車載防盜與信息娛樂系統集成設計

　　汽車防盜器是一種安裝在車上，用來增加盜車難度，延長盜車時間的裝置，是汽車的保護神。它通過將防盜裝置與汽車電路配接在一起，從而可以達到防止車輛被盜、被侵犯、保護汽車的目的。隨著計算機網絡和嵌入式技術的發展，汽車防盜系統由傳統的機械式、電子式防盜裝置向智能化程度更高的網絡式防盜系統發展。

　　IVI（In-Vehicle Infotainment）車載信息娛樂系統，是采用車載專用中央處理器，基于車身總線系統和互聯網服務，形成的車載綜合信息處理系統。IVI能夠實現包括三維導航、實時路況、故障檢測、車輛信息、移動辦公等一系列應用，極大地提升車輛電子化、網絡化和智能化水平。

　　CAN（Controller Area Network）控制器局域網絡，由德國BOSCH公司開發并最終成為國際標準。在諸多汽車總線中，CAN總線有著重要的地位，是汽車電子裝置之間通信的標準總線，在汽車分布式控制系統中得到了廣泛的應用，擁有以CAN底層協議為大型貨車和重工機械車輛設計的J1939協議。本系統提出一種將汽車防盜功能和信息娛樂功能集成設計的方法，有效地利用汽車現有資源，實現了車載電子系統結構和功能上的優化。

　　與市場上現有系統相比，本系統具有如下優勢：

　?。?）防盜和信息娛樂系統集成設計，成本低、結構簡化、功能強大；

　?。?）采用網絡式防盜系統，具有運行穩定、實時性強、可靠性高等優點；

　?。?）系統CAN 總線部分可以與其他車身電子系統相結合，利于二次開發。

　　1 系統總體設計

　　1.1 系統總體結構

　　本系統由中央控制單元和CAN網絡節點兩部分組成。中央控制單元選用ST公司生產的STM32F103X微處理器作為核心，結合GPRS 無線通信等技術，實現汽車定位、遠程報警以及信息娛樂功能。CAN 網絡節點包括油路節點、發電機節點以及DCM（Door ControlModule）車門控制模塊節點，實現車輛狀態監測與車輛防盜功能。中央控制單元與CAN網絡節點間通過CAN總線進行通信。系統的總體結構如圖1所示。

　　圖1 系統總體框圖

　　1.2 防盜功能的實現

　　本系統的防盜功能設計是將DCM 和GPS 定位模塊作為汽車安全狀態的監測節點。系統設置為防盜模式時，由DCM檢測汽車是否被非法入侵，GPS定位檢測汽車是否被非法移動。在檢測到汽車處于不安全狀態時，首先啟動GSM/GPRS通信模塊，通過中央控制器控制，利用GSM短信息將GPS定位所得汽車位置經緯度發送到車主手機終端，實現對汽車位置的精確定位；然后啟動車后攝像頭拍攝車后圖像，利用GPRS無線通信技術將圖像發送到車主手機終端，輔助GPS對汽車位置進行定位；中央控制器通過CAN總線發送切斷油路和關閉發電機的信號，從而有效地避免汽車被盜的事件發生。

　　1.3 信息娛樂功能的實現

　　系統設置為正常模式時，LCD 模塊顯示主菜單界面，通過觸摸屏和按鍵，進行人機交互和功能體驗。GSM/GPRS/GPS模塊用于實現車載電話、GPS定位等功能；攝像頭模塊用于實現汽車后視功能；MP3模塊用于實現語音播放的功能；LCD模塊用于界面顯示。

　　2 硬件設計

　　系統的硬件設計主要包括兩部分，一個是中央控制單元硬件設計，另一個是CAN 網絡節點硬件設計。本系統微控制器選用基于Cortex？M3 內核的ARM 微控制器STM32F103X，具有低成本、低功耗等特點，為注重功耗和效率的系統提供了可行的設計方案。

　　2.1 中央控制單元硬件設計

　　中央控制部分主要包括微處理器STM32F103ZET6，通過SPI1 接口與微控制器連接的MP3 模塊，該模塊核心為VLSI 公司生產的VS1053，是一款高性能、低功耗的解碼芯片；通過SPI2 接口與微控制器連接的LCD 顯示模塊；通過SCCB 接口與微控制器連接的攝像頭模塊，該模塊核心為OV公司生產的OV7670，體積小、工作電壓低，提供單片VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能；通過USART接口與微控制器連接的GSM/GPRS/GPS模塊，該模塊的核心為SIM公司生產的SIM900A，性能穩定、外觀精巧、功耗低；STM32自帶bxCAN，即基本擴展CAN，它支持11 位的BasicCAN 模式及29 位的PeliCAN模式，通信速率高達1 Mb/s，支持時間觸發通信，具有3 個發送郵箱，3 級深度的2 個接收FIFO。CAN 收發器選用NXP 公司的TJA1050，它與“ISO 11898”標準完全兼容，高速度（最高可達1 Mb/s），極低的電磁輻射，沒有供電的節點不會對總線造成干擾，同時帶有寬共模范圍的差動接收器，抗電磁干擾能力極強，至少可以連接110個節點，非常適合本系統。中央控制部分的硬件連接圖如圖2所示。

