2010年第24卷第3期测试技术学报V o l.24　N o.3　2010 (总第81期)JOURNAL OF TEST AND M EASURE M ENT TECHNOLOG Y(Sum N o.81)
文章编号:167127449(2010)0320205206
多功能汽车GPR S防盗
报警系统的设计Ξ
刘晓杰，宋希庚，薛冬新
(大连理工大学内燃机研究所，辽宁大连116024)
摘　要:　利用现有移动网络的GPR S功能，设计了一种新型汽车防盗报警系统.该系统利用汽车现有的报
警系统采集报警信号，并通过CAN总线进行信息传输，有效地利用了汽车现有资源，并降低了系统成本,
通过移动无线网络将汽车图像信息以彩信的方式发送至用户手机，有效地提高了网络覆盖范围、提高了系
统的可靠性并降低了误报率.在汽车行驶过程中，系统通过C M O S摄像头实时拍摄汽车两侧及车后的景象
并显示在L CD屏幕上，从而起到后视系统的作用.该系统主要有5部分组成：中央控制模块、C M O S摄像模
块、L CD显示模块、GPR S模块以及CAN总线模块.本文主要介绍该系统的硬件组成及基于嵌入式L inux
操作系统的系统软件设计.
关键词:　汽车防盗报警;S3C2440A；嵌入式L inux;C M O S摄像模组;GPR S模块
中图分类号:　U463.85  文献标识码:A    do i:10.3969 j.issn.167127449.2010.03.004
D esign of M ulti-Function Autom obile GPRS
Thef t-Aga i n st and A larm System
L I U X iao jie,SON G X igeng,XU E Dongx in
(Institute of Internal Com busti on Engine,D alian U niversity of T echno logy,D alian116024,Ch ina)
Abstract:　A new k ind of au tom ob ile theft2again st and alar m system by u sing m ob ile netw o rk GPR S is in troduced.T he system em p loys the ex isting alar m system to get alar m info r m ati on by
comm un icating w ith CAN bu s,w h ich no t on ly m akes u se of resou rces effectively bu t also reduces the system co st.A nd the system sends au tom ob ile i m age to the u ser’s cell p hone th rough the m ob ile w ireless netw o rk,w h ich en larges the netw o rk covered area and i m p roves the reliab ility.B esides,the system can also act as a rearview system by u sing C M O S cam era.T he system con sists of five p arts:S3C2440A cen tral2con tro ller m odu le,C M O S cam era m odu le,L CD disp lay m odu le,GPR S m odu le and CAN bu s m odu le.T h is paper m ain ly in troduces the system hardw are configu rati on and softw are design based on em bedded L inux. Key words:au tom ob ile theft2again st and alar m;S3C2440A;em bedded linux;C M O S cam era m odu le;
GPR S m odu le
0　引　言
近年来由于人们生活水平的提高，汽车逐渐走进千家万户，与此同时汽车防盗报警系统的研究也越
Ξ收稿日期:2009211204
　作者简介：刘晓杰(19822)，男，硕士生，主要从事汽车嵌入式系统研究
通信作者：宋希庚(19462)，男，教授，博导，主要从事内燃机振动与噪声、故障诊断、CAD以及汽车
动力等研究
602测试技术学报2010年第3期
来越受到人们的青睐，并正在逐渐形成一个巨大的市场需求.
目前，汽车防盗系统按其结构可分为机械式、机电式、电子式和网络式4类[1].随着计算机网络和嵌入式技术的发展，汽车防盗系统也由传统的机械式、电子式防盗装置向智能程度更高的网络式防盗系统发展.传统的网络式防盗报警系统，由卫星监控中心的中央控制系统、车辆上的移动GPS、终端设备及GS M通信网络组成，该类系统具有实时远程监控、功能强大等显著的优点，但是价格昂贵、存在信号死角，且功能单一.
本文利用手机移动网络的GPR S功能，实现了低成本的网络式汽车防盗报警系统，有效地提高了网络的覆盖范围、降低信号死角，且该系统利用GPR S网络的小区定位功能可以用于被盗车辆的粗略定位，定位精度取决于小区的大小，通过内置C M O S摄像头拍摄下车内及周围环境可进一步为被盗车辆的定位提供依据.同时，当汽车在行驶过程中系统利用C M O S摄像头和L CD显示屏可起到后视系统的作用，使系统集汽车防盗功能和后视功能于一体，有效提高了系统的实用性.
1　系统结构
本系统的设计基于三星公司的S3C2440A嵌入式处理器和ar m2linux2.4.26操作系统.系统M CU (S3C2440A)根据指令或算法控制C M O S摄像模块拍摄下车内或车外实时图像，并显示在L CD显示屏上或者由软件对内存中的图像
数据进行压缩和打包通过GPR S
网络传送至车主手机上.
