基于GPS定位的嵌入式汽车监控器设计

随着人们生活水平的提高，汽车逐渐进入了普通家庭，中国各大城市的汽车保有量逐年增加。同时,汽车被盗、被抢也成为一个较为严重的社会问题。虽然各类汽车防盗/报警器在汽车上的应用在一定程度上解决了汽车的安全问题，但随着盗贼手段的提高，大多的报警器容易迅速被破坏。汽车报警的方式多为灯光闪烁和喇叭鸣响，车主不一定能得到报警，周边的居民却被严重干扰。此外，盗贼破坏报警器，盗走汽车后，外观稍加改动，汽车就如石沉大海，无法追踪了。为了解决这些问题，本设计利用GPS监控的方式跟踪汽车位置，在被盗情况下可利用GSM短信模块随时向车主或公安部门发送汽车的GPS定位，加快破案速度。

图1 系统功能图

系统功能

本监控器不同于普通的汽车防盗器，并不提供被盗时声光报警和汽车电路切断等功能。它相当于一个具有报警功能的跟踪器，利用GPS定位来判断汽车是否被盗。在确定汽车被盗后，可利用GSM短信将汽车的位置信息随时发送给警方。这种监控器是一般汽车防盗器的补充，它不易被发现，短期内无法拆除，而且定位精度较高（10m左右）。

整个监控器的系统功能如图1所示。监控器安装在汽车的隐蔽处，平时利用汽车电瓶供电，在汽车电源被切断后，可自动改用电池独立供电，GPS接收天线位于汽车外部，有利于更好的接收信号。整个监控器工作的基本方式为，在汽车正常行驶的时候，监控器处于节电的休眠状态。当汽车停止，车主离开时，车主可利用手机发送短信给监控器，命令其处于监控状态。这时监控器的GPS接收功能开启，定时接收GPS定位卫星发送的位置、速度和高度等信息，同时将静止位置标志为安全位置。当窃贼破坏汽车的通用防盗系统，驾驶汽车离开时，GPS接收到的位置坐标发生变化，当速度、位置偏差大于设定的报警值时。监控器将自动发送报警信息到车主的手机，提示汽车被移动，可能被盗。当车主报警后，为配合警方查找被盗的汽车，车主可再次发送命令给监控器，打开定时短信发送功能，将当前的汽车坐标定时地发送到车主或报警中心，配合电子地图可以非常方便的查找到当前的汽车位置，可迅速破案。系统附带的SD卡可在报警后长时间的存储汽车变化的坐标等信息，作为破案的证据和查找窃贼同伙的线索。

系统硬件设计

为了实现监控功能，要求监控器具有GPS接收、GSM短信发送和大量数据存储功能，并有一定的多任务处理能力，成本低，体积小。监控器的硬件结构如图2所示。

图2 监控器硬件结构图

一款合适的主芯片将在系统中起到重要的作用，本监控器中选用了FS7821LQ嵌入式芯片。FS7821LQ集成了RISC结构的8051内核、USB 2.0控制器、收发器、NAND闪寸、SD以及CF接口控制器。利用这款芯片组成的嵌入式系统外接电路简单、功能强大、价格低廉，非常符合本设计的要求。

监控器的短信功能主要完成车主短信命令的接收和汽车GPS位置数据的发送，系统选用成熟的GSM-RTU短信模块完成。该模块内嵌GSM模块、16位低功耗MSP430单片机控制管理，具有遥测遥控的核心单元、1个可配置的标准串口（RS-232C）、标准天线和SIM卡接口。将购买的手机SIM卡插入短信模块，并完成系统（包括服务电话号码）设置后，将短信模块的串口和监控器的串口1（外加电平转换芯片，使之符合RS-232C电平标准）连接，就完成了短信模块的硬件安装。

GPS模块主要完成汽车GPS数据的接收，系统选用MG-30U/R-GPS模块，采用SiRF第二代高效能芯片（具有12条通道，最多时可收到12颗GPS卫星信号）进行比较解算，可选用速度、位置、海拔等相关数据，价格低廉，精度较高。该模块输出可选用RS-232C接口，利用系统主控芯片FS7821LQ的串口2和GPS模块连接。因为传输的数据量不大，利用串口传输数据可避免使用USB接口必须在系统上建立主USB口的麻烦。

图3为系统硬件的电路设计图，FS7821LQ具有完整的SD卡驱动及接口，系统直接利用128Mb的SD卡可与其连接。利用FS7821LQ芯片的通用I/O口PORT2_0～PORT2_3形成两个串口，加MAX232电平转换芯片后，分别连接GPS和GSM模块。FS7821LQ芯片包括了一个从USB接口的功能和硬件驱动，系统中预留为USB 2.0的接口，作为产品升级使用。此外，系统还预留了FS7821LQ的10个通用I/O口作为后续报警功能的控制端口。

图3 系统硬件电路设计图

系统软件设计

由于本监控器包括了多种较复杂的功能，同时具有如短信收发等突发的功能和GPS接收等定时任务，为了更好的完成任务的执行，在组成的嵌入式系统中，移植了礐/OS-II操作系统。礐/OS-II作为一个免费的源码开放的实时嵌入式操作系统，提供了多任务的切换能力和中断、UART的驱动等功能，完全可以满足本操作平台的要求。

礐/OS-II作为一个最基本的任务调度内核，只具备任务切换的能力，本监控器根据其功能可分为如表1所示的4个任务：主任务优先级最高（10）；短信收发任务优先级次高（12），主要包括接收短信功能（包括设置、开关监控器）、发送短信功能（报警时5s发送一次GPS坐标），这个任务的时间随机性较大，实时要求较高；GPS接收任务每5s接收一次GPS数据，并解析其坐标，判断是否报警；数据存储任务在报警后每60s存储一次GPS坐标（128Mb卡约可保存1个月的数据）。