基于 cortex—m3 的低功耗汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計

1、<p>　　基于 Cortex—M3 的低功耗汽車防盜系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　摘要：針對汽車防盜系統(tǒng)的功耗問題，本文介紹了一種低功耗智能型汽車防盜系統(tǒng)，文中詳細(xì)闡述了系統(tǒng)組成和軟硬件設(shè)計。該系統(tǒng)采用GSM/GPRS和GPS模塊分別實現(xiàn)了信息收發(fā)和車輛定位，從而實現(xiàn)對車輛被盜報警和遠(yuǎn)程遙控。運用Cortex-M3架構(gòu)的微型處理器，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大，并降低了功耗，有效地提高了車輛報警系統(tǒng)的防盜

2、系數(shù)。 </p><p>　　關(guān)鍵字：Cortex-M3；GSM；GPS；低功耗 </p><p>　　隨著人們生活水平的日益提高，汽車已經(jīng)逐步進(jìn)入人們的日常生活中。這就讓不法分子有了可乘之機(jī)，導(dǎo)致了汽車盜竊日益猖獗。近年來，利用GSM/GPRS移動通信網(wǎng)絡(luò)及GPS全球定位系統(tǒng)，解決了普通防盜器無法解決的距離限制和易于破解的難題。但是隨著功能的增強(qiáng)以及外設(shè)的增多，功耗問題成為了各系統(tǒng)的主要

3、矛盾。許多方案對于功能和功耗無法做到平衡，導(dǎo)致防盜系統(tǒng)存在著重大的缺陷。 </p><p>　　基于上述原因，本文設(shè)計了一種網(wǎng)絡(luò)型智能汽車防盜系統(tǒng)，該系統(tǒng)將GPS定位系統(tǒng)與GSM網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合，運用Cortex-M3架構(gòu)微處理器，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大，并降低了功耗，有效地提高了車輛報警系統(tǒng)的防盜系數(shù)。 </p><p>　　1系統(tǒng)整體方案設(shè)計 </p><p>　

4、　本文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)型智能汽車防盜系統(tǒng)主要由三部分組成，即：傳感器防盜系統(tǒng)、GPS追蹤系統(tǒng)、報警控制系統(tǒng)，系統(tǒng)整體流程圖如圖1所示。 </p><p>　　1.1 傳感器防盜系統(tǒng) </p><p>　　當(dāng)車體震動、 中央門控鎖、 車內(nèi)紅外等節(jié)點傳感器【1】采集到入侵信息時，通過 C A N總線將信息傳至主控MCU進(jìn)行分析與判斷。 </p><p>　　1.2 GPS追蹤

5、系統(tǒng) </p><p>　　當(dāng)發(fā)現(xiàn)汽車非法入侵后，向車主發(fā)送入侵短信，并通過GPS全球定位系統(tǒng)確定汽車所在位置信息，把汽車所在的位置，路況信息可以實時的傳送到PC機(jī)監(jiān)控端或者車主手機(jī)，這樣對車輛的監(jiān)控起到關(guān)鍵的作用。 </p><p>　　1.3 報警控制系統(tǒng) </p><p>　　當(dāng)MCU判斷為非法入侵后，啟動報警系統(tǒng)。車主及車輛監(jiān)控中心根據(jù)車輛所處環(huán)境，可通過短

6、信方式發(fā)送給車載系統(tǒng)的MCU，使其對汽車的發(fā)動機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)行切斷油路和熄火等措施。 </p><p><b>　　2硬件結(jié)構(gòu) </b></p><p>　　本系統(tǒng)采用Cortex-M3微處理器【2】EFM32芯片作為主控芯片。由于該系統(tǒng)對低功耗要求苛刻，所以采用3.3V鋰電池。該防盜系統(tǒng)配備展模塊包括GPS模塊、GSM模塊、CAN總線模塊等。系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

7、</p><p>　　2.1主控MCU EFM32TG/G </p><p>　　EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計而來的高性能低功耗32位微控制器，適用于“三表”（電表、水/熱表、氣表）、工業(yè)控制、警報安全系統(tǒng)、健康與運動應(yīng)用系統(tǒng)、手持式醫(yī)療設(shè)備以及智能家居控制等領(lǐng)域。 </p><p>　　EFM32的封裝為QFP

8、48，一般系統(tǒng)中，EFM32系列芯片的Flash和RAM資源從2～4KB和8～32KB；由于車載系統(tǒng)功能復(fù)雜，對于MCU的Flash和RAM資源要求有所提升，可選用Flash和RAM資源從8～16KB和32～128KB。 </p><p>　　2.2 GPS模塊 </p><p>　　系統(tǒng)采用GR-87型GPS模塊，它通過串口與開發(fā)板進(jìn)行對接。 </p><p>　

9、　GR-87采用SIRFIII芯片，是當(dāng)前靈敏度最高的模塊；結(jié)構(gòu)小巧、性能優(yōu)良的20通道接收機(jī)；可以在小型的封裝里輸出所需的數(shù)據(jù)，簡單易用；模塊內(nèi)有實時時鐘、1PPS定時輸出、DGPS波特率可選輸入、NMEA0183波特率可選輸出。 </p><p><b>　　2.3交互與通信 </b></p><p>　　選用EFM32帶EBI或TFT驅(qū)動器的系列芯片擴(kuò)展液晶屏、

10、用LEUART擴(kuò)展遠(yuǎn)程警報使用的GSM模塊、使用I/O擴(kuò)展用戶交互操作按鍵。 </p><p>　　選用EBI接口實現(xiàn)擴(kuò)展液晶屏顯示時，需要選用8080接口帶Driver芯片的液晶屏，而選用片內(nèi)帶TFT驅(qū)動器的MCU時，選用RGB565接口的標(biāo)準(zhǔn)液晶屏接口即可。在簡單的門鎖系統(tǒng)中也可以省略顯示液晶屏，又或者選用EFM32片內(nèi)帶有LCD控制器，驅(qū)動段碼式的液晶屏進(jìn)行簡單的操作指引。在采集到GPS定位信息后，主控MC

