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采用ARM7网络型汽车防盗系统的设计方案
概述：对流行的各类常规防盗装置的不足进行了分析，研究并成功试制了一种新型嵌入式汽车防盗系统。系统基于ARM的S3C44B0X微处理器进行开发，提高了系统的稳定性和可扩展性，利用GPRS的网络优势达到远程控制的目的, 且具备汽车报警系统现有的其他功能, 可靠地实现防盗控制功能。
引言
随着人们生活水平的提高,汽车已逐步进入家庭, 但日益猖獗的汽车盗窃案件也呈上升趋势，如何有效防止汽车被盗是车主们最关心的问题。近年来，科学技术飞速发展，结合各种新技术的新型汽车防盗装备相继出现。随着通信技术的发展, 无线远程通信技术也被应用于汽车领域中。基于S3C44B0X网络型汽车防盗控制系统是采用ARM 7微处理器构造的嵌入式系统，结合了传统防盗技术和新型的GPRS无线通信技术，实现已有防盗器现有各种功能的基础上,开发了远程控制功能，提高了防盗系统的安全性、灵活性和可靠性。
1 系统设计
1．1 系统特点和功能
在对各类汽车防盗系统的特点进行分析后，设计了基于S3C44B0X网络型汽车防盗控制系统，它充分利用基于GSM网络的GPRS无线通信技术的优势：无处不在、接入迅速、永远在线、流量计费等特点。同时也利用了ARM7微处理器的优点：32位核、高性能、低成本、功耗低的RISC微处理器，有众多的合作开发伙伴。由于防盗系统的功能越来越复杂，为了便于系统程序的有效开发和系统功能的扩展，在此采用嵌入式系统进行开发，提高了系统的灵活性、安全性和可靠性。系统主要实现的功能有如下几个方面：
（1）基于GSM全球联网功能 利用GPRS通讯网络实现全国范围内防盗报警功能。
（2）智能遥控或采用手机实现上锁、解锁功能，方便、快捷的进入防盗状态和解除防盗状态。
（3）一旦警情发生均可在很短时间内发送信息到您的手机，实现无声自动报警，达到“我知贼不知”的独特效果。
（4）车辆被抢或被盗时，用手机向汽车防盗器发送控制短信息，实现断电或断油，强制汽车停车。
（5）防盗设定后，不经车主允许，强行打开车门、后备厢、引擎盖，或车辆被振动，均在可报警和发送短信息到车主的手机上。
（6）微电脑断电断油功能，进入防盗状态，通过微电脑控制自动断电断油，车辆无法启动。
（7）进入防盗状态后，即使盗贼切断电源，可照常报警，并且每间隔1分钟报警一次，即发送信息到手机上。
1．2 系统硬件设计
系统硬件主要由两个部分组成：一是采用S3C44B0X微处理器构建一个嵌入式系统平台，外带GPRS模块，用作汽车防盗的主控板；另一部分是汽车电路信号接口板，主要用于获取汽车的状态信号和向汽车发送控制信号。图1是系统的硬件框图。
CPU采用SAMSUNG公司的ARM7系列芯片S3C44B0X。S3C44B0X有出色的内核性能，丰富的外部接口和低功耗。系统时钟66MHz，支持LCD，具有8个内存BANK，最大内存能扩展到256M，并方便连接各种类型的内存；能运行不带MMU管理的操作系统，能高效、方便的实现比较复杂的控制；在系统中我们用到2种内存，一种SDRAM，一种FLASH；
图1 系统硬件原理框图
SDRAM动态存储器，运行速度快，但掉电后不能保存数据，在系统主要是用来运行操作系统、应用程序和各类数据的缓存，SDAM类型很多，有各种厂家的产品，性能差别不是太大，主要考虑内存的容量，我们选用一种较通用芯片，hynix公司的HY57V641620HC，它是1M×l6bit×4bank的同步DRAM。
FLASH内存较SDRAM运行速度慢，但掉电后能保存数据。FLASH有NAND和NOR两种类型，NOR的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是较慢的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND结构能提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。应用NAND的困难在于flash的管理和需要特殊的系统接口。在系统中也选用一种通用的FALSH（SST39LV160）,容量为2MB, 主要用于固化启动代码和控制应用程序，并保存一些系统数据和车主手机号码。