图1是多功能汽车GPR S
防盗报警系统的整体框架图.在
系统的设计开发过程中，作者采
用模块化的设计方法，以提高系
统的开发效率、降低开发成本,
同时利于系统的后续升级.系统
共由5大部分组成：中央控制模
块、C M O S摄像模块、GPR S模块、L CD显示模块以及CAN总线模块.
在系统的软件设计上，该系统采用基于嵌入式L inux操作系统(ar m2linux2.4.26)的模块化开发模式，利用L inux系统的开源特性降低软件开发的难度、缩短软件开发的周期，同时可以有效地提高系统的可靠性.
2　系统的设计与实现
多功能汽车GPR S防盗报警系统的工作流程如图2所示，系统通过优先级设定可以有效避免对原有防盗报警系统的干扰.该系统可分为两种工作模式：非防盗模式和防盗模式.
在非防盗模式下，系统启动位于车身后部的C M O S摄像头，通过实时拍摄车身周围环境并显示在L CD显示屏上，起到汽车后视系统的功能；在防盗模式下，系统发送信息的方式又可分为被动方式和主动方式.
被动发送方式是指车主通过发送手机短信指令强制系统发送汽车实时信息至控制手机，从而实现车主可以随时监控汽车的需求.
汽车gps防盗器主动发送方式是指在遇警情况下系统主动发送汽车实时信息至控制手机.处于防盗模式时，系统通过检测CAN模块通信来捕获遇警信息.当汽车遇有异常情况时，汽车现有的防盗传感器将感应信号并通过CAN
总线向汽车防盗报警系统发送相应信息.系统识别报警信息后，开启C M O S摄像模组拍摄车
内实时图像，然后透过GPR S 网络将图像及定位信息发送至车主手机，同时L CD 显示屏闪烁显示报警信息.车主通过手机接收到的图像以判断是否是误报警，并发送反馈短信至系统.系统根据收到的短信以确定是否为误报警，若为非误报警则系统向CAN 总线发送控制信息以切断汽车电源和输油管，从而避免整车被盗
.
2.1　中央控制模块
系统的中央控制模块采用S 3C 2440A 为M CU ，主要包含电源转换电路、时钟复位电路以及存储电路.
其中,S 3C 2440A 使用A RM 920T 内核，主频为400M H z ，除具有通用的串口控制器、U SB 控制器、
A  D 转换器和GP I O 等功能之外，还具有一个摄像头接口[2]，该接口是系统图像采集的核心部分
.而且,S 3C 2440A 价格便宜、
开发资料丰富，有效地降低了系统开发的难度和成本.该系统采用两种供电方式：利用车载蓄电池供电和自带纽扣电池供电.目前车载电源为12V  24V 系统，而42V 系统已经成为未来车载电源的发展趋势[3].因此，在进行电源设计时必须考虑兼容性和可扩展性.同时，系统可以使用自带的纽扣电池在断电的情况下确保系统时钟、车主手机号码和密码设定等信息不会丢失，从而提高系统的可靠性和安全性.
系统各模块所需供电电压为5V ,3.3V 和1.8V .因此系统与汽车供电电源之间采用二级降压的匹配连接方式.
考虑到车载电压的多样性，第一次降压采用集成电源管理芯片LM 2576HV 作为电压转换芯片.LM 2576系列是美国国家半导体
公司生产的3A 电流输出降压开
关型集成稳压电路，它内含固定
频率振荡器(52kH z )和基准稳压
器(1.23V )，并具有完善的保护
702(总第81期)多功能汽车GPR S 防盗报警系统的设计(刘晓杰等)
电路，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路.LM 2576HV 芯片最高输入电压范围为60V ，输出电压为3.3V ,5V ,12V ,15V 和ADJ (可调)等可选.第二次降压采用芯片T PS 73HD 318PW P ，其输入电压为5V 输出电压为3.3V 和1.8V ，最大输出电流为750mA .
2.2　C M O S 摄像模块
S 3C 2440A 的摄像头接口又叫CAM IP 接口，包括7个部分，分别为：模式混合、捕捉单元、预览缩放
、编解码缩放、预览DM A 、编解码DM A 和SFR .CAM IF 支持ITU 2R B T .601 6568b 模式，具有极性可编程同步信号[4].与传统的U SB 摄像头相比,C M O S 摄像头具有低廉的价格、实用的图像质量、高集成度和相对较少的功耗的优势.同时C M O S 摄像头体积小、占用空间少，因此不会影响汽车内的美观，而且不易被发现.
