)計思路，具有很高的使用價值和開發(fā)潛力。

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Design of intelligent anti-theft lock tracking system*

WAN Yun-xia,PANG Shuo,FU Qun-jian,LI Miao-lan,HU He

(College of Instrumentation and Electrical Engineering,Jilin University,Changchun 130026,China)

Abstract:An intelligent anti-theft lock tracking system which can fix position automatically is designed,MCU STC12C5A60S2 is chosen as main controller,and the system is composed of LCD display module,sound-light alarm module,GSM communication module,GPS module,acceleration module and some other function modules.When vehicle is stolen,system can realize sound light alarm function without human,and lacate the position of vehicle after stolen using GPS module,meanwhile,the location information will be sent to the owner through short message by GSM module.Test results show that system positioning error is less than 5 m and information updating rate is not less than 0.2 times/min.

Key words:anti-theft lock;global system for mobile communications(GSM);global positioning system(GPS);acceleration module

DOI:10.13873/J.1000—9787(2016)05—0100—03

收稿日期：2015—08—11

*基金項目：吉林大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助項目(2014B65259)

中圖分類號:TH 89

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

文章編號:1000—9787(2016)05—0100—03

作者簡介:

萬云霞(1980-)，女，山東煙臺人，博士，工程師，主要研究方向為頻率域電磁探測信號處理、感應(yīng)式弱磁傳感器。