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DIY汽车防盗模块，系统解决方案，软硬件架构
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2017-11-21
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1. 引言
1.1. 背景
本文在传统防盗系统的基础上采用了嵌入式系统理念，提出了一种新的全方位汽车安全解决方案，在PSoC3硬件开发平台上设计出具有远程监控功能的智能车锁，为汽车防盗系统的远程无线网络化发展提供了良好的应用基础。终端由于安装方便、灵活性强、性价比高等特点在汽车防盗等领域有着广泛的应用前景。
1.2. 国内外的研究状况
系统主要由几个模块组成：指纹识别模块、GPS模块和GPRS模块。现逐一介绍下各个技术在国内外发展情况。
（一）指纹识别
目前世界范围内应用最广泛、市场占有率最高的身份识别方法是传统的指纹识别技术与现代的模式识别技术、计算机技术、网络技术相结合的指纹自动识别系统（Automated Fingerprint Identification System， AFIS）。在我国，上世纪八十年代末九十年代初，由清华大学和北京市公安局，北京大学和上海市公安局研究的单机版AFIS分别投入实用。
（二）GPS
全球定位系统（Global Position System）技术目前已经比较成熟，使用也比较方便。由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。至今，通过专用的GPS模块已经可方便的获得车载GPS智能终端所在的全球定位目标，且定位精度高，近几年随着GSM/GPRS网在中国的普及，车载终端通过GSM/GPRS网与监控中心通讯的方式已经成为最受欢迎的方式。
（三）GPRS
通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。
2. 项目概述
2.1. 工作内容
本项目旨在PSoC3平台上，设计出智能车锁终端。该终端利用GPRS，可通过短信发出控制信息，使汽车处于远程监控状态，同时可从GPS定位系统的接口获取地理位置信息，将其传至用户手机上。因此，它不仅能够实现防盗报警功能，而且能够对被盗汽车进行跟踪定位和远程控制。加之系统利用指纹识别技术和振动传感器实现安全开锁，多重保险，集防盗和远程监控功能于一体。
图1 系统组成结构
基于GPRS构建的汽车防盗监控系统的车载端系统，在车主和车载终端之间形成了交互平台，可以实现以下功能：
1、将指纹识别系统与车载终端相连，当指纹确认后，打开车锁（用继电器模拟的车锁）；
2、用户可通过GPRS控制车载终端开启、终止GPS工作。同时模块可从GPS单元接收位置信息，通过GPRS转发用户手机上；
3、将车载终端与震动传感器相连，当发生剧烈震动时，发出报警信号，同时车载终端通过GPRS向用户报警；
4、车载终端也可通过GPRS单元将现场图片上传给用户。
1.1. 项目技术路线和技术指标
1.1.1 技术路线
指纹识别模块的作用是打开车锁。它使用户在忘记带钥匙的时候也可以安全的打开车门。首先通过光学采集头获取车主指纹的图像，和模块内的指纹模板进行匹配，计算出它们的相似程度，当相似度达到一定数值的时候，模块返回指令控制锁打开。
为了完成数据的传输，用户通过手机向GPRS模块发送AT指令，控制移动终端的通信过程。同时移动终端也可以借助GPRS提供的网关和路由接入Internet，并通过TCP/IP网络协议完成与Internet上主机传输数据的任务。
安装在车上的震动感应器采用压电陶瓷片，当敲打挤压其表面时，能产生一个微小的电压。为了提高其灵敏度，可在陶瓷片上焊一截弹簧，上有一个小锤，受到振动时，小锤摆动，引起陶瓷片表面振动，产生微小的电压输出，经放大进入一个比较器，当其值大于设定的门限电位时，启动GPS定位系统开始工作，向主机传送所在地的位置信息。此时，车主可以通过地点来判断车子的状况，可以根据具体情况判断是否关闭GPS，并将执行结果通过Command（“1”：不鸣笛；“2”：鸣笛）发送给车锁，由车锁中的蜂鸣器及声音放大器执行执行报警或非报警指令。
1.1.2 技术指标
1. 数据传送速率9.6 ~19.2kbps；
2. 控制口：采用28PIN接口，有良好的可扩展性；
3. GPS定位精度：25M （SA OFF RSM 95%）；
4. GPS数据信息的记录：循环保存GPS数据；
5. 8Mbit数据缓冲区；
6. GPRS发射功率：≤0.3W；
7. 工作电压： 5V~12V；
8. 工作电流：≤140mA；
9. 工作条件：温度 –20~60℃
1.2. 可行性分析
在国外，指纹识别车锁日渐盛行，但国内市场并未充分开发。本项目在指纹识别方面的研究可以借鉴大量国外的资料。无线监测技术已经大量地运用于各种场合，相应产品也日臻成熟；现用的汽车防盗系统都采用了振动传感器的技术。本项目是将几种较为成熟的技术相互融合，实现预期目的，因此具有较好的可行性。
