最新版基于GPSGSM汽车防盗系统设计本科毕业设计.docx
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最新版基于GPSGSM汽车防盗系统设计本科毕业设计
摘要
随着中国经济的迅猛发展，人民生活水平的提高，购车的家庭越来越多，私人汽车日益增多，治安状况恶化，汽车被盗对有发生，汽车的定位与防盗也成为市场的一大需求。
目前汽车防盗系统存在存在功能简单、可靠性低、误报警、报警距离短等缺点。
GPS（GlobalPositioningSystem，全球卫星定位系统）提供了一种可靠有效的车辆定位方法，而利用GSM（globalsystemformobilecommunications，全球移动通信系统）无线通信技术可将定位数据信息迅速传递到接收端，两者结合形成GPSGSM车辆监控系统，为解决以上问题找到了一个很好的解决办法。
如果车主有一部收发短消息的GSM手机，防盗系统就可以实现实时报警，并且GPS可确定具体车辆的方位信息，便于查找丢失的汽车。
本文在对目前各种常规汽车防盗装置的不足进行分析的基础上研究一种基于GPSGSM的智能车辆防盗系统的软硬件设计方案及其实现。
该系统由STC12C5A60S2单片机、SIM300无线模块、GPS接收机及防盗传感器等组成。
微处理器对收集到的信息进行处理，确认后可锁死发动机同时向车主手机或监控中心发出信息，以实现汽车监控，防止被盗。
关键词:
GSM；GPS；汽车防盗系统
Abstract
WiththerapiddevelopmentofChina'seconomy,theimprovementofpeople'slivingstandard,theprincipleofmoreandmorefamilies,privatecarsisgrowingandsecuritysituationisworse,cartheft,carpositioningandsecuritytechnologycanwilllocatedatainformationquicklypassedtothereceiver,bothunionformGPSGSMvehiclemonitoringsystem,tosolvetheaboveproblemfoundagoodsolution.Iftheownerrealizereal-timealarm,andGPScandeterminetheorientationofthespecificvehicleinformation,itiseasytofindthelostcar.
InthispaperatpresentvariousconventionallackofguardagainsttheftsystembasedontheanalysisoftheresearchbasedonGPSGSMinligentvehiclesecuritysystemoftheschemeandrealization.ThesystemconsistsofSTC12C5A60S2microcontroller,SIM300wirelessmodule,GPSreceiverandguardagainsttheftsensoretc.Microprocessortocollecttheinformationprocessing,theenginecanbeconfirmedatthecellphoneownerslockedorthemonitoringcentersendsoutinformation,soastorealizethecarmonitoring,preventthetheft.
Keywords:
GSM;GPS;Guardagainsttheftsystem
1前言
1.1课题背景
随着世界经济的迅速发展，工业生产率大幅度提高，人民生活水平极大地改善．汽车以其方便灵活的特点迅速普及，汽车逐渐进入百姓家庭，随着家用轿车的不断普及和高速客运、物流配置等行业的蓬勃发展，车辆防盗报警也逐渐成为人们关注的热点，随之而来的汽车防盗系统越来越引起人们的关注。
在解决汽车防盗问题上，传统汽车的报警方式主要采用灯光闪烁和喇叭鸣响，尽管市场上的汽车防盗系统正在改善，但是大多还停留在声光报警阶段，达不到好的防盗效果。
这些传统的防盗方式存在有三种缺陷，一是报警器容易被破坏，而失去防盗功能；二是喇叭鸣响声会造成周边居民生活被严重干扰；三是汽车被盗后，外观稍加改动，就很难追踪。
1.2课题研究的目的和意义
