基于ARM平臺的智能防盜車載終端設(shè)計

1、分類號 密 級 udc 學(xué)校代碼 學(xué) 位 論 文題 目 基于arm平臺的智能防盜車載終端設(shè)計 英 文 the terminal design of anti-theft car alarm題 目 system based on the arm platform 2010年11月獨 創(chuàng) 性 聲 明本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。 簽

2、 名： 日 期： 學(xué)位論文使用授權(quán)書本人完全了解有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)可以將本學(xué)位論文的全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時授權(quán)經(jīng)認(rèn)可的國家有關(guān)機構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會公眾提供信息服務(wù)。（保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）研究生（簽名）： 導(dǎo)師（簽名）： 日期摘 要隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步、人民生活水平的提高，汽車己成為人們生活和生產(chǎn)不可或缺的工具。特別是近幾年來我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，但是汽車搶劫盜劫案件顯著增加，給駕駛

3、員人身安全和財產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅?，F(xiàn)今應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)防盜系統(tǒng)gps衛(wèi)星監(jiān)控系統(tǒng)，雖然可以對車輛進行24小時不間斷、高精度的監(jiān)控，可是車輛享受網(wǎng)絡(luò)防盜系統(tǒng)服務(wù)必須自付近萬元的設(shè)備購買費和每月不菲的系統(tǒng)服務(wù)費，而且在某種程度上容易暴露個人去向的隱私，因此，開發(fā)一種廉價且能實現(xiàn)遠程監(jiān)控的防盜系統(tǒng)是汽車防盜系統(tǒng)的發(fā)展方向。本次設(shè)計開發(fā)的是基于arm微處理器、gps全球定位技術(shù)和gsm無線通信技術(shù)的新型車載系統(tǒng)，用于監(jiān)控車輛的內(nèi)部環(huán)境，采集衛(wèi)星信號與報警開關(guān)信號，當(dāng)駕駛員長按下報警開關(guān)時，通過sms/gprs將當(dāng)前的位置信息和報警狀態(tài)上報到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)終端在電子地圖上指示車輛位置和報警狀態(tài)。

4、經(jīng)過兩個多月的學(xué)習(xí)與研究，主要解決了軟件設(shè)計部分，并完成了模擬測試。具體來說，本課題主要做了以下工作：(1)學(xué)習(xí)了arm平臺，gps及gsm技術(shù)的應(yīng)用。(2)研究了硬件電路設(shè)計思路。(3)學(xué)習(xí)了本次設(shè)計中涉及到的相關(guān)協(xié)議。(4)在完成各個模塊的軟件設(shè)計的基礎(chǔ)上，最后完成整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計。軟件設(shè)計是本次設(shè)計的重點，所以占用了大部分的時間。經(jīng)過實際的調(diào)試應(yīng)用，本系統(tǒng)達到了較好的效果；其運行穩(wěn)定，定位準(zhǔn)確，并且在模擬偷盜車輛的情況下可以做到及時通過短消息報警，達到了設(shè)計要求。相信這種車載系統(tǒng)在日常生活中既可以方便車主駕駛，又能給予汽車強有力的保護，應(yīng)用前景十分廣闊。關(guān)鍵詞：arm，gps，gsm，

5、車載防盜 abstractwith economic development, social progress and the improvement of living standards, the car has become an integral part of peoples lives and production tools. especially in recent years chinas auto industry is developing rapidly, but the car robbery cases increased significantly in band

6、itry, to the personal safety and property of the driver poses a serious threat. the current application of the most extensive network security systems - gps satellite monitoring system, although the vehicles can be 24 hours a day, high-precision control, but the enjoyment of vehicle anti-theft syste

7、m network services must pay nearly 10,000 yuan to purchase the equipment and monthly fees do not philippine system services, and to some extent exposed to the whereabouts of personal privacy, therefore, to develop a cheap and can achieve remote monitoring of anti-theft car alarm system is the direct

8、ion of development. the design is based on the development of the arm microprocessor, gps global positioning technology and gsm wireless communications technology the new vehicle system to monitor vehicles in the internal environment, acquisition of satellite signals and alarm signal switch, press t

9、he alarm when the driver-switch , through the sms / gprs will be the current location information and state police reported to the monitoring center, from the centre for monitoring data terminals in the electronic map and location of vehicles on the instructions of the police state. after more than

10、two months of study and research, to solve the major part of software design, and completed simulation tests. specifically, the main issues to do the following work:(1) study the arm platform, gps and gsm technology applications. (2) study the hardware design ideas. (3) study this study involves the

11、 design of the relevant agreement. (4) upon completion of each module of the software design on the basis of the final completion of the whole system software design. software design is the focus of this development, occupying most of the time. after commissioning the actual application of the syste

12、m to achieve good results; their stable operation, positioning accuracy and stealing vehicles in a simulated situation can be achieved through the short message alarm in time, meet the design requirements. believe that this automotive systems in daily life can facilitate the owners driving, but also

13、 a powerful vehicle for the protection, and very broad prospects for application.key words: arm, gps, gsm, vehicle anti-theft目 錄第1章 緒論11.1 課題研究的背景11.2 課題研究的目的及意義11.3 課題研究的開發(fā)平臺及相關(guān)技術(shù)21.3.1 arm開發(fā)平臺21.3.2 gps全球定位系統(tǒng)31.3.3 gsm全球移動通信41.4 課題研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)體系安排4第2章 硬件電路設(shè)計62.1 電路方框圖設(shè)計62.1.1 設(shè)備總體框圖62.1.2 電源模塊72.1.3

