基於雙星定位的4G監控報警系統設計

基於雙星定位的4G監控報警系統設計

秩名 發表於 2011-11-10 14:28:02

　　隨著信息技術的發展，無線通信已經普及，而我們通常的監控手段仍是接觸式的。接觸式監控的缺點是：接觸式控制大多通過有線網絡將採集的信息進行遠程傳送，成本較高，大大限制了使用範圍；適用範圍窄，靈活性差，在一些高危和不方便人員直接監控的場合更加難以發揮作用；隨著現代電子技術的不斷發展，破解接觸式監控的手段日益增多，從而大大降低接觸式監控的安全性能。隨著社會經濟的蓬勃發展和生活水平日益提高，人們在追求生活質量的同時，對人身財產安全保障也提出了更新的要求，所以新型、性能更加優越的防盜報警系統成為市場需求的一個主流。本系統就是針對傳統監控報警產品的缺點開發的一套基於衛星定位和4G技術的新型監控報警系統，用於實現遠距離、準確和實時監控報警和導航定位。

　　本系統以汽車為開發平臺，通過安裝傳感監控裝置，收集信息傳遞給以單片機為中心的控制系統，經過分析處理後經由GSM(全球移動通信系統)／GPRS(通用分組無線電業務)網絡，將報警信息通過電話、SMS(簡訊業務)或MMS(多媒體信息業務)等形式通知用戶，從而實現遠距離、準確和實時報警。現在市場上的GPS(全球定位系統)可實現精確的定位尋車及一般的導航，但是GPS的核心技術掌握在美國手中，如果一旦發生戰爭，美國關閉應用，後果不堪設想，尤其不利於軍用，所以我們採用了GPS和我國自主研發的"北鬥雙星"雙模導航定位技術。

　　1 硬體系統

　　本系統由MCU控制模塊、數據採集模塊、信息的接收和發送模塊、GPS模塊和北鬥雙星定位模塊5部分組成。數據採集模塊利用不同的傳感器將採集到的信號送到MCU，MCU進行分析和處理後發出控制信息和報警指令給GSM模塊，然後通過GSM／GPRS網絡或北鬥雙星向用戶傳遞報警信息，達到監控報警的目的。系統將根據用戶的決策採取諸如遠程喊話示警、遙控拍照和切斷油路等操作保證車輛安全。同時，該系統還利用GPS和北鬥雙星雙模定位的方法，實現全天候、高精度的實時導航定位，定位精度可達3 m～10 m。

　　MCU以串行通信的方式實現與GSM、GPS和北鬥雙星終端的物理連接，並且留有與PC機的。RS-232串行通信接口。利用北鬥雙星定位終端實現快速定位，並將位置信息通過GSM或者雙星簡短通信的方式發送到用戶和中心站，同時，北鬥衛星的雙向短報文通信功能可以實現區域報警。

　　系統總體設計框圖見圖1。

 

　　1.1 MCU控制模塊

　　該模塊起著對傳感器報警信息和用戶控制信息的接收、分析和處理，是本系統的核心組成部分。它的設計包括電源部分、電平轉換部分、存儲器設計部分和外部接口部分(包括傳感器信號輸入、MCU控制外部設備信號輸出顯示、MCU與北鬥雙星定位模塊和GSM模塊之間的通信接口)。

　　1.2 數據採集模塊

　　數據採集模塊中可供利用的有多種傳感器，如振動傳感器、壓力傳感器、開關式和斷線式傳感器等多種類型的傳感器，當汽車受到振動、車門被打開或者有人坐在座位上時就會產生不同的信息，將這些傳感器收集到的不同數據和信息輸入系統MCU，以供後續處理。此模塊設計思路是充分利用車載已有的安全成熟的產品作為系統部分。其優點是：系統安全性和穩定性將大幅提高；可以較好地解決系統狀態控制問題，若僅考慮利用手機簡訊進行設防和解防，不僅很不方便，而且長期的額外信息費用也是不可忽視的；可在原有基礎上進行改裝，降低產品的成本，同時還可以合理有效地利用已有車載設備，使資源得到合理有效的配置。 1.3 信息的接收和發送模塊

　　以GSM模塊為核心，實現系統與用戶之間的信息交互，在系統中發揮了發送報警信息和接收用戶回應的功能。該模塊通過GSM網絡進行數據通信，無需設置運營中心，大大降低了生產推廣成本。此模塊的設計思路是：使用開放性較好的GSM模塊，並且嚴格執行歐洲電信聯盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規範和協議，方便系統軟體開發，並增強系統軟體的通用性。

　　1.4 GPS模塊

　　GPS技術在軍用和民用方面的應用都很成熟，通過使用GPS和北鬥雙星雙模定位的方法，可以大大提高導航定位的精度。

　　1.5 北鬥雙星定位終端

　　利用此終端實現快速定位，並將位置信息通過GSM和雙星簡短通信兩種方式發送到用戶和中心站，並且利用雙星簡短通信實現區域報警。主要功能是：快速定位，為服務區域內的用戶提供全天候、實時定位服務，定位精度與GPS相當；短報文通信，一次可傳送多達120個漢字的信息；精密授時，精度達20 ns。