随着GSM网络通信技术的飞速发展以及GPS技术在全球范围内的普及和更大规模、更深层次的应用，使人们找到了汽车防盗手段：
将GPS、GSM技术与车辆联系起来，构建一个高效实用、业务适应性强、易于维护、系统升级扩容简单方便并能够实现对车辆进行监控、跟踪、反劫、防盗、报警、调度的多功能GPSGSM车辆监控系统。
它可以实时对车辆的位置、运行状态等动态信息进行监控，及时排除车辆遇到的问题，可以提高车辆的有效利用率，保障司乘人员的人身安全，提高车辆抢险救援效率，合理有效的利用现有道路资源，提高道路通行能力，减少交通事故。
2系统组成及工作原理
GPSGSM汽车防盗系统可以利用GSM短信息业务（SMS）方式传输数据，。
文中选取ubloxGPS模块、sim300模块和单片机系统构建了车载设备，并采用SMS与车主实现信息的双向传输。
近十年来，GPS技术逐渐成熟，GPS技术已经广泛地应用于汽车导航中。
GPS具有方便、快捷、廉价等特点，在车载系统中得到普遍的重视。
GPS全球卫星定位系统是美国开发的新一代卫星导航与定位系统，它不仅具有全球性、全天候、连续的精密导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰和保密性，从根本上解决了地球上的导航与定位问题，可以满足不同的需要。
GSM系统是目前应用最广的一种通信系统，我国目前已经建成了覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网。
GSM的短消息业务不用拨号建立连结，直接把要发送的信息加上目的地址发送到短消息服务中心，由短消息服务中心再发送给最终的信宿。
2.1系统组成
系统组成如图1所示，当车主离开车辆时，即可启动防盗系统，首先车主需设置手机号，以备接收车辆的定位信息，此时，单片机控制GPS模块，不断获取GPS定位数据，并对获取的GPS数据进行分析，从而获取包括车辆的经、纬度以及速度等信息。
系统通过车辆上安装的传感器的数据来判断车辆是否被移动，如果车辆被非法移动，单片机将控制GSM模块将车辆的定位信息通过短消息，发送到车主指定的手机中，以做将来的证据使用。
车主第一时间知道车辆位置后，即可通过GSM远程网络控制防盗系统，切断车辆的点火电路，使车辆熄火。
同时，车主将车辆定位信息提供给警方，尽快找回自己的车辆。
图1防盗系统总体结构图
2.2单片机控制核心
采用宏晶科技公司的单时钟机器周期的单片机STC12C5A60S2，它是高速、低功耗、超抗干扰的新一代51系列单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8～12倍，具有60kB在系统可编程Flash存储器，其具有两个独立的采用UART工作方式的全双工串行通信接口，可方便地实现单片机同时与GPS和GSM进行数据通信。
2.2.1STC12C5A60S2系列单片机的内部结构
STC12C5A60S2系列单片机的内部结构框图如图2所示。
STC12C5A60S2单片机中包含中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时计数器、UART串口、串口2、IO接口、高速AD转换、SPI接口、PCA、看门狗及片内RC振荡器和外部晶体荡电路等模块。
图2STC12C5A60S2系列单片机的内部结构框图
2.2.2STC12C5A60S2单片机管脚说明
单片机管脚图如图3所示，管脚说明如表1所示。
表1单片机管脚说明表
管脚
管脚编号
管脚说明
P0.0~P0.7
39-32
P0:
P0口既可作为输入输出口，也可作为地址数据复用总线使用。
当P0口作为输入输出口时，P0是一个8位准双向口，内部有弱上拉电阻，无需外接上拉电阻。
当P0作为地址数据复用总线使用时，是低8位地址线[A0~A7]，数据线的[D0~D7]。
P1.0ADC0CLKOUT2
1
P1.0
标准IO口PORT1[0]
ADC0
ADC输入通道-0
CLKOUT2
独立波特率发生器的时钟输出
可通过设置WAKE_CLKO[2]位BRT-CLKO将该管脚配置为CLKOUT2
P1.1ADC1
2
P1.1
标准IO口PORT1[1]
ADC1
ADC输入通道-1
P1.2ADC2ECIRxD2
3
P1.2
标准IO口PORT1[2]
ADC2
ADC输入通道-2
EC1
PCA计数器的外部脉冲输入脚
RXD2
第二串口数据接收端
P1.3ADC3CCP0TxD2
4
P1.3
标准IO口PORT_[3]
ADC3
ADC输入通道-3