1.1. 背景
本文在传统防盗系统的基础上采用了嵌入式系统理念，提出了一种新的全方位汽车安全解决方案，在PSoC3硬件开发平台上设计出具有远程监控功能的智能车锁，为汽车防盗系统的远程无线网络化发展提供了良好的应用基础。终端由于安装方便、灵活性强、性价比高等特点在汽车防盗等领域有着广泛的应用前景。
1.2. 国内外的研究状况
系统主要由几个模块组成：指纹识别模块、GPS模块和GPRS模块。现逐一介绍下各个技术在国内外发展情况。
（一）指纹识别
目前世界范围内应用最广泛、市场占有率最高的身份识别方法是传统的指纹识别技术与现代的模式识别技术、计算机技术、网络技术相结合的指纹自动识别系统（Automated Fingerprint Identification System， AFIS）。在我国，上世纪八十年代末九十年代初，由清华大学和北京市公安局，北京大学和上海市公安局研究的单机版AFIS分别投入实用。
（二）GPS
全球定位系统（Global Position System）技术目前已经比较成熟，使用也比较方便。由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。至今，通过专用的GPS模块已经可方便的获得车载GPS智能终端所在的全球定位目标，且定位精度高，近几年随着GSM/GPRS网在中国的普及，车载终端通过GSM/GPRS网与监控中心通讯的方式已经成为最受欢迎的方式。
（三）GPRS
通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。它经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。
2. 项目概述
2.1. 工作内容
本项目旨在PSoC3平台上，设计出智能车锁终端。该终端利用GPRS，可通过短信发出控制信息，使汽车处于远程监控状态，同时可从GPS定位系统的接口获取地理位置信息，将其传至用户手机上。因此，它不仅能够实现防盗报警功能，而且能够对被盗汽车进行跟踪定位和远程控制。加之系统利用指纹识别技术和振动传感器实现安全开锁，多重保险，集防盗和远程监控功能于一体。
图1 系统组成结构
基于GPRS构建的汽车防盗监控系统的车载端系统，在车主和车载终端之间形成了交互平台，可以实现以下功能：
1、将指纹识别系统与车载终端相连，当指纹确认后，打开车锁（用继电器模拟的车锁）；
2、用户可通过GPRS控制车载终端开启、终止GPS工作。同时模块可从GPS单元接收位置信息，通过GPRS转发用户手机上；
3、将车载终端与震动传感器相连，当发生剧烈震动时，发出报警信号，同时车载终端通过GPRS向用户报警；
4、车载终端也可通过GPRS单元将现场图片上传给用户。
1.1. 项目技术路线和技术指标
1.1.1 技术路线
指纹识别模块的作用是打开车锁。它使用户在忘记带钥匙的时候也可以安全的打开车门。首先通过光学采集头获取车主指纹的图像，和模块内的指纹模板进行匹配，计算出它们的相似程度，当相似度达到一定数值的时候，模块返回指令控制锁打开。
为了完成数据的传输，用户通过手机向GPRS模块发送AT指令，控制移动终端的通信过程。同时移动终端也可以借助GPRS提供的网关和路由接入Internet，并通过TCP/IP网络协议完成与Internet上主机传输数据的任务。
安装在车上的震动感应器采用压电陶瓷片，当敲打挤压其表面时，能产生一个微小的电压。为了提高其灵敏度，可在陶瓷片上焊一截弹簧，上有一个小锤，受到振动时，小锤摆动，引起陶瓷片表面振动，产生微小的电压输出，经放大进入一个比较器，当其值大于设定的门限电位时，启动GPS定位系统开始工作，向主机传送所在地的位置信息。此时，车主可以通过地点来判断车子的状况，可以根据具体情况判断是否关闭GPS，并将执行结果通过Command（“1”：不鸣笛；“2”：鸣笛）发送给车锁，由车锁中的蜂鸣器及声音放大器执行执行报警或非报警指令。
1.1.2 技术指标
1. 数据传送速率9.6 ~19.2kbps；
2. 控制口：采用28PIN接口，有良好的可扩展性；
3. GPS定位精度：25M （SA OFF RSM 95%）；
4. GPS数据信息的记录：循环保存GPS数据；
5. 8Mbit数据缓冲区；
6. GPRS发射功率：≤0.3W；
7. 工作电压： 5V~12V；
8. 工作电流：≤140mA；
9. 工作条件：温度 –20~60℃
1.2. 可行性分析
在国外，指纹识别车锁日渐盛行，但国内市场并未充分开发。本项目在指纹识别方面的研究可以借鉴大量国外的资料。无线监测技术已经大量地运用于各种场合，相应产品也日臻成熟；现用的汽车防盗系统都采用了振动传感器的技术。本项目是将几种较为成熟的技术相互融合，实现预期目的，因此具有较好的可行性。
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