基于GSM的汽车防盗报警器设计

随着社会的发展，家庭及公用汽车越来越多，而被盗车辆的数量也在逐年增长。传统的汽车防盗器存在很多弊端，如作用距离短,可产生噪声污染,不能远程报警,需要安装等。这些弊端给居民生活带来了很大的不便，一些居民区甚至禁止安装汽车防盗报警器。

GSM(Global System for Mobile Communication)网络技术成熟，覆盖范围广是已被广泛应用的通信网络体系。近几年来，GSM网络的短信、通话等基础服务技术也得到越来越多的电路设计工程师的重视[1]。将目前汽车防盗器的设计思想和GSM网络的功能相结合,便可实现防盗器的远程报警功能，解决传统防盗器的弊端。

1 防盗系统与防盗器的总体方案设计

1.1 防盗系统结构

防盗系统有遥控器、防盗器、GSM网络以及用户手机组成。其系统结构如图1所示。

防盗器可置于汽车内任意位置，通过专用遥控器控制防盗器的开关状态。开启状态下，当传感器检测到异常信号时，防盗器可通过GSM网络给用户拨打电话，达到远程防盗的目的。

1.2 防盗器内部结构设计

防盗器内部由5个模块组成：主控模块、GSM模块、检测模块、遥控模块与电源模块。防盗器的结构如图2所示。

主控模块负责接收、处理遥控模块、GSM模块和检测模块发送的信号以及向GSM模块发送控制指令等。

遥控模块用来控制整个系统的工作状态。当遥控器有按键按下时，接收模块相应管脚会输出信号，该信号通过单片机的外部中断接口发送给CPU，CPU接收到信号后进入中断程序进行开、关操作。

GSM模块负责按照CPU的指令向用户手机发送呼叫信号进行报警。

检测模块负责检测汽车的异常振动信号。

电源模块负责给整个防盗器供电，设计时需要解决电源模块的工作时间长短问题。

2 硬件电路的设计

针对各个模块的功能以及设计要求，对系统各模块的主要元件进行了选型，并设计了具体电路。

2.1 主控模块

系统对CPU的要求为：2个支持掉电唤醒的中断；一对串口以便与GSM模块通信；4个I/O端口以控制声光以及GSM模块的使能；一定容量的EEPROM空间以存储用户电话号码等信息，及一个带A/D转换的I/O端口以测量电池充电的完成状态。

为了在达到以上要求的同时尽量缩小防盗器体积，设计选用了宏晶科技的SOP型芯片STC12LE5402AD作为防盗器的CPU。它只有20个管脚，工作电压为2.2 V～3.8 V，工作频率为0～35 MHz，1 KB的EEPROM，2个支持掉电唤醒的外部中断，一对串口，15个I/O端口，8路10位A/D转换I/O端口，内置复位电路且功耗低，完全符合设计要求。系统主控模块的电路如图3所示。

遥控接收模块检测遥控器的开启信号，并将信号通过外部中断口传送给CPU，防盗器进入工作状态。当振动检测模块检测到异常振动信号时，CPU通过I/O端口将SIM900B开启，并向GSM模块发送AT指令，将SIM900B模块初始化。GSM模块通过GSM网络向用户发送呼叫提示信号。

遥控接收模块检测到遥控器的关闭信号时，CPU将通过特定指令使系统进入低功耗模式。遥控器发送开关信号时，遥控信号指示电路会进行声光提示。

2.2 GSM模块简介

GSM模块选用的是SIMCOM公司的SIM900B模块，该模块体积小巧、性能稳定，自带天线扣，性价比高，有四种工作频率：GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz，可以实现语音、SMS、数据和传真信息的低功耗传输[2]，满足系统对GSM模块的要求。

SIM900B的电路连接简图如图4所示。U3为SIM卡，SIM900B通过自有的SIM卡接口为SIM卡提供电源并向其发送指令，实现SMS、呼叫等功能。D4～D7是为了防止静电损害，而在SIM卡座附近放置的瞬变电压抑制二极管。

PWKEY管脚为SIM900B的使能端，软件使该管脚拉低至少100 ms后，SIM900B进入使能状态,此时CPU可通过串口向SIM900B发送指令。

2.3检测模块

考虑到大部分车被盗时会出现异常振动，设计选用振动传感器为信号检测器件。振动传感器也称振动开关，它一般有滚珠式与弹簧片式两种。滚珠式振动开关带有倾斜感应且只能单方向性触发；弹簧片式振动开关无方向性限制，任何角度均可触发[3]。针对以上问题，设计选用了弹簧片式振动开关SW-58010S作为振动检测器件。

