基于GSM的摩托车及电动摩托车防盗系统的设计

基于GSM的摩托车及电动摩托车防盗系统的设计摘要我国是世界上摩托车及电动摩托车（以下统称摩托车）保有量最大的国家，也是世界摩托车最大生产国。随着不断加严的摩托车标准的实施。我国摩托车向着高品质，节能环保的方向发展。在价格增加的同时，更经济更有效的防盗问题摆在了用户的面前。如今防盗技术已与安全、环保、节能一起被列为机动车技术发展的四大课题。本文秉承摩托车防盗装置智能化的发展方向，提出了利用GSM技术，采用AT89C51单片机作为主控制器实现摩托车防盗系统。该防盗系统理论上可以实现全天候的对摩托车状态进行检测控制，只要在GSM覆盖的范围内，都能实现人车通信。本系统分为车载部分和用户手机两部分。车载终端利用模块化的思想进行设计，主要包括AT89C51中央处理模块，GSM模块，检测控制模块。构建此硬件平台实现了用户与车载系统的通信，使用户通过手机短消息对摩托车的状态进行监控。关键词：GSM，ADXL330，AT89C51，TC35i摩托车防盗一直是人们头疼的问题，有时候好几把蹄形锁也不能摆脱丢失的命运。目前各种摩托车防盗方法和产品层出不穷，但是摩托车防盗问题依旧没有完全解决。传统防盗器以机械式、简易电子式和GPS防盗器为主。机械式易破坏，电子式易误报警，GPS价格昂贵，使得传统防盗无法达到既省钱又安全的目的。传统报警系统的主要缺陷是：被动防盗，车辆被偷后无法进行跟踪，不能远程设防撤防。本系统设计的GSM摩托车防盗器,是依托覆盖率极高的GSM公众网络，利用GSM语音及短信通讯业务，采用人车互动主动防盗模式，可对摩托车进行发动机熄火截停和摩托车的定位、监听现场声音、发送报警信息、被劫报警、振动报警等功能，使车主摆脱了看不到、听不见的被动防盗尴尬局面，突破了距离的限制，具有技术含量高、智能化、网络化的特点。1、总体设计思路及主要部件简介1.1系统整体结构模型和工作原理系统由手机和车载终端两部分组成，重点设计是车载终端，它由硬件和软件两部分组成。硬件部分主要由检测控制模块，AT89C51核心控制模块，无线通信模块（GSM模块）等组成。其中检测模块主要由ADXL330三轴加速度计进行状态检测，因为盗贼盗取摩托车必定要挪动摩托车。如果是破坏（强行撬锁）必将产生震动，如果是启动或开动摩托车必将产生加速度，这样三轴加速度计中的x,y轴将会有信号输出。如果是车辆被抬起或倾斜，则三轴加速度计的z轴将会有信号输出。系统具体功能由软件实现。系统工作原理如下：车辆状态检测模块和控制电路与车辆电路相连，并动态捕获车辆的实时状态传入系统核心控制模块，若车辆处于正常状态，系统不作响应，若车辆处于不正常状态（如被非法侵犯），控制模块通过无线通讯模块向车主手机周期发出相应短信，并等待车主通过手机发回指令，若收到控制指令，控制中心通过车辆控制接口对车进行相应的控制（如熄火、声光报警等）。系统硬件结构如图1所示：图1系统总体结构框图1.2.主要部件1.2.1AT89C51单片机AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash只读存储器和128bytes的随机存取存储器(RAM)，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大。1.2.2三轴加速度计ADXL330ADXL330是美国模拟器件公司(ADI)新近推出的一款带有信号调理电路，可提供模拟电压输出的小量程、小尺寸、低功耗、低价位3轴加速度计。集成了一个坚固的三轴传感器结构及其信号处理电路，可实现开环加速度测量，ADXL330的引脚排列及内部功能模块如图2、3所示。图2ADXL330引脚排列图3ADXL330的内部功能模块图ADXL330基本工作过程为：首先利用微传感器感知三维的加速度，将得到的三维交流信号放大，然后分别将信号解调，在输出端分别将三路信号再次放大、滤波后输出和加速度成正比的模拟电压。