14、 cpu模塊72.1.4 串口通訊模塊92.1.5 gps模塊92.1.6 gsm模塊92.2 電路具體實現(xiàn)設(shè)計92.2.1 電源控制模塊92.2.2 cpu模塊122.2.3 串口通訊模塊142.2.4 gps模塊152.2.5 gsm模塊16第3章 相關(guān)協(xié)議簡介173.1 at指令173.2 nmea協(xié)議183.3 中心與車臺的通訊協(xié)議19第4章 軟件設(shè)計224.1 bootloader啟動過程介紹224.1.1 復(fù)位中斷向量設(shè)置224.1.2 硬件初始化和堆棧設(shè)置234.1.3 irq中斷向量表的初始化234.1.4 主程序的拷貝234.2 主程序244.3 串口通信程序254.3.1

15、串口初始化254.3.2 串口中斷處理264.3.3 串口數(shù)據(jù)的發(fā)送264.3.4 串口數(shù)據(jù)的接收274.4 timetask 模塊274.4.1 定時器的初始化284.4.2 創(chuàng)建軟件定時器304.4.3 開啟軟件定時器314.4.4 關(guān)閉軟件定時器324.5環(huán)形緩沖區(qū)程序設(shè)計324.5.1 初始化環(huán)形緩沖區(qū)324.5.2 寫環(huán)形緩沖區(qū)334.5.3 讀環(huán)形緩沖區(qū)334.6 gsm 模塊344.6.1 gsm模塊初始化344.6.2 短消息配置354.7 gps模塊364.7.1 gps模塊初始化364.7.2 gps數(shù)據(jù)接收處理364.7.3 提取gps各個字段364.7.4 組幀384.

16、8 app應(yīng)用模塊（報警模塊）設(shè)計39第5章 系統(tǒng)調(diào)試過程及結(jié)果415.1 boot 引導(dǎo)程序415.2 gsm模塊415.3 gps模塊425.4 報警模塊435.5 綜合測試43結(jié) 論44致 謝45參考文獻46第1章 緒論1.1 課題研究的背景隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，道路交通等基礎(chǔ)設(shè)施不斷得到完善，機動車輛日益增多。這為全國范圍的人、財、物的大量流動，提供了必要條件，反過來，更促進了經(jīng)濟的快速增長。與此同時，人、財、物的大量流動使得社會治安出現(xiàn)了許多新情況、新變化。犯罪分子使用車輛作案和針對車輛的犯罪增加，犯罪分子作案快，逃離現(xiàn)場快，藏匿也很快。人們對這種犯罪的防范比較困難，事發(fā)后的偵破也

17、不容易。另外，出租車公司、貨運公司、公交公司、公安110,急救中心、消防等單位對各自車輛具有強烈的調(diào)度監(jiān)管需求。在這種情況下，傳統(tǒng)的預(yù)先安排調(diào)度或車輛運行途中通過無線通話傳遞信息來管理車輛的方式，已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在的新情況。這就對機動車反劫、防盜、報警以及監(jiān)控提出了新的、更高的要求，希望有更新的技術(shù)應(yīng)用于車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，為車輛的運行和管理提供更完善的服務(wù)，保障各行業(yè)對車輛的正常使用。車輛動態(tài)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)(vdmds)是智能運輸系統(tǒng)(its)的重要組成部分，也是目前我國交通運輸管理領(lǐng)域需求最為迫切，極具市場潛力和經(jīng)濟效益的應(yīng)用項目之一。 車載防盜系統(tǒng)1是一種集全球衛(wèi)星定位技術(shù)(gps)、地理信息技

18、術(shù)(gis)和現(xiàn)代通訊技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng)。它將移動目標(biāo)的位置信息(經(jīng)度、緯度)、時間、狀態(tài)等和車載其他相關(guān)設(shè)備獲得的信息，實時地通過無線通信鏈路傳送至監(jiān)控中心，在具有地理信息查詢功能的電子地圖上進行移動目標(biāo)運動軌跡的顯示，并對目標(biāo)的位置、速度、運動方向、車輛狀態(tài)等參數(shù)進行監(jiān)控和查詢，為車輛監(jiān)控、調(diào)度、管理提供可視化依據(jù)。系統(tǒng)監(jiān)控中心也可以利用無線通信對各移動車輛發(fā)送各種預(yù)設(shè)指令，對車輛進行控制、調(diào)度、指揮，這樣就實現(xiàn)了對移動車輛的監(jiān)控管理。1.2 課題研究的目的及意義本系統(tǒng)主要設(shè)計目標(biāo)是為交通、公安等部門提供性能可靠、安全適用、系統(tǒng)規(guī)?？蓴U展性強的車輛監(jiān)控系統(tǒng)。也可建立公共監(jiān)控中心，為廣大

