基于GPS定位的嵌入式系統在汽車監控器設計中的應用
隨著人們生活水平的提高，汽車逐漸進入了普通家庭，中國各大城市的汽車保有量逐年增加。同時,汽車被盜、被搶也睿豐德一個較為嚴重的社會問題。雖然各類汽車防盜/報警器在汽車上的應用在一定程度上解決了汽車的安全問題，但隨著盜賊手段的提高，大多的報警器容易迅速被破壞。汽車報警的方式多為燈光閃爍和喇叭鳴響，車主不一定能得到報警，周邊的居民卻被嚴重干擾。此外，盜賊破壞報警器，盜走汽車后，外觀稍加改動，汽車就如石沉大海，無法追蹤了。為了解決這些問題，本設計利用GPS監控的方式跟蹤汽車位置，在被盜情況下可利用GSM短信模塊隨時向車主或公安部門發送汽車的GPS定位，加快破案速度。
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圖1 系統功能圖
系統功能
本監控器不同于普通的汽車防盜器，并不提供被盜時聲光報警和汽車電路切斷等功能。它相當于一個具有報警功能的跟蹤器，利用GPS定位來判斷汽車是否被盜。在確定汽車被盜后，可利用GSM短信將汽車的位置信息隨時發送給警方。這種監控器是一般汽車防盜器的補充，它不易被發現，短期內無法拆除，而且定位精度較高(10m左右)。
整個監控器的系統功能如圖1所示。監控器安裝在汽車的隱蔽處，平時利用汽車電瓶供電，在汽車電源被切斷后，可自動改用電池獨立供電，GPS接收天線位于汽車外部，有利于更好的接收信號。整個監控器工作的基本方式為，在汽車正常行駛的時候，監控器處于節電的休眠狀態。當汽車停止，車主離開時，車主可利用手機發送短信給監控器，命令其處于監控狀態。這時監控器的GPS接收功能開啟，定時接收GPS定位衛星發送的位置、速度和高度等信息，同時將靜止位置標志為安全位置。當竊賊破壞汽車的通用防盜系統，駕駛汽車離開時，GPS接收到的位置坐標發生變化，當速度、位置偏差大于設定的報警值時。監控器將自動發送報警信息到車主的手機，提示汽車被移動，可能被盜。當車主報警后，為配合警方查找被盜的汽車，車主可再次發送命令給監控器，打開定時短信發送功能，將當前的汽車坐標定時地發送到車主或報警中心，配合電子地圖可以非常方便的查找到當前的汽車位置，可迅速破案。系統附帶的SD卡可在報警后長時間的存儲汽車變化的坐標等信息，作為破案的證據和查找竊賊同伙的線索。
系統硬件設計
為了實現監控功能，要求監控器具有GPS接收、GSM短信發送和大量數據存儲功能，并有一定的多任務處理能力，成本低，體積小。
一款合適的主芯片將在系統中起到重要的作用，本監控器中選用了FS7821LQ嵌入式芯片。FS7821LQ集成了RISC結構的8051內核、USB 2.0控制器、收發器、NAND閃寸、SD以及CF接口控制器。利用這款芯片組成的嵌入式系統外接電路簡單、功能強大、價格低廉，非常符合本設計的要求。
監控器的短信功能主要完成車主短信命令的接收和汽車GPS位置數據的發送，系統選用成熟的GSM-RTU短信模塊完成。該模塊內嵌GSM模塊、16位低功耗MSP430單片機控制管理，具有遙測遙控的核心單元、1個可配置的標準串口(RS-232C)、標準天線和SIM卡接口。將購買的手機SIM卡插入短信模塊，并完成系統(包括服務電話號碼)設置后，將短信模塊的串口和監控器的串口1(外加電平轉換芯片，使之符合RS-232C電平標準)連接，就完成了短信模塊的硬件安裝。
GPS模塊主要完成汽車GPS數據的接收，系統選用MG-30U/R-GPS模塊，采用SiRF第二代高效能芯片(具有12條通道，最多時可收到12顆GPS衛星信號)進行比較解算，可選用速度、位置、海拔等相關數據，價格低廉，精度較高。該模塊輸出可選用RS-232C接口，利用系統主控芯片FS7821LQ的串口2和GPS模塊連接。因為傳輸的數據量不大，利用串口傳輸數據可避免使用USB接口必須在系統上建立主USB口的麻煩。
圖3為系統硬件的電路設計圖，FS7821LQ具有完整的SD卡驅動及接口，系統直接利用128Mb的SD卡可與其連接。利用FS7821LQ芯片的通用I/O口PORT2_0～PORT2_3形成兩個串口，加MAX232電平轉換芯片后，分別連接GPS和GSM模塊。FS7821LQ芯片包括了一個從USB接口的功能和硬件驅動，系統中預留為USB 2.0的接口，作為產品升級使用。此外，系統還預留了FS7821LQ的10個通用I/O口作為后續報警功能的控制端口。
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圖3 系統硬件電路設計圖
系統軟件設計
由于本監控器包括了多種較復雜的功能，同時具有如短信收發等突發的功能和GPS接收等定時任務，為了更好的完成任務的執行，在組成的嵌入式系統中，移植了μC/OS-II操作系統。μC/OS-II作為一個免費的源碼開放的實時嵌入式操作系統，提供了多任務的切換能力和中斷、UART的驅動等功能，完全可以滿足本操作平臺的要求。
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