11、U可通過LEUART發(fā)送對應(yīng)的AT指令執(zhí)行，控制GSM模塊以短信形式通知用戶。 </p><p><b>　　2.4供電電源 </b></p><p>　　EFM32的工作電壓為1.8～3.8V，工作電壓范圍比較寬，有利于電壓模塊的簡單設(shè)計。因此智能門鎖可以選用3.3V的鋰電池系統(tǒng)供電，無需前端添加LDO芯片。相對于傳統(tǒng)的2.8～3.6V的MCU，EFM32省略了升壓

12、芯片、電荷泵等前端芯片。 </p><p>　　2.5系統(tǒng)硬件低功耗方案 </p><p>　　EFM32是具有5種功耗模式，在RTC在運行，LEUART、LCD控制器、DMA可運行的EM2模式下，功耗電流僅為900nA，在關(guān)斷模式Em4，功耗電流僅20nA。優(yōu)異的MCU低功耗特性將為延長門鎖的電池壽命起到極其關(guān)鍵的作用。為了滿足低功耗應(yīng)用場合的需求，EFM32具有完善的低功耗工作機(jī)制和極

13、低功耗的外設(shè)，通過PRS與DMA的結(jié)合，LEUART可以工作在無內(nèi)核干預(yù)的睡眠模式。在內(nèi)核睡眠模式無內(nèi)核干預(yù)的情況下，LCD可以保持顯示。本系統(tǒng)綜合考慮EM0到EM4的外設(shè)狀態(tài)及用電量，采用EM2狀態(tài)的用電模式。 </p><p><b>　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 </b></p><p>　　3.1 軟件系統(tǒng)整體設(shè)計 </p><p>　　本系統(tǒng)

14、中采用的操作系統(tǒng)[1]是uC/OS-Ⅱ。它是一個嵌入式多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，具有簡潔高效、易于移植、可裁剪等特點。針對本系統(tǒng)各模塊設(shè)計了相應(yīng)的功能，主要包括各外設(shè)的初始化、主程序任務(wù)、串口喚醒任務(wù)和串口接受GPS信息以及發(fā)送AT指令任務(wù)。 </p><p>　　本系統(tǒng)的主程序任務(wù)為在EM2下的RTC定時器。預(yù)設(shè)給RTC的匹配寄存器值，當(dāng)定時器計數(shù)達(dá)到匹配寄存器的值時進(jìn)行中斷。這時就會喚醒EM2的狀態(tài)，此時任務(wù)調(diào)度給

15、GPS的采集任務(wù)，先使能GPS。而當(dāng)進(jìn)行GPS采集時，可以運用低功耗方案原理令串口的接受中斷，從而進(jìn)行EM2和EM0的快速轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)低功耗的耗電模式，當(dāng)GPS采集任務(wù)完成后，將會用延時的調(diào)度方法進(jìn)入串口發(fā)AT指令任務(wù)，此時串口又可進(jìn)行低功耗工作模式。圖3為系統(tǒng)的工作流程圖。 </p><p>　　3.2 程序時鐘源管理 </p><p>　　EFM系列MCU有4個時鐘源，兩個高頻時鐘源和

16、兩個低頻時鐘源。每種時鐘源有兩種形式，一種是晶體振蕩器組成時鐘源，一種是RC振蕩器形成時鐘源?？梢愿鶕?jù)精度要求自行選擇。5種用電模式中，EM0是所有的時鐘源都開啟，成為激活模式，當(dāng)需要內(nèi)核來處理數(shù)據(jù)時必須在EM0狀態(tài)下進(jìn)行。而進(jìn)入其它的模式只是在給定的低頻外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)的接受或傳輸，當(dāng)需要內(nèi)核來處理數(shù)據(jù)時還需要進(jìn)入EM0模式。 </p><p>　　3.3 GPS工作流程 </p><p>

17、　　車載端GPS接收機(jī)在接收數(shù)據(jù)后根據(jù) NMEA 協(xié)議對GPS 信息進(jìn)行處理。 以處理GPRMC 語句為例，通過Splitfromstring函數(shù)把GPRMC信息，每兩個逗號之間的數(shù)據(jù)取出放到datatemp數(shù)組里面，根據(jù) GPRMC協(xié)議的格式，將用戶經(jīng)度，緯度等當(dāng)前數(shù)據(jù)顯示到指定位置。 </p><p><b>　　4.總結(jié) </b></p><p>　　本系統(tǒng)所選

18、用的基于Cortex-M3的EFM32微型處理器，設(shè)計了一種網(wǎng)絡(luò)型智能汽車防盜系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了低功耗、低成本、高性能，使車載系統(tǒng)不再為電源的供電消耗問題而擔(dān)憂，真正實現(xiàn)了綠色環(huán)保，相信在不久的將來本系統(tǒng)的低功耗方案會應(yīng)用于車載防盜平臺。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]卑璐璐，劉玉珍，黃凱.基于ARM的車輛防盜系統(tǒng)車載終端

19、設(shè)計[J].通信技術(shù)，2008，41（12）：358-362. </p><p>　　[2]李江權(quán)，張興敢.基于Cortex-M3處理器的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代電子技術(shù).2012，7（14）：47-49. </p><p>　　作者簡介：顧曉祥（1991-），男，上海人，本科，上海工程技術(shù)大學(xué)，學(xué)生，研究方向：過程控制。王宇嘉（1979-），女，黑龍江哈爾濱人，上海工程技術(shù)大學(xué)，