19、的私人用戶提供私車反劫、防盜、定位、以及道路查詢等服務(wù)。近幾年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，車輛數(shù)目飛速增加，隨之而來的是城市中交通擁擠現(xiàn)象嚴(yán)重，因而迫切需要采取措施抑制因交通阻塞所帶來的經(jīng)濟損失，而僅靠建造更多更寬的高速公路來滿足這一需求是不夠的，還需要對交通實施智能化的管理，車輛監(jiān)控系統(tǒng)能有效地提供這種手段;同時車輛數(shù)目的劇增也帶來了對車輛防盜措施的迫切需要，車輛監(jiān)控系統(tǒng)可以對系統(tǒng)管理范圍內(nèi)的車輛進行實時跟蹤，從而提高公安偵破的效率;我國公安系統(tǒng)逐步在全國范圍內(nèi)實施了巡警制度，以便更好地維護社會治安、方便人民生活，車輛監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助公安機關(guān)的指揮調(diào)度中心及時了解巡邏車的分布狀況，有效地調(diào)配

20、警力;此外，車輛監(jiān)控系統(tǒng)還可以用于銀行運鈔車跟蹤、醫(yī)療救護、野外作業(yè)、油田煤礦車輛調(diào)度等諸多方面。1.3 課題研究的開發(fā)平臺及相關(guān)技術(shù)本論文設(shè)計的是一款基于arm開發(fā)平臺的車載防盜系統(tǒng)，它是一項集gps、gsm于一體的高科技系統(tǒng)。1.3.1 arm開發(fā)平臺arm2 (advanced risc machines),既可認(rèn)為是一個公司的名字，也可認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1991年arm公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。目前，采用arm技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)ip核的微處理器，即通常所說的arm微處理器，己遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)、

21、軍用系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于arm技術(shù)的微處理器應(yīng)用占據(jù)了32位risc微處理器70%以上的市場份額，arm技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。arm公司是專門從事基干risc技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可，由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片。世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從arm公司購買其arm微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的arm微處理器芯片進人市場。arm微處理器具有以下特點3:(1)處理速度快:arm是risc結(jié)構(gòu)的處理器。而且arm內(nèi)部集成了多級流水線.大大增加了處理速度。(2)超低功耗:各種檔次的arm的功

22、耗都是同檔次其他嵌入式處理器中較低的。(3)價格低廉:在各種嵌人式處理中，arm的價格適中，而且使用量大，比較容易購買。(4)應(yīng)用前景廣泛:arm的使用最廣，同時應(yīng)用前景廣闊，開發(fā)資源豐富，有利于縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。在無線通訊領(lǐng)域，目前已有85%的無線通訊設(shè)備采用了arm技術(shù)。 本次設(shè)計采用的是arm開發(fā)平臺，arm7是低功耗的32位核，最適合應(yīng)用于對價位和功耗敏感的產(chǎn)品。arm7tdmi處理器是arm7處理器系列成員之一，是目前應(yīng)用最廣32位高性能嵌入式risc處理器。1.3.2 gps全球定位系統(tǒng)gps4是由24顆美國國防部發(fā)射的導(dǎo)航衛(wèi)星組成的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，這24顆衛(wèi)星分布在高度為2萬公

23、里的6個軌道上繞地球飛行。每條軌道上擁有4顆衛(wèi)星，在地球上任何一點，任何時刻都可以同時接受到來自4顆以上gps衛(wèi)星信號。gps接收機通過對這些衛(wèi)星進行觀測來進行定位?？蓽?zhǔn)確推算出接收機天線(可以是地面或天上任何位置)的經(jīng)緯度、大地高度、運動速度等數(shù)據(jù)。gps衛(wèi)星星座是由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成gps衛(wèi)星星座，記作(21+3)顆gps星座。衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各個軌道平面之間相距60度，即軌道的升交點赤經(jīng)各相差60度。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30度.在兩萬公里高空的gps衛(wèi)星，當(dāng)?shù)?/p>

24、球?qū)阈莵碚f自轉(zhuǎn)一周時，它們繞地球運行一周，即繞地球一周的時間為12恒星時。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆gps衛(wèi)星。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到4顆， 最多可見到11顆。在用gps信號導(dǎo)航定位時，必須觀測4顆gps衛(wèi)星，以結(jié)算監(jiān)測站的三維坐標(biāo)，從而實現(xiàn)定位。gps的星座圖如1.1所示。圖1.1 gps星座圖1.3.3 gsm全球移動通信gsm5（global system for mobile communication）系統(tǒng)是目前基于時分多址技術(shù)的移動通信體制中最成熟完善、覆蓋面最廣、功能最強、用戶最多的移動通信系統(tǒng)。gsm網(wǎng)主要提供

25、語音、短消息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)。gsm移動通信系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）gsm網(wǎng)覆蓋面廣，目前已經(jīng)遍及我國大部分地區(qū)，包括鄉(xiāng)村和邊遠地區(qū)；（2）無需建網(wǎng)、維護；（3）gsm網(wǎng)可靠性高、誤碼率低；（4）使用短消息功能進行數(shù)據(jù)傳輸，費用比較低；（5）由于gsm技術(shù)使用廣泛，提供相應(yīng)通訊模塊的廠商較多，價格也比較合理。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，用gsm短消息業(yè)務(wù)來發(fā)送遠程監(jiān)控數(shù)據(jù)不需要建立撥號連接，只需把待發(fā)送的數(shù)據(jù)加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由短消息中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目標(biāo)。運用gsm短消息實現(xiàn)遠程監(jiān)控可靠性較高、信號傳播距離遠、覆蓋面廣、時效性強等優(yōu)點。因此，gsm短消息業(yè)務(wù)得到了廣泛的應(yīng)用。本實驗中對車輛的