与手机的通信，使用SIMCOM 有限公司提供的SIM100 GSM/GPRS 模块，该模块具有标准AT 命令接口，可以提供GSM 语音、短信和GPRS 上网等业务。在系统中采用短信的方式实现远程无线防盗控制。
在系统中还增加了LCD和键盘，LCD采用1602，可以显示2行字符，每行16个字母，主要用于显示一些提示和状态信息，键盘用于设置车主手机号码。
主控板上增加了与汽车控制检测板的接口，通过检测接口，主控板能获取汽车的当前状态，如车门的开、关状态，脚刹和手刹状态，汽车是否启动等，根据这些状态，便于控制器对汽车实施相应的控制。主控板通过控制接口对汽车实施相应的控制，主要是汽车双蹦灯、报警喇叭和断火的控制。
1．3 系统软件设计
汽车防盗的软件系统可分为两个部分：一部分是设防状态的处理；另一部分是没有设防状态的处理。
在设防状态下，汽车被偷或被破坏时，报警器会声光报警，并向车主手机发送报警短信，车主根据信息进行真假判断：若是真警，可报警，并可同时控制汽车断火；若是假警，则可通过手机撤消报警，并使汽车再次处于防盗监控状态。设防状态又分为有声防盗和无声防盗，在有声防盗下，若被盗，则声光同时报警；在无声防盗下，若被盗，则只有灯光报警，没有声音报警，在两种情况下，均会向车主手机发送被盗短信息。
在不设防状态下，不会报警，仅仅在一些违规操作时，通过声光对车主进行危险提示，如汽车启动时，车门没关好等。系统软件的整体流程如图2。
图2 系统软件的整体流程
3 系统关键技术
系统采用的关键的技术主要有两个，一个是GPRS远程无线数据传输，另一个是FLASH存储器的读写。
3．1 GPRS数据传输流程
GPRS远程无线数据传输主要是通过串口完成对SIM100 GSM/GPRS进行短信的收发操作。当有短信到来时，SIM100 GSM/GPRS将发送“+CMTI: "SM", N”给ARM的串口，其中N为短信编号。如第五条，则N为5，串口收到短信后，处理函数先根据“+CMTI: "SM", 5”的内容解析出收到的短信的ID为5，打包成“AT+CMGR=5”的命令发给GPRS模块，约1~2秒之后该模块会返回一个确认数据“AT+CMGR=5”，再过一段时间，该模块才返回ID号为5的短信，其内容为：“+CMGR:"RECREAD","+8613978319414","04/07/22,10:54:23+00" #13#10dX# 13#10#13#10 OK”。为了确保控制的合法性，程序先对发送过来的短信号码进行合法性检查，只有与设定的手机号码相符合的短信的内容才作为控制命令处理，而对于其他的短信，都给予屏蔽掉，阻止错误操作。
若通过GPRS模块发送短信，ARM系统先向GPRS模块发送控制命令“AT+CMGS=XXXX” ，GPRS模块收到命令后返回“AT+CMGS=XXXX#13#10>”信息，等待输入要发送的短信内容。如若发送内容为“Your Car Has Stolen!”，系统程序先将此内容通过串口发给GPRS模块，之后再发确认命令“ctl+z”，表示数据发送完毕。GPRS模块收到短信数据和确认命令后，马上向ARM系统返回“AT+CMGS=XXXX#13#10>#13#10 Your Car Has Stolen!#13#10”信息，表示系统发送的数据和命令已经被GPRS模块接收到。然后GPRS模块将短信数据发送给车主手机，大约5秒之后 GPRS模块给系统返回是否发送成功的回馈信息，如果返回“#13#10+CMGS：19#13#10#13#10 OK#13#10”表示成功发送，结束。如果返回“ERROR”表示发送失败，则在下次轮循中系统会继续发送同样内容的短信，直到发送成功为止。