1.2.3GSM移动通信（无线通讯）模块GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移动通信系统是基于时分多址技术（TDMA）的数字蜂窝移动通信系统，也就是我们常说的移动手机电话及短消息业务，我们手机卡也叫SIM卡。本系统采用西门子工业模块TC35i。远程控制模块主要包括TC35i无线模块、SIM卡和串口模块三部分，TC35i将数据或命令通过天线发射出去，或将命令进行相应的协议处理后，通过串口模块送入单片机进行处理，由于传输数据的承载方式是GSM网络，故SIM卡不可缺少。1.3车辆状态检测与控制硬件主要通过三轴加速度传感器ADXL330经A/D转换器ADC0809与AT89C51连接实现检测电路，检测电路获取摩托车的当前状态，如车辆被抬起、倾斜、挪动、异常震动、启动等。根据这些状态，系统能对车辆实施相应的控制，主要是摩托车双蹦灯、报警喇叭和断火控制。车辆的状态信息可直接连入单片机的I/O口，通过读对应的I/O口，获取车辆的状态。对车辆的控制则不能直接连接单片机的I/O口，必须在I/O口上连接继电器，通过继电器实现对车辆的控制。2、系统硬件设计2.1基于AT89C51的硬件设计2.1.1AT89C51单片机串口设计考虑到逻辑电平以及驱动能力的匹配问题。TC35i模块的数据接口是CMOS电平（高电平2.65V），因此单片机对TC35i模块的控制和通讯信号要进行电平转换。2.1.2AT89C51时钟振荡电路AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路如图4。如果使用石英晶体，推荐电容使用30pF±10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF±10pF。图4AT89C51时钟振荡电路2.2车辆状态检测和控制电路设计车辆的状态检测主要检测车是否有位移发生，即震动、挪动、倾斜、抬升、启动与开动；对车的控制主要通过熄火、报警灯的闪烁、报警喇叭的鸣叫等。其主要检测和控制部分的电路设计如下。2.2.1检测电路本设计的检测电路是通过一个三轴加速度传感器ADXL330通过A/D转换器ADC0809与AT89C51相连实现的。2.2.1.1A/D转换器芯片ADC0809ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺，可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右。2.2.1.2AT89C51单片机与ADC0809接口通讯图5中C、B、A是三条通道的地址线，ALE为高电平导通。选中通道的模拟量到达A/D转换器时，A/D转换器并未对其进行A/D转换。只有当转换启动信号端START出现下降沿并延迟Teoc后，才启动芯片进行A/D转换，START的上升沿复位ADC0809。ADC0809的A/D转换过程是在时钟信号的协调下进行的。ADC0809的时钟信号由CLOCK端送入，其最高频率为640MHz，该频率下ADC0809的A/D转换时间为100μs左右。若AT89C51采用6MHz的晶振，则ADC0809的时钟信号可以由AT89C51的ALE经过一个二分频电路获取。这时ADC0809的时钟频率为500KHz，A/D转换时间为130μs。图5为AT89C51与ADC0809的接口电路。图5AT89C51与A/D转换器ADC0809的接口电路A/D转换结束后，A/D转换的结果（8位数字量）送到三态锁存输出缓冲器，此时A/D转换结果还没有现在DB0-DB7八条数字量输出线上，单片机不能获取之。单片机要想读到A/D转换结果，必须使ADC0809的允许输出控制端OE为高电平，打开三态输出锁存器，A/D转换结果出现在DB0-DB7上。ADC0809的START端收到下降沿后，并不立即进行A/D转换，EOC=1，而是延迟10μs后，才开始A/D转换，EOC变为低电平。