26、控制信息都是通過gsm傳遞的。1.4 課題研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)體系安排本論文設(shè)計的是一款以arm7為控制芯片的車載終端，監(jiān)控車輛的內(nèi)部環(huán)境，采集衛(wèi)星信號與報警開關(guān)信號，當(dāng)駕駛員長按下報警開關(guān)時，通過sms/gprs將當(dāng)前的位置信息和報警狀態(tài)上報到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)終端在電子地圖上指示車輛位置和報警狀態(tài)，然后做出響應(yīng)，如實現(xiàn)對車輛內(nèi)部的監(jiān)聽、對車輛斷油斷電等功能。如圖1.2所示。圖1.2 車載防盜終端的原理圖本論文提出了基于arm平臺的gsm, gps與gis相結(jié)合的移動目標(biāo)監(jiān)控方案，論述了gps基本原理及組成、gsm的相關(guān)業(yè)務(wù)，并提出了車載單元的具體實現(xiàn)方案，給出了部分的電路設(shè)計和詳細(xì)

27、的軟件設(shè)計。通過模擬實驗，系統(tǒng)實現(xiàn)了中心與車臺的之間信息的交互。第2章 硬件電路設(shè)計本論文設(shè)計的車載防盜終端是一款集gsm移動手機和gps全球衛(wèi)星定位功能于一身的設(shè)備。它內(nèi)含gsm和gps兩大模塊，通過 gsm數(shù)字移動電話網(wǎng)和全球衛(wèi)星定位技術(shù)來實現(xiàn)對車輛的適時跟蹤。除此之外，它還具備手動報警的功能。2.1 電路方框圖設(shè)計2.1.1 設(shè)備總體框圖車載防盜終端整機的工作原理介紹如下：車載防盜終端主板6總體上分為電源模塊、cpu模塊、gps&gsm模塊和接口模塊四個主要模塊。各個模塊之間的關(guān)系如圖2.1所示。電源模塊cpu模塊輸入輸出信號接口模塊gps&gsm模塊手柄圖2.1 車載防盜終端硬件原理框

28、圖在以上的原理框圖中，電源模塊是用來給整個車臺的主板供電的；gps&gsm模塊是用來實現(xiàn)定位和gsm移動手機功能的；cpu模塊則是整個車載系統(tǒng)的核心，所起的作用就像大腦在人體中的作用一樣，用來對整個車載系統(tǒng)的信息進行調(diào)度和處理；接口模塊則是車臺系統(tǒng)與外部設(shè)備進行通信的通道，通過它，車臺可以與手柄或調(diào)度終端等設(shè)備進行通信。當(dāng)然，車臺的供電也是外部的供電設(shè)備通過接口部分提供的。2.1.2 電源模塊電源模塊的主要作用是為整個車載系統(tǒng)提供供電電壓。這其中包括為cpu等器件提供3.3v的供電電壓、為gsm模塊提供4.2v的供電電壓以及為手柄或調(diào)度終端等設(shè)備提供5v供電電壓等。圖2.2所示為電源模塊的硬件

29、原理框圖。手柄或調(diào)度終端等設(shè)備5v轉(zhuǎn)換電路濾波及保護電路輸入電壓4.2輸出5v輸出cpu模塊、gps模塊等3.3v輸出gsm模塊 圖2.2 電源模塊原理框圖 在上圖中，輸入電壓的范圍是936v，它通過一系列保護及濾波等電路，輸入到5v轉(zhuǎn)換電路的輸入端，經(jīng)過5v轉(zhuǎn)換電路后就可以得到5v的供電電壓。得到的5v電壓就可以直接或經(jīng)過轉(zhuǎn)換后提供給系統(tǒng)的其他部分供電。其中，使用5v電壓供電的設(shè)備和芯片主要有手柄或調(diào)度終端、232轉(zhuǎn)換芯片等。由于cpu模塊、gps模塊等一些模塊的工作電壓為3.3v，所以，它們的供電是5v電壓通過一個3.3v轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換出來的。當(dāng)然，還需要將5v電壓轉(zhuǎn)換為4.2v來給gsm模

30、塊供電。2.1.3 cpu模塊cpu模塊主要由cpu系統(tǒng)和外部復(fù)位系統(tǒng)兩部分組成。其中，cpu系統(tǒng)主要包括cpu及其外圍電路、存儲器等；而外部復(fù)位系統(tǒng)主要是由一個外部看門狗芯片組成，它的主要作用是在系統(tǒng)上電時為cpu提供復(fù)位信號以及在cpu程序執(zhí)行出現(xiàn)異常時復(fù)位cpu等。圖2.3所示為cpu模塊的原理框圖?？撮T狗flashcpusram圖2.3 cpu模塊原理框圖 現(xiàn)在將各個部分芯片的功能和特性介紹如下：(1) cpu部分cpu采用at91m40800芯片，它是atmel公司生產(chǎn)的一款基于arm7內(nèi)核的處理芯片。它包含一個16/32-bit risc處理器（arm7tdmi）、8k sram、