3．2 FLASH的读写技术
由于不同厂商的FLASH存储器在结构和读写操作是有区别的，所以FLASH存储器的烧写、擦除程序一般不具有通用性。系统所用的FLASH是SST39LV160，可以对任一扇区进行读、写或擦除操作，而不影响其他部分的数据。对FLASH的编程指令只能使二进制位由‘1’变为‘0’，而擦除命令可使‘0’变为‘1’，因此正确的操作顺序必须是先擦除，后编程，否则就会导致FLASH存储器复位，致使操作命令无法完成。当FLASH存储器被擦除后，读出的内容全是0XFF。
对SST39LV160进行烧写操作需要遵循几个固定的步骤。每个步骤是首先向FLASH 存储器的特定寄存器写入地址和数据命令，然后由其内部的编程或擦除算法自动完成编程或擦除操作。如擦除操作，第一步程序向地址1（0X5555）写数据1（0XAAAA），第二步向地址2（0X2AAA）写数据2（0X5555），第三步再向地址1（0X5555）写数据3（0X8080），这样完成了擦除扇区的第一阶段，接着的第二阶段与第一阶段几乎一样，只不过最后一次是向地址0X10000写数据0X3030，然后程序再用一个循环，来检测该扇区的内容是否变成了0XFF。如果该扇区的内容变成了0XFF，那么说明擦除扇区的操作已经完成，可以进行下一步的操作，写数据到FLASH的指定地址了。写操作和擦除类似，也是遵循几个固定的步骤，其具体步骤应参考对应FLASH芯片的技术资料。写操作执行后应对数据进行检查，如果成功写入则进行下一字节的写入，否则继续等待，如果超时，则退出。由于无论是编程或擦除都需要一定的时间，程序应根据其内部的操作检测机制，判断操作是否完成或操作是否正确，以确定是否执行下一步操作。
在我们的系统中，系统程序利用FLASH第17号扇区来存放车主的手机号码，从首地址开始存放。通常对该扇区的操作程序是：先把该扇区的所有内容读到SDRAM中（共4K），之后将要写的电话号码写入到17扇区的首地址后的11个单元中，因为第17号扇区我们并没有全部用到，所以可以省去将4K内容读到SDRAM的步骤，只需要直接向17号扇区的首地址0x10000开始，写入车主手机号码就可以了。
4结论
系统采用嵌入式开发技术，利用S3C44B0X和GPRS通讯模块开发了基于手机的汽车防盗系统，该系统能通过车主手机实现对汽车的远程无线监控功能。它充分利用了GPRS网络优势,可全天24小时监控，成本低，实现完全自我服务。不论身在何地，通过手机查询，可具体了解车辆的具体状况；更能对车辆进行远程控制，从开关门锁、远程启动到命令停车。经实验证明，这是一种性能稳定, 安全性和性价比较高的产品。系统进一步将实现与全球卫星定位系统(GPS)和交通地理信息系统(GIS)相结合，实现一个功能更强的汽车防盗监控网络。
本文作者的创新点：采用嵌入式开发技术，利用S3C44B0X和GPRS通讯模块开发了基于手机的汽车防盗系统，该系统能通过车主手机实现对汽车的远程无线监控。
参考文献
[1] SIEMENS Mobile.MC35 AT Command Set［EB/OL］.2002-07
[2] S3C44B0X RISC MICROCONTROLLER SAMSUN Corporation［EB/OL］.2002
[3] 傅中君.嵌入式GPRS无线通信模块的设计与实现[J].计算机工程与应用.2004，14：162-165
[4] 闫志宽，刘胜利编著.汽车遥控防盗报警系统的技术特点检修[M].北京：机械工业出版社，2004-03
[5] 杜春雷编著.ARM体系结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2003
[6] 宋丽，李令奇. ETC中具有车型识别功能的车辆检测器设计[J]. 微计算机信息. 2005,8
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