1 引言

目前，車載信息系統(tǒng)逐漸成為融合先進(jìn)的電子、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)的智能交通系統(tǒng)（ITS）中必不可少的部分。車載信息系統(tǒng)在統(tǒng)一的硬件平臺上集成了汽車儀表、防盜監(jiān)控、自動導(dǎo)航、媒體播放、瀏覽網(wǎng)絡(luò)等多種信息服務(wù)，與車內(nèi)多個(gè)部件的單獨(dú)開發(fā)集成相比，節(jié)省了材料成本及通信成本，有利于汽車信息的數(shù)字化，也有利于提高整車性價(jià)比。^[1]

汽車監(jiān)控系統(tǒng)，是車載信息系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，為汽車的防盜提供重要的保障。目前，汽車監(jiān)控器的原理主要分為如下三類：短程監(jiān)控和無線遠(yuǎn)程監(jiān)控和GPS定位監(jiān)控。常用的近距離聲音監(jiān)控器一般通過振動傳感器感知被保護(hù)物體（如汽車或保險(xiǎn)箱）的異常振動，然后驅(qū)動大功率聲音報(bào)警。該監(jiān)控方式缺點(diǎn)是監(jiān)控距離短、對環(huán)境產(chǎn)生噪音污染、誤報(bào)率高、監(jiān)控器易被拆卸或遭破壞。普通無線監(jiān)控器則是利用專有的無線電頻率進(jìn)行信息的監(jiān)控，具有傳輸距離短、易受障礙物干擾等缺點(diǎn)。GPS定位報(bào)警器[1]利用現(xiàn)代電子信息技術(shù)、航天技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車與車主的實(shí)時(shí)信息反饋，也具有存在“盲區(qū)”，費(fèi)用較高等缺陷。

GSM是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動通信體制中較為成熟、完善、應(yīng)用廣泛的一種系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)集中了現(xiàn)代信源編碼技術(shù)、信道編碼、交織、均衡技術(shù)、數(shù)字調(diào)制技術(shù)、話音編碼技術(shù)以及慢調(diào)頻技術(shù)，同時(shí)在系統(tǒng)中引入了大量計(jì)算機(jī)控制和管理，因而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性、安全性和可靠性。[2]

ARM處理器是目前嵌入式系統(tǒng)中普遍采用的處理器，作為車載信息系統(tǒng)的硬件平臺，具有體積小、成本低、性能高、內(nèi)嵌資源豐富等特點(diǎn)。

為此，設(shè)計(jì)了一款基于ARM的GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，它以GSM網(wǎng)絡(luò)作為通信載體，以ARM 處理器S3C2410作為基本硬件平臺，實(shí)現(xiàn)汽車狀態(tài)的自動監(jiān)測與及時(shí)控制。

2 系統(tǒng)分析

基于ARM的GSM汽車監(jiān)控系統(tǒng)是一種新型的汽車監(jiān)控系統(tǒng)，內(nèi)部嵌入了專用通信模塊。該監(jiān)控器的工作原理如圖1所示：當(dāng)傳感器檢測到車門開啟或是發(fā)動機(jī)開啟信號時(shí)，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換模塊將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳送給ARM處理器，ARM處理器分析并處理該信息，將處理的結(jié)果（報(bào)警信息）以AT命令的形式發(fā)送給無線通信模塊，無線通信模塊將報(bào)警信號以短信的方式發(fā)送到預(yù)定的車主手機(jī)中。車主根據(jù)收到的報(bào)警信息回復(fù)相應(yīng)的短信，實(shí)現(xiàn)對汽車的控制如強(qiáng)迫關(guān)閉發(fā)動機(jī)或車門死鎖等操作。利用GSM網(wǎng)絡(luò)，可以將報(bào)警信息傳送到移動通訊覆蓋的任何地方，克服了現(xiàn)有技術(shù)報(bào)警信號傳送距離有限和噪音污染的缺陷。

監(jiān)控器還應(yīng)具有修改系統(tǒng)密碼、動態(tài)設(shè)置監(jiān)控器的控制與解鎖指令、設(shè)置車主手機(jī)號碼等指令，在進(jìn)行這些設(shè)置時(shí)需要用戶在短信中提供密碼以進(jìn)行身份校驗(yàn)。

圖1  遠(yuǎn)程監(jiān)控器硬件結(jié)構(gòu)示意圖

3 硬件設(shè)計(jì)

基于ARM的GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要包含S3C2410目標(biāo)板、TC35i通信模塊、SIM卡模塊、光電耦合器、傳感器、控制器、電源系統(tǒng)等部分組成，如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)部分：

1）  監(jiān)測部分  車門開關(guān)傳感器、發(fā)動機(jī)振動傳感器通過光電耦合器與S3C2410目標(biāo)板的GPIO端口相連，對連接傳感器的端口將其配置為輸入模式?？梢詫⑾鄳?yīng)的GPIO端口與外部中斷源進(jìn)行綁定，當(dāng)有相應(yīng)信號產(chǎn)生時(shí)，觸發(fā)中斷，進(jìn)行相應(yīng)報(bào)警事件的處理。

2）  控制部分 控制器通過光電耦合器與目標(biāo)板的GPIO端口連接，對連接控制器的端口配置為輸出端口。目標(biāo)板發(fā)出的控制信號經(jīng)控制器放大后去控制鎖定／開啟車門，或者控制發(fā)動機(jī)的熄火與啟動