31、2個異步串口、3個計數(shù)器、最大32個可編程i/o口、中斷控制器等資源，同時還支持jtag調(diào)試。(2) 存儲器部分存儲器部分主要由一片flash和一片sram組成。在車載終端中，flash使用的是sst公司的sst39vf1601芯片。它是一款存儲容量為16mbit高性價比的存儲芯片，不但具備和sst39vf160一樣的存儲容量，還包含一個#ret腳和一個#wp腳。前者用于復(fù)位flash以防止一些誤操作；后者則用來保護低32k字塊區(qū)域。如果將#wp腳拉低，cpu就無法對它所保護的區(qū)域進行寫和擦除操作。sram使用的是issi公司的is61lv25616芯片。它的容量為4mbit，支持8位和16位

32、兩種訪問方式，且最小讀取周期為10n秒。(3) 看門狗部分看門狗模塊采用的是asm706resa芯片，它可以在剛上電時輸出一個低電平復(fù)位信號。在車臺中，我們就是利用這個復(fù)位信號來對系統(tǒng)進行上電復(fù)位的。當(dāng)然，由于該芯片內(nèi)部還包含一個運放比較電路。所以，我們還利用這個運放電路來對cpu的供電電壓進行控制。具體的做法就是，將5v的電壓vcc經(jīng)過電阻分壓后輸入到這個運放電路的一個比較端，適當(dāng)選取分壓電阻的值就可以實現(xiàn)當(dāng)vcc低于4v時，就通過看門狗切斷cpu的供電電壓。這樣，在電壓不足時就可以防止cpu的一些誤操作?？撮T狗電路的主要作用是監(jiān)控系統(tǒng)程序的穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)運行出現(xiàn)異常情況，無法給看門狗及時喂

33、狗時，將造成看門狗的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)溢出。此時，看門狗就會送出一個復(fù)位信號來復(fù)位cpu。2.1.4 串口通訊模塊串口通訊模塊的主要功能是實現(xiàn)車臺與外部設(shè)備進行通信，主要包括：車臺與手柄或調(diào)度終端進行通信、車臺對外部設(shè)備進行控制和讀取外部設(shè)備狀態(tài)等。2.1.5 gps模塊在車臺中，gps模塊采用的是lea-4a 模塊7。gps模塊的主要作用就是用于定位，對它的要求就是定位精度高、初次定位時間短以及搜索衛(wèi)星信號強等。gps 模塊通過串行口向主控制器發(fā)送定位坐標(biāo)，主控制器也可以向gps 模塊發(fā)送設(shè)置命令以控制gps 模塊的狀態(tài)和工作方式。gps 模塊需要配備專門的gps 天線接收gps 衛(wèi)星信號，一般

34、在比較開闊的地區(qū)需接收到三顆以上的gps 衛(wèi)星信號才能進行準(zhǔn)確定位。在車載gps 智能終端系統(tǒng)中把天線放置在車頂可以有比較好的定位效果。2.1.6 gsm模塊使用gsm模塊可以方便地利用gsm網(wǎng)進行通訊8。它同主控制器以串行口的方式連接，并采用一定的波特率進行通信。主控制器可以通過at命令控制gsm模塊使其發(fā)送短消息。在車載終端中，gsm模塊采用benq m23a模塊，它具有g(shù)prs功能。gsm模塊的主要功能是用于接聽和撥打電話、收發(fā)中英文短信息等。車載端與監(jiān)控中心之間的通信是通過車載端的gsm模塊來實現(xiàn)的，在車輛監(jiān)控系統(tǒng)中是采用gsm移動通信系統(tǒng)的短消息業(yè)務(wù)來進行通信的。2.2 電路具體實現(xiàn)

35、設(shè)計2.2.1 電源控制模塊電源控制模塊為車臺的各個部分提供工作電源，包括3.3v、4.2v和5v。其中的5v電源是由外部供電設(shè)備提供的電源通過5v轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換而來的；而3.3v和4.2v電源則是在5v電源的基礎(chǔ)上通過再轉(zhuǎn)換而得到的。整個電源模塊主要可以分為以下幾個部分：(1)電源轉(zhuǎn)換：外部供電電壓5v 這部分電路的核心是一個電源轉(zhuǎn)換芯片（lm2576-5v）。它的作用就是將外部供電設(shè)備提供的輸入電壓轉(zhuǎn)換為5v電壓。該芯片支持支持940v的輸入電壓，所以，我們車臺的供電范圍也可以達到940v。具體的做法是：先讓外部電壓通過磁珠、二極管、浪涌抑制器和自恢復(fù)保險絲等器件，然后再將它送到lm2576

36、的輸入端。由于以上這些器件具有一定的抗干擾和濾波作用，所以，就可以保證輸入到lm2576輸入端的電壓是相對較干凈的，從而我們車臺上的其他電壓也就較干凈了。當(dāng)然，以上提到的二極管的主要作用還是用來防止對車臺進行反向供電。圖2.4即為該部分轉(zhuǎn)換電路。 圖2.4 電源轉(zhuǎn)換12v5v控制電路(2) 電源轉(zhuǎn)換：5v3.3v在車臺上，總共有三種類型的3.3v電壓，它們分別是dvcc、avcc和gps_vcc。其中，dvcc用來給cpu、flash、sram等器件供電；avcc用來給看門狗芯片asm706resa供電；而gps_vcc則是用來給gps模塊供電的。在車臺中，它們都是將5v電壓通過電源轉(zhuǎn)換芯片m