　　2 軟體設計

　　本系統軟體主要參照歐洲電信聯盟的GSM0707、GSM0705、GSM0338等規範和協議，結合標準的AT指令集設計編輯而成，並且通過RS-232串口收發來實現MCU與GSM模塊、CPS模塊和北鬥雙星導航定位終端的雙向通信。經過大量試驗，該軟體在系統上運行穩定，其通用性和移植性都很好。系統軟體設計流程圖見圖2。

 

　　主要流程及相關程序敘述如下：

　　a) 首先初始化MCU使其進入正常的工作方式，程序通過MCU的UART接口控制GSM模塊，串口的初始化函數為serial-init()，分別對MCU和GSM模塊、北鬥雙星導航定位終端、GPS模塊以及PC機的外部顯示處理接口進行了詳細的定義和說明。同時，對相應的傳感器和控制引腳的輸入或輸出方式進行了正確的設置。

　　b) 為了正確建立MCU和GSM模塊之間的通信，檢測串口通信速率，在合理設置MCU後，由單片機發出ATE檢測信號，若通信建立不正確，則繼續檢測，等待GSM回應OK確定通信正常建立。

　　c) 為使GSM模塊能在符合用戶要求的條件下工作，需對其進行初始化，包括關閉振動和鈴聲、設置簡訊內存、模式、提示方式等。

 
　　d) 進入工作模式，包括兩方面工作內容：

　　一是檢測各個傳感器，先檢測報警級別高的傳感器，若有報警信號送來，則有MCU控制編輯和發送手機簡訊(或者打電話)通知用戶；

 

　　二是檢測是否有新簡訊或來電，有則讀回並解碼執行用戶通過簡訊發來的命令或核實用戶來電後控制GSM模塊自動應答。由於從串口讀取大量數據時不免存在誤碼，為防止執行錯誤命令，MCU將連續重複讀取同一條簡訊兩次，兩次相同時才執行簡訊中的命令，否則重新讀此簡訊。

 

　　3 系統功能和性能

　　a) 用戶密碼設置：用戶可編輯簡訊"更改密碼****"到GSM模塊，在用戶接到簡訊回饋"執行成功"或"執行失敗"後即可獲知更改密碼的執行情況。

　　b) 更改用戶：用戶可通過編輯簡訊"更改用戶****"(後4位為設定的密碼)，在用戶接到簡訊回饋時可判定結果。

　　c) 簡訊報警：當車輛安全受到外界威脅時，車載傳感器收集信息後將信息交由MCU判定威脅級別後，發出指令控制GSM模塊編輯手機簡訊如"車門開"、"車被盜"等在第一時間通知用戶。

　　d) MMS圖像監控：當用戶收到車輛安全情況受到威脅時，可編輯簡訊"拍照"給車載電話，MCU收到命令後控制GSM模塊拍照並在第一時間通過GPRS網絡發送給用戶，方便用戶了解車輛安全具體情況。

　　e) 遠程監聽和喊話示警：當用戶接收到報警簡訊後可以直接撥打車載電話，系統將自動接通電話方便用戶進行監聽，或經由系統自帶的功放和揚聲器進行擴音喊話示警。

　　f) 遠程制動：當用戶接收到簡訊或通過電話監聽發現車輛受到威脅時，可以編輯簡訊"熄火"到車載電話，系統將會自動切斷油路，使汽車停止行駛。

　　g) 遠程遙控暖車：用戶可編輯手機簡訊"暖車"到GSM模塊，MCU將控制現有繼電器提前進行暖車。

　　h) 北鬥雙星導航定位：快速定位；短報文通信；精密授時。

　　i) 區域通信和報警：當某輛汽車的本系統監測到險情後，可利用北鬥雙星的簡短通信功能給鄰近的系統發送報警信息，共同提高安全防護級別，防止險情擴散。

　　j) GPS與北鬥雙模定位：系統留有GPS模塊的外部接口，可利用GPS結合和北鬥雙星的定位數據進行差分比較以獲得更加精確的導航和定位信息。

　　k) 隨著GIS(地理信息系統)的不斷發展，系統信息處理能力將會得到不斷提高，可以實現更加高效的實時導航定位和跟蹤尋跡。

　　4 結束語

　　本設計是集傳統車載式防盜報警單元、北鬥雙星導航定位終端、GPS模塊、GSM／GPRS網路和GIS於一體的新型高科技監控報警和導航定位產品。系統在功能、實用性、可靠性及易用性等多方面均符合廣大用戶的迫切需求。同時，隨著我國私人汽車需求量的迅速增大和經濟的快速發展，這一系統的市場前景非常廣闊，市場潛力非常巨大! 

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