弹簧片式振动开关在静止时为开路OFF状态，当受到外力碰触而达到相应振动力，或移动速度达到适当离(偏)心力时，导电接脚会瞬间导通呈瞬间ON状态；当外力消失时，开关恢复为开路OFF状态。电路中振动开关一端接地，另一端经上拉接单片机的I/O口，振动开关受到外力振动时，I/O口接收到低电平信号，系统对信号进行判断并执行相应程序[4]。

2.4 遥控模块

系统采用XD-YK04无线收发模块实现防盗器的开关控制。遥控器采用SC2260芯片固定码编码，遥控距离为30 m～50 m。遥控接收模块工作电压为3 V～5 V，解码芯片采用的是SC2272-M4。当遥控器按键按下时，遥控接收模块会将信号通过外部中端口传送给CPU。由于CPU中断采用下降沿触发，而遥控模块输出为高电平信号,因此必须对遥控接收模块的输出信号进行反相操作。

遥控接收模块信号处理电路图如图5所示。当遥控器“开”键被按下时，D0口输出高电平，三极管Q4导通，模块输出端由原来的高电平变为低电平，CPU外部中断触发并执行中断程序，系统被唤醒进入工作状态。同理，当“关”键下被按下时，防盗器会进入掉电状态。

2.5电源模块

考虑到防盗器体积小、待机时间要求较长以及内部元件在3.7 V以下均可正常工作，设计选用手机锂电池作为系统电源。手机电池容量比一般纽扣电池大，体积相对小，供电时间长。因此，当电池容量为1 500 mA/h时，一次充电可使用20天左右。

防盗器内CPU工作电压为2.2 V～3.8 V，其他模块工作电压为3.7 V左右，因此锂电池经过降压处理后才可给CPU及其外围电路供电。

外部充电器可提供5 V电压对防盗器内电池进行充电并给各模块供电。具体电源电路如图6所示。图中，3.7 V电池为锂电池。如虚线框内电路所示，当有外接5 V电源时，电池经过R13、R16分压得到4.3 V电压，此电压给截止电压为4.2 V的锂电池充电,此时Q2导通，LED1亮红灯以指示系统处于充电状态。通过R14、R15组成的电位器可测知电池的充电完成状态，电池充满后，CPU控制电源充电指示灯变为绿色。无外接电源时,锂电池供防盗器用电,此时Q2不导通，LED1灯灭。

工作状态下，锂电池输出的电压为3.7 V。二极管D2与D3为锗二极管,工作时压降为0.2 V～0.3 V，3.7 V电压经过降压后,可得3.1 V～3.3 V的电压,此电压为CPU供电。

3 软件设计

系统有开、关两种状态。系统程序流程如图7所示。系统处于“开”工作状态下，按下“关”键，系统执行“关”键的中断程序。在程序中将寄存器PCON赋值为0x02后系统便会进入掉电模式。该模式下CPU外部时钟停振，CPU、定时器、串行口全部停止工作，但外部中断仍正常工作，可将CPU从掉电模式中唤醒，从而节省了防盗器的功耗。

系统处于掉电模式时，遥控器“开”键按下后，系统由外部中断被唤醒进入工作状态。系统从掉电模式被唤醒后，首先执行掉电命令后的指令然后才会进入中断服务程序。因此在编写程序时一般会在使系统进入掉电模式的指令后面加一条nop指令，例如：

PCON=0X02;
_nop_();

防盗器存储单元可储存一个电话号码。用户用手机拨打防盗器号码一次，用户的手机号码便会将防盗器之前所存储的号码覆盖。工作状态下，防盗器周围出现异常振动信号后，CPU将控制GSM模块,并利用SIM卡通过GSM网络向系统存储的号码自动拨号以提示用户，用户获知后挂断即可。

本文以STC12LE5402AD为主控芯片，以SIM900B为GSM模块，以振动传感器为信号检测器设计了一个小型汽车防盗器。该防盗器可实现的功能有：车辆被非法启动或挪移时可及时通知车主，有效防止车辆被盗情况；车辆被盗后，只要汽车被启动，公安部门便可以通过GSM网络实时监控被盗车辆的位置。防盗器体积小、无需安装,无噪音污染且成本低，易于推广。