　　圖2 中央控制部分硬件連接圖

　　2.2 CAN網絡節點硬件設計

　　CAN網絡節點主要包括微處理器STM32F103C8T6，其片上資源及相關接口足以滿足這部分的功能需求，DCM 節點，油路節點，發電機節點。DCM 采用UN4001中控車鎖，12 V供電，具備360°轉頭，超強力度，防卡死等優點，汽車被非法打開時，通過CAN總線發送報警信號至中央控制單元；系統中發電機與油路節點通過CAN 總線接收指令進行動作，設計時只需考慮CAN 信號發送問題，硬件環境則進行模擬，發電機采用130號直流電機，電機通過芯片L298N進行驅動，L298N是ST公司生產的一種高電壓、大電流電機驅動芯片，控制電壓直流為5 V，電機電壓范圍直流為3~46 V，具有過電壓和過電流保護，抗干擾能力強等優點；油路節點利用蜂鳴器代替，由三極管構成蜂鳴器控制電路，通過PB0輸出端口的高低電平來改變蜂鳴器的狀態，從而模擬油路的開關。CAN網絡節點硬件連接圖如圖3所示。

　　圖3 CAN網絡節點硬件連接圖

　　2.3 硬件實物圖

　　根據上述介紹，最終完成的主要硬件圖如圖4所示。

　　圖4 硬件實物圖

　　3 系統軟件設計

　　系統的軟件設計主要包含兩部分：防盜部分的設計及信息娛樂部分的設計。

　　3.1 系統防盜功能程序設計

　　防盜報警部分的程序流程圖如圖5所示。

　　圖5 防盜功能程序流程圖

　　如圖5所示，系統上電后，對程序進行初始化，配置相關寄存器和I/O口。開啟防盜模式，GPS定位和DCM開始工作，GPS定位值30 s刷新一次，當前后兩次定位差值大于50 m時，車輛被盜；防盜模式下，DCM 檢測到車門被打開，車輛被盜。確定車輛被盜后，啟動GSM通信功能，發送報警短信至車主手機，并將GPS定位出的汽車位置經緯度周期性發送給車主，實時監控汽車位置。之后啟動后車門上的CMOS攝像頭進行拍照，開啟GPRS 功能，將拍攝的照片通過GPRS 網絡周期性發送至車主手機，輔助GPS 對汽車進行跟蹤。通過CAN 總線，由控制器向汽車油路節點和發電機節點分別發送切斷油路和關閉發電機的信號，使汽車不能正常行駛，從而實現汽車防盜報警的功能。

　　3.2 系統信息娛樂功能程序設計

　　信息娛樂部分的程序流程圖如圖6所示。

　　圖6 信息娛樂程序流程圖

　　如圖6所示，系統上電后，首先初始化子程序，對相關I/O口和寄存器進行配置。然后開啟LCD模塊，進入菜單界面；點擊汽車后視系統，攝像頭模塊啟動，將車后影像顯示在LCD上；點擊MP3播放器，系統開始搜索SD卡中的語音播放文件，選擇文件進行播放；點擊GPS定位服務，GPS定位功能啟動，將汽車位置信息顯示在LCD上；點擊車載電話，GSM通信功能啟動，可以進行撥打電話、發送短信。圖7是信息娛樂系統人機交互界面。

　　圖7 信息娛樂系統人機交互界面

　　4 系統測試

　　4.1 防盜功能測試及分析

　　系統防盜功能的測試包括CAN通信測試和中央單元測試。DCM、油路、發電機節點通過CAN總線與主控單元進行通信，測試步驟如下：

　?。?）中央單元作為發送節點，其他節點作為接收節點，各個節點接收中央單元發出的控制指令，根據指令給出對應的功能操作。

　?。?）中央單元作為接收節點，DCM 作為發送節點，向中央單元發送反饋指令，中央單元根據指令給出對應的功能操作。中央單元測試主要是對GSM/GPRS 報警功能進行測試，在系統檢測到汽車被盜時，啟用GSM通信功能，發送報警短信至車主手機，并將GPS定位出的汽車位置經緯度周期性發送給車主。

　?。?）開啟GPRS功能，將車后攝像頭拍攝的照片通過GPRS網絡周期性發送至車主手機終端。

　　圖8 是利用GPRS 網絡發送的圖片，圖9 是GSM 報警短信息。

　　圖8 GPRS網絡信息

　　圖9 GSM短信息

　　4.2 信息娛樂功能測試及分析

　　系統信息娛樂功能測試，主要是對車載電話、GPS定位、后視系統、MP3播放器四個部分進行測試?？紤]到某些情況下，車主無法通過自帶的移動設備與外界聯絡，就可以通過車載電話實現撥打電話和發送短信的功能，作為車主的備用電話來使用。GPS定位能準確地顯示汽車的經緯度，結合Google地圖可以實現汽車導航功能。后視系統在10 km/h車速下進行測試，拍攝畫面清晰、實時性強。MP3播放器音量輸出幅值高，聲音飽滿，操作簡便。圖10是車載電話的操作界面。

　　圖10 車載電話

　　5 結語

　　本文提出一種將汽車防盜功能和信息娛樂功能集成設計的方法，并依據CAN 通信及GPRS通信等技術，有效利用汽車現有資源，設計和實現了一套集汽車防盜、信息娛樂功能于一體的智能化系統，完成了車載電子系統結構和功能上的優化。通過對系統軟硬件的設計及對系統的實際測試，系統信息娛樂部分運行穩定、操作簡便，防盜部分具有高速、實時、可靠等優點。本系統CAN 總線部分可以與車身其他電子系統相互通信，對車載電子系統的開發具有較深遠的意義。