37、ic5205轉(zhuǎn)換而來的。如圖2.5、2.6、2.7所示，其中g(shù)ps_vcc還可以由cpu通過gpssave腳來控制通或斷。圖2.5 電源轉(zhuǎn)換5v3.3v dvcc電路 圖2.6 電源轉(zhuǎn)換5v3.3v avcc電路 圖2.7 電源轉(zhuǎn)換5v3.3v gps_vcc電路(3) 電源轉(zhuǎn)換5v4.2v在車臺中，4.2v電源gsm_vcc是給gsm模塊供電的。具體做法是，將5v的電壓通過一個分壓二極管1n5408后,就可以得到4.2v左右的電源，從而就可以給gsm模塊供電了。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中，我們并不是將這個4.2v直接提供給gsm模塊。而是通過一個由三極管和mos器件組成的開關(guān)電路來控制這個電壓是否給

38、gsm模塊供電，如圖2.8所示。其中g(shù)sm_on/0ff就是cpu用來控制gsm模塊電源的。 圖2.8 電源轉(zhuǎn)換5v4.2v gsm_vcc電路（4）備用電源在車臺中，除了主電源外，還包含一個備用電源電路。在車臺正常工作的情況下，車臺由主電源供電，同時還由主電源給備用電源充電。如果由于某種原因主電源不能給車臺供電時，車臺將啟用備用電源供電。備用電源電路如圖2.9所示。 圖2.9 備用電源電路圖2.2.2 cpu模塊上面已經(jīng)提到，cpu模塊主要由cpu系統(tǒng)和外部復(fù)位系統(tǒng)兩部分電路組成9。其中的cpu系統(tǒng)主要包括cpu、flash和sarm等芯片組成；而外部復(fù)位系統(tǒng)主要有芯片asm706resa組

39、成。cpu系統(tǒng)是整個車臺的神經(jīng)中樞，它與車臺的各個模塊都有著緊密的聯(lián)系。而外部復(fù)位系統(tǒng)則又是cpu系統(tǒng)正常工作必不可少的條件之一。如圖2.10所示為cpu及其外圍電路，圖2.11為存儲器芯片電路，圖2.12為看門狗電路。 圖2.10 cpu及其外圍電路圖2.11 存儲器芯片電路圖2.12 看門狗電路2.2.3 串口通訊模塊上面已經(jīng)有提到過， cpu系統(tǒng)能提供兩個串口。其中一路串口用來跟gsm模塊通信，而另外一路則用來與手柄或調(diào)度終端通訊。當(dāng)然，用來與手柄或調(diào)度終端進行通訊的串口是需要經(jīng)過rs232轉(zhuǎn)換后才可以與之相通訊的。這種轉(zhuǎn)換采用的是sp202een轉(zhuǎn)換芯片。具體轉(zhuǎn)換電路如圖2.13所示。

40、圖2.13 串口轉(zhuǎn)換電路2.2.4 gps模塊gps模塊采用的是lea_4a芯片，該芯片具備天線短路和開路檢測功能，還可以通過usb口與cpu通信。圖2.14為gps模塊的具體電路。圖的下半部分為為了實現(xiàn)天線開路檢測功能而增加的外圍電路。圖2.14 gps模塊電路2.2.5 gsm模塊在車載終端中，gsm模塊采用的是benq m23a模塊10，該模塊具備gpsr功能。由于這個模塊具有多種版本，現(xiàn)在最高版本已經(jīng)達到了1.44。但是，由于1.42以上版本都還未經(jīng)過完整的測試，所以，我們在車臺中使用的是1.42版本的m23a模塊。要使這個模塊正常工作，必須在上電后給它提供一個復(fù)位信號。所以，在具體實

41、現(xiàn)中，我們是通過cpu的55腳（p4）來實現(xiàn)對它進行復(fù)位的。圖2.15所示為gsm模塊的具體實現(xiàn)電路圖。在圖中，我們可以看到，模塊的其中一路話音通道通過模擬開關(guān)后被分成了兩路。圖2.15 gsm模塊電路第3章 相關(guān)協(xié)議簡介gps數(shù)據(jù)、gsm移動通信系統(tǒng)及車臺與中心的通訊都必須遵循特定的協(xié)議格式。通過gps天線接收到的數(shù)據(jù)幀采用的是標(biāo)準(zhǔn)的nmea協(xié)議，串口與gsm模塊的通信采用的是標(biāo)準(zhǔn)的at指令，而要讓中心識別報警信息，則應(yīng)將數(shù)據(jù)按中心與車臺的通訊協(xié)議進行組幀。下面就簡單介紹一下在這個項目中涉及到的協(xié)議內(nèi)容。3.1 at指令at即attention11，at指令集是從終端設(shè)備(terminale

42、quipment，te)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備(dataterminalequipment，dte)向終端適配器(terminaladapter，ta)或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(datacircuitterminalequipment，dce)發(fā)送的。通過ta，te發(fā)送at指令來控制移動臺(mobilestation，ms)的功能，與gsm網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進行交互信息。用戶可以通過at指令進行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。at指令是以at作首，結(jié)束符在尾，at指令的響應(yīng)數(shù)據(jù)包在中。每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。如果at指令執(zhí)行成功，返回“ok”字符串；如果at指令語法錯誤或at指令執(zhí)行失敗，