CCP0
外部信号捕获（频率测�或当外部中断使用）、高速脉冲输出及脉宽调制输出
TXD2
第二串口数据发送端
P1.4ADC4CCP1SS
5
P1.4
标准IO口PORT1[4]
ADC4
ADC输入通道-4
CCP1
外部信号捕获（频率测�或当外部中断使用）、高速脉冲输出及脉宽调制输出
SS’
SPI同步串行接口的从机选择信号
P1.5ADC5MOSI
6
P1.5
标准IO口PORT1[5]
ADC5
ADC输入通道-5
MOSI
SPI同步串行接口的主出从入（主器件的输出和从器件的输入）
P1.6ADC6MISO
7
P1.6
标准IO口PORT1[6]
ADC5
ADC输入通道-6
MISO
SPI同步串行接口的主入从出（主器件的输入和从器件的输出）
P1.7ADC7SCLK
8
P1.7
标准IO口PORT1[7]
ADC7
ADC输入通道-7
SCLK
SPI同步串行接口的时钟信号
P2.0~P2.7
21-28
Port2:
P2口内部有上拉电阻，既可作为输入输出口，也可作为高8位地址总线使用（A8~A_5）。
当P2口作为输入输出口时，P2是一个8位准双向口
P3.0RxD
10
P3.0
标准IO口PORT3[0]
RxD
串口1数据接收端
P3.1TxD
11
P3.1
标准IO口PORT3[1]
TXD
串口1数据发送端
P3.2INT0
12
P3.2
标准IO口PORT3[2]
INT0'
外部中断0，下降沿中断或低电平中断
P3.3INT1
13
P3.3
标准IO口PORT3[3]
INT1
外部中断1，下降沿中断或低电平中断
P3.4T0INTCLKOUT0
14
P3.4
标准IO口PORT3[4]
T0
定时器计数器0的外部输入
INT
定时器0下降沿中断
CLKOUT0
定时器计数器0的时钟输出可通过设置WAKE_CLKO[0]位
T0CLKO将该管脚配置为CLKOUT0
P3.5T1INTCLKOUT1
15
P3.5
标准IO口PORT3[5]
T1
定时器计数器1的外部输入
INT
定时器1下降沿中断
CLKOUT1
定时器计数器1的时钟输出
可通过设置WAKE_CLKO[1]位T1CLKO将该管脚配置为CLKOUT1
P3.6WR
16
P3.6
标准IO口PORT3[6]
WR
外部数据存储器写脉冲
P3.7RD
17
P3.7
标准IO口PORT3[7]
RD
外部数据存储器读脉冲
P4.4NA
29
标准IO口PORT4[4]
P4.5ALE
30
P4.5
标准IO口PORT4[5]
ALE
地址锁存允许
P4.6EX_LVDRST2
31
P4.6
标准IO口PORT4[6]
EX_LVD
外部低压检测中断比较器
RST2
第二复位功能脚
P4.7RST
9
P4.7
标准IO口PORT4[7]
RST
复位脚
XTAL1
19
内部时钟电路反相放大器输入端，接外部晶振的一个引脚。
当直接使用外部时钟源时，此引脚是外部时钟源的输入端
XTAL2
18
内部时钟电路反相放大器的输出端，接外部晶振的另一端。
当直接使用外部时钟源时，此引脚可浮空，此时XTAL2实际将XTAL1输入的时钟�行输出
VCC
40
电源正极
Gnd
20
电源负极，接地
图3STC12C5A60S2系列单片机管脚图图
2.3GPS模块
2.3.1GPS概述
全球定位系统（GlobalPositioningSystem-GPS）是由美国国防部及陆海空三军联合研制的新型卫星导航系统。
该系统自上世纪70年代开始研制，历20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
该系统以卫星为基础，使用无线电导航定位，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间信息。
2.3.2GPS系统原理及应用
GPS定位的基本原理如图4所示，是卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，利用几何与物理的一些基本原理，计算求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间等信息。
假定卫星的位置为已知，通过一定的方法，并且又准确测定出地面点A至卫星间的距离，那么A点一定位于以卫星为中心、以所测的距离为半径的圆球上。
若能同时测得点A至另两颗卫星的距离，则该点一定处在三圆球相交的两个点上。
根据地理知识，很容易确定其中一个点是所需要的点。