本系统采用OV 9650作为系统的C M O S 摄像头，该芯片具有1280×1024的像素阵列大小，高达130万像素.C M O S 摄像头通过串行SCCB 接口与S 3C 2440A 的I 2C 总线接口相连，其曝光时间、白平衡、增益、饱和度、伽马校正等参数均可通过对芯片内部寄存器的读写进行设置[5].其与S 3C 2440A 的硬件接口电路如图4所示.
C M O S 摄像头模块的驱动软件设计也采用M ODUL ES 的形式编写,
从而实现驱动的动态加载到L inux 内核中
.所有与C M O S 摄像头模块相关的数据定义与函数设计均包含在CAM m odu le .h
和CAM m odu le .c 两个文件中，主要的函数有CAM in it ()和CAM stop ().
其中，函数CAM in it ()主要实现模块的初始化功能，包括：使能OV 9650复位；初始化S 3C 2440A 的摄像头接口，配置相关的寄存器，配置U PLL 时钟频率及摄像头的输入时钟频率等；向L inux 系统申请注册中断，以便随时响应用户对摄像头设备文件的调用.
图4　OV 9650接口电路
F ig .4　C ircuit interface of OV 9650图5　L CD 接口电路F ig .5　C ircuit Interface of L CD
2.3　L CD 显示模块
S 3C 2440A 具有内置的L CD 控制器
.L CD 控制器可通过编程的方式选择支持不同的类型屏的要求，如行和列像素、数据总线宽度、时序和刷新频率等，其主要作用是将定位于系统存储器的现实缓冲区的
L CD 图像传送到外部L CD 驱动器
.硬件接口电路如图5所示.L CD 显示模块的软件设计主要为L CD 设备的驱动软件设计
.
在L inux 中L CD 显示屏为字符设备，把要显示的数据按字节传送的方式送往L CD 驱动器.在L CD 驱动设计的过程中主要的工作包括：指定
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帧缓冲区(F ram e B uffer )；驱动帧缓冲的实现；配置L CD 控制器.其中驱动帧缓冲的实现是整个驱动开发过程的重点.
2.4　GPR S 模块
为了降低多功能汽车GPR S 防盗报警系统的成本，该系统的设计采用GPR S 成品模块通过串口的方式与S 3C 2440A 进行通信.因此,GPR S 模块的设计主要为软件设计，从而降低了开发难度、缩短了开发时间以及有效降低系统成本.
通信串口UA R T 1设为中断模式.GPR S 模块的驱动软件设计主要包括:UA R T 1中断方式设定;
GPR S 模式初始化;GPR S 彩信收发
.其中,GPR S 收发彩信的功能主要通过GPR S Start ()函数实现，其具体实现如图6所示.
#include "UA R T 1.h "
#include "U ser .h "
#include "GPR S .h "
vo id GPR S Start (int userT elnum )
{
  int num =0;
  char 3p ic p t =getp ic ();          获取图像指针
  T arget Init ();　GPR S 初始化
  M ode Init ();
  num =1003getT i m er ();　
获取发送时间间隔，单位s  　w h ile (1)
  {
  　M odenD ia 1U p (userT e 1num ,p it p t );　
向用户发送图像  　O ST i m eD elay (num );    发送延时
  　p ic p t =getP ic ();
  　if (IfGetComm and ())　
若得到“反馈短信”停止发送
    break ;
  }
}
图6　GPR S 主程序
F ig .6　GPR S m ain functi on 2.5　CAN 总线接口模块
CAN 总线因其优异性能而在工业控制、
汽车电子、安防等方面得到广泛应用.由于系统CAN 总线模块与原车CAN 总线之间需要高速互联，因此系统采用D 2B (Dom estic D igital B u s )协议来实现两者间的通信.系统与原车CAN 总线系统的接口电路结构为:M CU (S 3C 2440A )+CAN 控制器(SJA 1000)+隔离CAN 收发器(CTM M odu le ).
SJA 1000是一个独立的CAN 控制器，在轿车内的电子模块、传感器、制动器的连接和通用工业应用等领域有着广泛的应用前景，特别是在系统优化、系统诊断和系统维护中有着重要的作用.SJA 1000与S 3C 2440A 的硬件连接电路如图7所示.CAN 模块软件设计主要包括：接收缓存操作;SJA 1000初始化.
接收缓存包括SJA 1000的接收缓存(硬件缓存)和内核接收缓存(软件设置缓存).对于硬件缓存，通过SJA 1000C M R 寄存器进行读写操作；对于内核接收内存，通过函数调用的方式进行读写操作，主要包括:in it rc buffer (),read rc buffer ()和w rite rc buffer ().
SJA 1000的初始化操作主要为对相关寄存器的设置.SJA 1000具有配置和运行两种工作模式，因此902(总第81期)多功能汽车GPR S 防盗报警系统的设计(刘晓杰等)