43、則返回“error”字符串。其他的一些非預(yù)期的信息(如有人撥號進來、線路無信號等)，模塊將有對應(yīng)的一些信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理。本次設(shè)計使用的是短消息業(yè)務(wù)，text模式的短信息發(fā)送和接收比較簡單，如不需要傳送中文則最好采用text模式發(fā)送和接收短信息。下面是一些常用的at指令的功能：at$nosleep=1禁止移動終端進入睡眠狀態(tài) at$autocampon=0設(shè)置為手動搜網(wǎng) at+cfun=1設(shè)定電話開機 at+cops=1,2,46000選擇中國移動網(wǎng)絡(luò)作為服務(wù)商at+cmgf=1設(shè)置文本模式at+cnmi=1,2,0,0,0新信息指示at+csq=？查詢信號質(zhì)量at+creg？查詢

44、網(wǎng)絡(luò)注冊是否成功+cmt：接收到新短消息的提示這里重點介紹一下如何發(fā)送短消息。發(fā)送短消息的at指令是at+cmgs=“目的手機號”。從串口輸入這條指令并按回車鍵后會有個號出現(xiàn)，這時你可以輸入消息的內(nèi)容了。輸完后按ctrlz，信息就發(fā)出去了。如果短消息發(fā)送成功，則返回“ok”，并顯示信息號：+cmgs:,；如果短消息發(fā)送失敗，則返回如下信息號：+cmserror:。按esc可以取消發(fā)送。3.2 nmea協(xié)議 gps導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)信息12主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同， 幀頭也不相同，主要有“$gpgga”、“$gpgsa”、“$gpgsv”和“$gprmc”等。 這些幀頭標(biāo)識了后

45、續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)， 各幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識一幀的結(jié)束。 對于通常的情況，我們所關(guān)心的定位數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度、時間等均可以從“$gprmc”幀中獲取得到。因此，在本次設(shè)計中我們只解析gprmc數(shù)據(jù)幀。我們可接收到如下格式的定位數(shù)據(jù)：$gprmc,083559,a,4717.1143,n,00833.9152,e,0.004,077.5,091202,a*57$gprmc，,*其中：utc時間，hhmmss格式數(shù)據(jù)狀態(tài)，a有效，v無效緯度 格式ddmm.mmmm緯度方向 n或s經(jīng)度 格式dddmm.mmmm經(jīng)度方向 e或w速度 單位為海里/時方向 單位為度日期 格式 ddmmyy模

46、式校驗和為語句結(jié)束符號3.3 中心與車臺的通訊協(xié)議 中心與車臺的通訊協(xié)議是雅迅網(wǎng)絡(luò)股份有限公司內(nèi)部制定的協(xié)議13，在本次設(shè)計中我們只使用到報警協(xié)議。sms幀上行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)格式為。區(qū)域號版本號業(yè)務(wù)類型數(shù)據(jù)類型車臺手機號業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)校驗碼2 byte1 byte1 byte1 byte15byten byte1 byte其中區(qū)域號為6500h，版本號為30h，報警的業(yè)務(wù)類型為01h，數(shù)據(jù)類型為45h，車臺手機號轉(zhuǎn)化成十六進制為3133363136303131323730，由于手機號為11位，不足15byte,所以在后面應(yīng)加四個空格。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)為gps標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。檢驗碼為從區(qū)域號到校

47、驗碼前一字節(jié)的所有數(shù)據(jù)的帶進位累加和，累加完后將該字節(jié)最高位清零，如最終結(jié)果為0，則轉(zhuǎn)義為7fh。gps數(shù)據(jù)字段格式。gps數(shù)據(jù)類型參考日期gps數(shù)據(jù)gps數(shù)據(jù)校驗碼1 byte3 byten byte1 bytegps數(shù)據(jù)類型字節(jié)格式如下所示。01000ttt其中。數(shù)據(jù)類型編碼（ttt）類型說明010標(biāo)準(zhǔn)gps數(shù)據(jù)其它保留待定參考日期。字段長度字段描述year1年，從2000年計起month1月date1日備注：參考日期為首個gps數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)類型為壓縮方式）的當(dāng)時北京時間，而不是gps時間。標(biāo)準(zhǔn)gps數(shù)據(jù)。字段長度字段描述time3gps時間字段hhmmss對應(yīng)字節(jié)時（hb）分（mb）秒（

48、sb）hbit字節(jié)定義為：01a000gva：gps數(shù)據(jù)有效位，0有效；1無效g：經(jīng)度字段中度字節(jié)的最高位v：速度字段最高位latitude4緯度：字段ddcc.cccc對應(yīng)字節(jié)度（ad）整數(shù)分（ac1）小數(shù)分（ac2）小數(shù)分（ac3）longitude4經(jīng)度：字段dddcc.cccc對應(yīng)字節(jié)度（gd）整數(shù)分（gc1）小數(shù)分（gc2）小數(shù)分（gc3）vector1速度（單位：海里/小時）：字段vvv.v對應(yīng)字節(jié)速度（vb）direction1方向（單位：度）：字段ddd.d對應(yīng)字節(jié)方向（db）gps數(shù)據(jù)校驗碼。gps數(shù)據(jù)校驗碼類型描述標(biāo)準(zhǔn)/壓縮gps數(shù)據(jù)編碼前各點gps數(shù)據(jù)中緯度、經(jīng)度以及速度