在以上假设下，即已知卫星位置又可同时测定到三颗卫星的距离，即可进行定位．但由于GPS卫星是分布在2万多公里高空的运动载体，只能是在同一时间测定三个距离才可定位，要实现同步必须具有统一的时间基准，从解析几何角度出发，GPS定位包括确定一个点的三维坐标与实现同步四个未知参数，因此必须通过测定到至少4颗卫星的距离才能定位。
图4GPS定位原理
GPS定位主要采用伪距定位法。
GPS伪距定位的基本定位原理:
卫星不间断的发送自身的星历参数和时间信息。
GPS接收机通过接收观测范围内的几个卫星，可以得到几个关于伪距的方程，将这几个方程结合所接收的卫星星历数据，经过处理可以得到接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。
接收机时钟偏差是接收机的时间偏差，对于每颗卫星都是相同的，其接收机的位置和时钟偏差计算式为：
d1=（x-x1）2+（y-y1）2+（z-z1）2+c（dt-dT1）
d2=（x-x2）2+（y-y2）2+（z-z2）2+c（dt-dT2）
d3=（x-x3）2+（y-y3）2+（z-z3）2+c（dt-dT3）
d4=（x-x4）2+（y-y4）2+（z-z4）2+c（dt-dT4）
其中，d1，d2，d3，d4是测量的伪距，c是电磁波的速度，dT1，dT2，dT3，dT4是GPS接收时钟偏差项，卫星时钟偏差项dt可以从广播导航信息由接收机计算出。
2.4GSM通讯模块
2.4.1GSM通讯简介
GSM（GlobalSystemforMobilescommunication）全球移动通信系统，是欧洲国家为了创造一个统一的、完整的泛欧蜂窝移动通信系统，联合了欧洲二十多个国家的电信运营部门、研究所和生产厂家组成的标准化委员会设计的。
GSM基于时分多址技术（TDMA）数字蜂窝移动通信系统，它在世界上第一个对数字调制、网络层结构和业务作了规范，是在蜂窝系统的基础上发展起来的第二代移动通信系统。
GSM通信系统以语音业务为主，也支持无线的数据业务，标准化程度高并具有严密、完整和公开等特点，这不但有利于设备的研究、开发和制造，也有利于各项移动电信业务的开发、推广和应用，因而被大多数国家厂商和运营商所采用。
经过多年的快速发展，GSM通信技术日臻成熟，目前可为我国广大客户提供短信息、呼叫转移、移动秘书、手机炒股、IP电话等几十种甚至上百种业务，满足了当今社会对信息多样化个性化的需求，是世界上使用最广、用户数最多、覆盖面积最大、技术上最成熟的移动通信系统。
GSM系统有如下特点：
①GSM有越区切换和漫游功能，可以实现国际漫游；
②GSM可以提供多种业务，包括话音业务和一些数据业务；
③GSM有较好的保密功能，提供对移动识别码的加密、用户数据的加密以及用户鉴权等；
④GSM还有一些其他的特点，如容量大、通话质量较好、有电子信箱与短消息功能等。
2.4.2GSM通讯模块的选择
无线通信模块芯片的选择余地较大Siemens公司的MC55模块、SIMCOM公司的SIM300模块等，经综合考虑尤其是性价比分析，本文选择了后者。
SIMCOM公司的SIM300模块体积较小，可靠性高，而且内置了TCPIP协议，用户只需投入少量的研发费用，在较短的研发周期里就可集成开发自己的应用系统。
模块支持外部SIM卡，可直接与1.8V和3.0V的SIM卡连接，并自动监测和适应SIM卡类型，但需注意模块的SIM卡与IO口连接时需串接电阻以作匹配。
2.4.3SMS短消息简介
SMS是短信息业务（ShortMessageService）的简称，是通过手机发送和接收有限长度的文本信息的一种通信机制。
文本信息是词语、数字和字母的组合，一条短信息可以包含160个英文字母（7-bit编码）或70个非拉丁字母（16-bit编码）。
GSM数字蜂窝移动通信系统作为公共电话网的一部分，它的服务一般是建立在呼叫连接的基础上的，而短消息是GSM中唯一不要求建立端到端业务路径的业务，即使移动台己处于通话（或数据传输）过程中时亦可进行短消息传输。
这一点十分重要，这样就不需要使用其它的通信方式或占用另外的信道就可以同时进行短消息的传输。
本系统采用短信方式通知车主。
发送和接收SMS的模式有3种：
BLOCK模式、TEXT模式和PDU模式。
很多手机都不支持BLOCK模式，故目前很少采用；TEXT模式是纯文本方式，可使用不同的字符集，比较简单；PDU模式被所有手机支持，可使用任何字符集，编码比较复杂。
SIM300通过AT命令将信息发送到车主手机。
AT指令集一般指专门用来控制调制解调器的指令集，用于数据传输通信领域，目前已成为全球通用的标准。