3）  通信部分 目標(biāo)板通過串口與GSM移動通信模塊相連接，以進(jìn)行報(bào)警信息的發(fā)送或接收車主發(fā)送過來的控制指令及系統(tǒng)配置指令。通信模塊中有一張SIM卡，以實(shí)現(xiàn)對短信發(fā)送者或接收者身份的確定。

4）  電源部分 監(jiān)控系統(tǒng)的電源部分包括目標(biāo)板供電、控制器及傳感器的供電，由于兩者電壓及電流的不同，這里用光電耦合器進(jìn)行隔斷，以避免控制器中較大的電流對目標(biāo)板損壞。整個(gè)電源系統(tǒng)可來自于汽車蓄電池，這樣汽車熄火后也可以正常監(jiān)控。

監(jiān)控程序存儲在目標(biāo)板存儲器中，監(jiān)控程序是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行交叉開發(fā)，最后下載固化到目標(biāo)板中。

   圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控器硬件連接圖

4 軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在嵌入式Linux平臺下，利用C語言進(jìn)行開發(fā)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要分為如下模塊：

1）無線通信模塊 主要負(fù)責(zé)通信短信的發(fā)送與接收。短信的收發(fā)是通過向串口發(fā)送AT指令集來實(shí)現(xiàn)的。AT指令集是GSM 模塊與嵌入式計(jì)算機(jī)之間的通信協(xié)議。AT指令是以AT作首， 字符結(jié)束的字符串。每個(gè)指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期的信息(如有人撥號進(jìn)來、線路無信號等)，模塊也將有對應(yīng)的一些信息提示，接收端可做相應(yīng)的處理。

所使用的短信息規(guī)范為GSM07.05，方式為PDU模式^[4]。PDU串表面上是一串ASCII碼，由’0’-’9’和’A’-’F’這些數(shù)字和字母組成，它們是8位字節(jié)的十六進(jìn)制數(shù)。PDU串不僅包含可顯示的消息本身，還包含很多其他的附加信息，并且發(fā)送和接收的PDU串的結(jié)構(gòu)也不完全一樣。發(fā)送短消息的PDU串的格式如表1所示，接受短消息格式與此略有不同，這里不再贅述。

表1發(fā)送短信息PDU串格式

短信PDU編碼的生成與解碼都按照GSM07.05規(guī)范寫成相應(yīng)的函數(shù)以供監(jiān)控模塊和系統(tǒng)設(shè)置等模塊調(diào)用。

2）監(jiān)測與控制模塊  監(jiān)測模塊主要完成對傳感器信息的檢測，在滿足條件時(shí)產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中，生成報(bào)警短信并調(diào)用發(fā)送短信函數(shù)將報(bào)警信息發(fā)送給車主手機(jī)中。控制模塊根據(jù)接收到的短信內(nèi)容，發(fā)送相應(yīng)的控件信號給控制器。

3）系統(tǒng)設(shè)置模塊    主要完成對車主手機(jī)號碼、短信中心號碼、系統(tǒng)密碼、報(bào)警信息內(nèi)容、回復(fù)指令內(nèi)容等內(nèi)容的修改，以增加系統(tǒng)的安全性。設(shè)置短信內(nèi)容格式如表2所示。

表2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用層指令

有關(guān)系統(tǒng)設(shè)置的信息以數(shù)據(jù)文件的方式存放在系統(tǒng)存儲器中。當(dāng)修改設(shè)置時(shí)，就會修改該文件中的內(nèi)容。

整個(gè)系統(tǒng)的程序流程如圖3所示。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)一上電后就開始運(yùn)行，只要有檢測的中斷事件發(fā)生，就處理中斷。當(dāng)有新短信到達(dá)時(shí)，也會向串口發(fā)送一指定信息，因此對串口數(shù)據(jù)的接受也應(yīng)采用中斷方式。這樣系統(tǒng)的效率較高，避免程序的不斷循環(huán)而浪費(fèi)處理器資源。

圖3  遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)程序流程圖

5 結(jié)束語

基于ARM的GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控器是目前較為先進(jìn)的汽車監(jiān)控系統(tǒng)，它具有如下特點(diǎn)：1）利用短信作為傳輸手段，可以實(shí)現(xiàn)汽車狀態(tài)信息的“零時(shí)間報(bào)警”；2)借助于全球化的GSM網(wǎng)絡(luò)，無論車主身在何處，都可以“長距離報(bào)警”；3)以ARM為基礎(chǔ)的汽車監(jiān)控系統(tǒng)作為車載信息系統(tǒng)的一部分，在整體上具有“高性價(jià)比”；4)使用手機(jī)作為監(jiān)控器的操作終端，手機(jī)短信作為控制指令載體，具有操作方便的特點(diǎn)。

基于ARM的GSM遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)不光是在汽車防盜系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用，同時(shí)它也提供了一種現(xiàn)代遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的新模式，在鐵路、交通、電力、工業(yè)、環(huán)保、水文等多種領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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[3] 黃賢英，陳緩．基于Linux的嵌入式汽車智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]．微計(jì)算機(jī)信息， 2006．12-2：226-228

[4] 中國電子技術(shù)信息網(wǎng). 通過串口收發(fā)短消息[EB/OL].