49、字段所有字節(jié)累加和，以下為各個字段編碼前的數(shù)據(jù)格式（均為ascii碼）：緯度：ddcccccc經(jīng)度：dddcccccc速度：vvvv差分gps數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)處理后的各個字節(jié)的累加和備注：gps檢驗碼為1個字節(jié)，累加完后，先將結(jié)果字節(jié)的最高位清0，如校驗結(jié)果為0，則轉(zhuǎn)義為7fh。第4章 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計同硬件部分一樣，也是分塊進行的。各個任務(wù)的執(zhí)行是通過軟件定時器來分開的。具體包括以下部分的程序：boot程序、主程序、串口、軟件定時器、gps模塊、gsm模塊及應(yīng)用模塊等。4.1 bootloader啟動過程介紹bootloader 是系統(tǒng)上電/復(fù)位后14，內(nèi)核啟動程序之前執(zhí)行的一段程序，用以完成整

50、個系統(tǒng)的啟動加載任務(wù)。其功能主要是初始化cpu、內(nèi)存控制器、看門狗等硬件設(shè)備，然后配置存儲映射，建立系統(tǒng)的內(nèi)存空間映射圖，從而將系統(tǒng)軟硬件設(shè)置到合適狀態(tài)，最后將操作系統(tǒng)內(nèi)核解壓加載到ram中，并且跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)的起始代碼部分去執(zhí)行。如圖4.1所示。復(fù)位中斷硬件初始化堆棧設(shè)置主程序拷貝跳轉(zhuǎn)到主程序入口地址irq中斷向量表設(shè)置圖4.1 引導(dǎo)過程流程圖4.1.1 復(fù)位中斷向量設(shè)置 在arm體系中14，異常中斷向量分別是復(fù)位、未定義指令錯誤、軟件中斷、預(yù)取指令錯誤、fiq。在分配給每個異常中斷的4字節(jié)空間數(shù)據(jù)存取錯誤、保留的中斷向量、irq內(nèi)放入跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序處執(zhí)行。當(dāng)多個中斷發(fā)

51、生時，處理器根據(jù)中斷優(yōu)先級逐個處理。對于啟動過程，加電時觸發(fā)的是位于0x0地址的復(fù)位reset異常中斷。b resethandler語句可使cpu轉(zhuǎn)向引導(dǎo)程序。4.1.2 硬件初始化和堆棧設(shè)置引導(dǎo)程序15首先通過配置特殊控制器完成硬件初始化，包括關(guān)閉開門狗、屏蔽所有中斷，保證系統(tǒng)啟動過程不受任何異常中斷的影響。初始化pii完成cpu工作頻率的設(shè)置，通過設(shè)置bwscon等控制寄存器完成系統(tǒng)外接sdram的初始化。由于arm支持7種處理器模式16，引導(dǎo)階段要為每種模式建立堆棧，這個過程可通過初始化程序狀態(tài)寄存器cpsr和堆棧指針sp來完成。堆棧一般設(shè)置在sdram 的高段位置。4.1.3 irq中

52、斷向量表的初始化at91m40800芯片17有多個irq中斷源，利用icpr（中斷寄存器）、icmr（中斷屏蔽寄存器）、iclr（中斷級別設(shè)置寄存器）、icip（irq級別中斷員寄存器）等中斷控制寄存器識別各個中斷。在這些中斷發(fā)生時，都會觸發(fā)irq中斷，這樣在irq中斷服務(wù)程序中，需判斷各中斷，并跳到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。啟動階段，在sdram高端地址內(nèi)預(yù)留32*4字節(jié)的irq中斷向量表，根據(jù)偏移量，獲得各個irq中斷源在向量表內(nèi)的偏移地址，跳轉(zhuǎn)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。4.1.4 主程序的拷貝系統(tǒng)硬件正常工作后，則要將主程序的代碼拷貝至sdram18。在這一過程中，需注意：（1）sdram的起始地址；

53、（2）清空并保證sdram的內(nèi)準(zhǔn)備放主程序映像文件的存儲空間可訪問。（3）flash內(nèi)主程序的映像文件在flash中的起始和結(jié)束地址。主程序在sdram中的位置取決于編譯過程中設(shè)置的ro、rw段的起始地址；在flash中的位置則由映像文件燒寫時的地址決定。由于arm在統(tǒng)一的地址空間內(nèi)尋址存儲設(shè)備，所以對主程序的拷貝，可通過簡單的循環(huán)讀flash的語句來實現(xiàn)。4.1.5 跳入主程序 用一條bl main指令即可實現(xiàn)此功能4.2 主程序在主程序main.c 里面只有一個函數(shù)void main(void)19，即主程序入口地址。它的功能如下：首先初始化所有端口，然后初始化所有公共參數(shù)，接著初始化各個模塊，最后跳到死循環(huán)里面，具體的任務(wù)由定時器定時觸發(fā)，并調(diào)度各模塊執(zhí)行。我們將整個軟件程序分為5個模塊：timetask模塊、app模塊、gps模塊、gsm模塊和uart模塊。主程序的原理圖如圖4.2所示。 圖4.2 主程序原理圖各個模塊的功能和實現(xiàn)方法將在以下各個部分中詳細(xì)介紹。4.3 串口通信程序該模塊20用來負(fù)責(zé)各個串口的工作，每個串口的初始化、工作方式的選擇、串口的中斷處理、串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收等等。at91m40800的兩個串口是相互獨立的，我們應(yīng)分別對它們進行配置，單獨進