2.4.4SMS的网络体系结构
SMS网络体系结构如图5所示：
图5：
短信业务的网络体系结构
图5相关含义如下：
SME：
短消息实体。
一个能够接受和发送短消息的功能实体它可以位于固话系统移动基站或其他服务中心内。
SMSC：
短消息服务中心。
在SME和移动台之间传输短消息的过程中负责中继、存储和转发短消息的功能实体。
SMSC不属于GSM系统任何组成部分，但是在实际运营中SMSC和MSC往往是合而为一的。
SMS-GMSC：
短消息入口网关移动服务交换中心。
一种能够从SMSC接收短消息的MSC，接收由SMSC发送的短消息向HLR查询路由信息和短消息信息然后转发短消息到接收者所在的MSC。
SMS-IWMSC：
短消息互通移动服务交换中心。
通俗的说就是短消息出口交换中心，一种能够从PLMN内部接收短消息并把它递交到接收者所属的SMSC的MSC。
SS7：
7号信令系统。
GSM系统中采用的是CCITTNO.7交换和控制子系统，包括MSC、HLR和VLR，采用的CCITTNO.7信令系统是由公共信令网提供的，完成必要的的控制功能。
2.4.5SMS的数据接口和控制模式
在GSM系统，短消息的收发是通过数据终端设备（DTE）—数据电路端接设备（DCE）之间的终端接口来实现的。
该接口是一个符合CCITTV.24（与EIARS-232-C兼容）异步串行接口，GSM规范对通过该接口进行短消息传输定义了三种控制协议，即二进制协议（块模式）、基于字符的使用AT命令接口协议（文本模式）和基于字符的使用十六进制编码的二进制传输消息块接口协议（PDU模式）。
①块模式（Blockmode）
块模式是一种使用二进制编码来传输用户数据的接口协议。
为了提高可靠性，它还带有差错保护，因而适合于链接不完全可靠地区，尤其是那些要求控制远程设备情况。
它属于GSM第一阶段的短消息传输接口协议，当时GSM系统还不太成熟，可靠性不高，因而使用块模式符合当时的实际情况。
现在GSM系统已进入第二阶段，技术非常成熟，可靠性很高，可是为了保持与第一阶段兼容，GSM规范仍然保留了块模式。
但是建议使用PDU模式。
在两个移动台之间的每一次短消息发送都是由数据块和校验和构成（如图3-4所示）DLE和STX是开始序列，DLE和ETX是结束序列，BCS是校验和。
②文本模式（Textmode）
文本模式可使用不同的字符集，从技术上来说也可用于发送中文短消息，但国内手机基本上不支持，主要用于欧美地区。
它是一种利用文本信息控制移动台短消息功能的接口协议，主要是用AT指令集完成对移动台的操作。
文本模式具有操作方便的特点，但要完成一次短消息操作需要多个AT指令共同执行，且不支持非ASCII字符的传送。
AT指令集是GSM标准规定的一系列命令，用它可以完成大多数移动台的操作。
③PDU模式（ProtocolDataUnitmode）
PDU模式是一种使用AT指令传送十六进制编码的二进制用户数据的接口协议，这种传送方式类似于计算机网络中的分组交换，每一条短消息的全部用户数据作为一个数据块，加上目的地址和控制信息一次性发送出去。
它是将短信息正文经过十六进制编码后传送。
有些AT命令结构无需理解消息块的内容，仅在移动终端和终端设备的上层驻留程序之间传输数据块，基于这种AT命令的应用程序非常适合这种模式。
PDU模式是SMS的三个控制模式中最具有广泛实用性的模式。
PDU相当于一个数据包，它又构成短信息（SMS）的信息组成。
作为一个数据单元，它必须报告源、目的地址、保护（有效）时间、数据格式、协议类型和正文，正文长度可达140字节，它们都以十六进制表示，PDU结构根据短信息由移动终端发起或以移动终端为目的而不同。
在本设计中采用的短消息控制模式即为PDU模式。
2.4.6SMS的特点
SMS具有如下特点：
①覆盖面广
短消息和话音是同网传送的，所以GSM网络的覆盖范围就是短消息的覆盖范围，凡是能打移动电话的地方均可收发短消息。
②费用低廉
短消息的收费目前是按条计费的，而且一条的费用低于一分钟的电话费，这使得在信息量较少时短消息相对于电话有一定的成本优势。
很多情况下，正是因为短消息具有通讯成本低、可靠性高、抗干扰能力强、不受通讯线路限制、使用方便、灵活、通讯快捷、覆盖广、存储转发、费用低廉、稳定性高等优点，它比较适合于小流量的远距离数据传输领域。
如楼宇设备安全监控、车辆监控调度、野外数据采集、水利水情监控、环境远程监测、GPS定位数据回传
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