单片机读取A/D转换结果的方法有三种：延迟法、查询法和中断法。本设计采用查询法连接外围电路。2.2.1.3三轴加速度传感器ADXL330与ADC0809的接口通讯由于传感器的输出信号为毫伏级，而A/D转换芯片一般对输入信号的要求为0-5V。因此在进入A/D转换环节之前，我们必须对传感器输出信号做适当处理。首先我们要对传感器所输出的微小信号进行滤波，滤波后再经两级放大电路，经过采样保持芯片最终将信号输送给ADC0809A/D转换芯片。三轴加速度计ADXL330包括x、y、z三轴的三个加速度信息模拟量输出端口Xout、Yout、Zout。它们每一路输出都经过上述的滤波、放大、采/保电路，然后分别接入A/D转换器ADC0809的INT0、INT1、INT2的模拟量输入通道，并经过ADC0809与AT89C51进行连接，达到与AT89C51数据通信，从而达到状态检测与监控。由于加速度计的三轴模拟量输出电路相同,所以只画出Xout端口经滤波、放大、采样/保持后与ADC0809模拟量输入端口INT0的连接电路图。如图6所示。图6三轴加速度计ADXL330的数据采集电路2.2.2控制电路设计（闪光报警控制）摩托车自锁及闪光报警的原理图如图7所示。系统是利用微处理器的I/O接口控制达林顿系列ULN2003A，当“IN”脚输入高电平，对应“OUT”脚将功率继电器的引脚电平拉低，功率继电器线圈导通；当“IN”脚输入低电平，对应“OUT”引脚输出电平与芯片供电电平相同，即与继电器输入电压相同，继电器线圈阻断。由于继电器触点的吸合（常开触点）、断开（常闭触点）随AT89C51的I/O口的信号而改变，使得AT89C51可以控制摩托车车灯电路和发动机点火线路的开闭，进而实现摩托车防盗的熄火和闪光报警操作。图7熄火和声光报警控制电路2.3GSM模块电路设计2.3.1TC35i应用电路设计TC35i模块进行正常的通讯需要电源电路、数据通讯接口、SIM卡接口、启动电路、语音话柄等外围电路配合。这些外围电路通过40引脚的ZIF连接器与TC35i进行连接。(1)数据输入输出部分TC35i的数据接口采用串行异步收发，符合ITU-TRS-232接口电路标准，CMOS电平。数据配置为8位数据位、1位停止位、无校检位，波特率在300bps~115kbps之间可选。硬件握手信号用RTS0/CTS0，软件流量控制用XON/XOFF，支持标准的AT命令集。由于TC35i和单片机都是5V供电，而且要考虑两者间数据通信的电平关系。根据TC35i和AT89C51的技术文件查得：AT89C51数据通道输出高电平最小值为0.9VCC=4.5V，输出低电平最小值为0.45V。输入高电平最小值为0.7VCC~VCC+0.5=3.5V~5.5V，输入低电平最小值为0.2VCC-0.3~0.2VCC-0.1=0.7V~0.9V。TC35i的数据通道输出高电平为2.25V~2.76V，输出低电平最大值为0.2V；输入高电平为1.95V~3.3V，输入低电平为-0.3V~0.5V。综合上述情况可以看出，AT89C51与TC35i的数据通讯必须经过电平转换，因此，必须对该输入电平进行逻辑转换，系统通过在集电极开路缓冲器7407的输出端加上拉电阻完成电路逻辑转换。(2)SIM卡接口TC35i模块中基带处理器集成了一个与ISO7816ICCard标准的SIM卡接口。除了SIM卡的5个引脚外，TC35i还添加了一个CCIN(NC)引脚用来检测SIM卡插座中是否插有SIM卡。SIM卡上的引脚与TC35i的同名端直接相连。SIM卡与TC35i的连接图如图10所示。(3)SYNC信号及电路设计在本电路中利用SYNC信号来控制一个状态灯以检测TC35i模块当前处于何种状态。由于TC35i模块SYNC引脚输出的驱动能力不够，所以设计采用了一个三极管9014对输入电流进行放大以提高驱动能力。电路原理图如图10所示。(4)IGT启动电路IGT(Ignition)信号，即点火脉冲信号，它用来启动TC35i模块。在TC35i模块正常启动