1 引言

隨著中國經濟的蓬勃發展，人們的生活水平日益提高，汽車的應用發展迅速，各類汽車的擁有量不斷提高。汽車的普及應用為人們的生活帶來了方便，但同時汽車的使用也給人們提出了一大難題——汽車防盜。汽車防盜成為了有車主們生活中的熱門話題，也是汽車制造商關心的熱點，目前各種汽車防盜方法和產品層出不窮。但是，汽車防盜問題依舊沒有完全解決，可謂道高一尺、魔高一丈。汽車失竊案件還是時有發生，為人們的生活和財產帶來很大的損失。現有的方法有基于物理措施的，如防盜車門，防盜車窗；也有借助電子手段的，如電子門鎖，電子報警器等等。

隨著科技的發展，汽車是越來越安全了，但是竊車賊的手段也是越來越高明了。防盜車窗還是能被打破，電子鎖照樣能被撬開，也就是汽車盜竊的物理途徑不能被完全切斷。我們可以想象這樣一個竊車的場景：汽車先被拖到一個偏僻的角落（異常移動），接著車窗或者車門被強力打開（異常的振動和震動），隨后汽車就被盜走了。于是我們想如何在這些異常情況發生時，能自動的被快速、準確的檢測到，同時快速、有效的報警呢？

本設計是為了解決傳統汽車防盜方式的缺點和不足而開發一種嶄新的集成傳感、控制和報警三大功能模塊的汽車防盜GSM 報警系統，通過安裝該報警器在汽車中，當傳感器收到汽車震動、移動信號時，以GSM 網絡為信道，把報警信息通過短信/電話通知用戶，從而實現準確、實時的報警效果。

2 汽車防盜GSM 報警器特點

現行流行的汽車防盜器可以簡單歸納為三大類，即：機械式防盜器、電子防盜器和網絡防盜器，從盜車者破解的難度看，上述三類防盜器越往后科技含量越高，但價格也基本與科技含量成正比。

（1）機械式防盜器

機械式防盜裝置是市面上最簡單、最廉價的一種防盜裝置，其原理十分簡單，即鎖住轉向盤、控制踏板或擋柄。
優點：價格便宜，安裝簡便，幾百元甚至幾十元就能搞定。
缺點：防盜不徹底，每次拆裝比較麻煩，不用時還得找地方放置。

（2）電子防盜器

電子防盜裝置電子防盜就是給車鎖加上電子識別碼，開鎖或配鑰匙都需要輸入十幾位密碼。電子防盜的最大賣點在于密碼解鎖和聲訊報警。
電子防盜裝置的主要功能有以下四種：聲訊報警功能、安全提示功能、遙控尋車功能、中央門鎖遙控功能。

（3）網絡防盜器

網絡防盜裝置即利用現代電子信息技術、航天技術和網絡技術，實現汽車與車主的實時信息反饋，以全球衛星定位系統（GPS）為代表。其利用接收衛星發射信號與地面監控設備和GPS 信號接收機組成全球定位系統，衛星星座連續不斷發送動態目標——汽車的三維位置、速度和時間信息，從接收到的反饋信息來獲知汽車當時所處的位置。目前的GPS 系統具有車輛定位、反劫報警、網絡防盜、遙控熄火、車內監聽、拋錨救援、路況信息、人工導航、車輛查詢等多種功能。

GPS 防盜的缺陷：一是沒有建立衛星定位地面監控中心的地區GPS 無法工作；二是由于衛星數量有限，信息掃描覆蓋存在一定“盲區”，從而使監控實際上經常處于間斷“丟失”狀態；三是價格一般都在數千元以上，光安裝一套不帶顯示屏的GPS 就需要花費六七千元，而每年還需向服務商交納近千元的服務費。高昂的費用讓許多車主望而卻步。

本公司研發的汽車防盜GSM 報警系統是集傳統車載式防盜報警單元和GSM全球通移動通信網路控制為一體的高科技產品。該產品無需設運營中心，依托覆蓋率極高的GSM 公眾網絡，利用GSM 無線通訊業務和短消息增值業務，采用人車互動主動防盜模式，對車輛進行遠程監控和定位；具有遙控監聽現場語音功能、遙控呼叫語音報警功能、發送和遙控關閉報警短消息功能、被劫報警按鍵、振動報警等功能，使車主擺脫了看不到、聽不見的被動防盜尷尬局面；無需設運營中心，解決了GPS 入網成本高以及普通的車輛防盜報警器監控范圍小，不勝其煩地聲響噪音等問題，能讓您的汽車隨時隨地盡在您的掌握之中。

3 本設計工作原理和設計過程

本系統的工作原理是：當汽車遭受盜竊時，由于車身的異常運動情況被加速度傳感器所監測到，系統CPU 根據兩個加速度傳感器的三路加速度信息，通過系統設定的分析、處理和分類算法，生成若干類報警信息；同時，系統CPU 控制GSM 模塊發出短信報警。

本設計汽車防盜GSM 報警系統的實現情況：首先，利用加速度傳感器檢測汽車的是否存在異常移動、異常振動、異常振動、異常提升和車身異常切斜等等情況。其次，控制單元根據算法模型分析、確認上述異常情況的發生。最后，GSM模塊收到確認的異常情況信號信息，便向預先設置的用戶發送報警信息，如公安部門、用戶及第二級用戶。用戶接到報警信息后還可以回撥監聽，實現互動。下面給出一個應用示意圖（見圖1）：


圖1 本系統的應用示意圖

下面根據系統框圖和軟件流程圖具體介紹本設計的工作原理和設計過程。


圖2 系統功能框圖

如圖2 所示，本系統主要由三部分組成；傳感模塊、控制模塊和報警模塊組成。

傳感模塊由兩塊加速度傳感器組成：MMA1260D 和MMA6260Q。MMA1260D 是一塊1.5g 的z 軸向加速度傳感器；MMA6260Q 是一塊1.5g 的x-y 雙軸向加速度傳感器，兩個加速度傳感器搭配、組合，可以得出xyz 三個方向上的加速度信息，進而通過軟件算法可以得到速度、位移等信息。

控制模塊是一塊56F8323，它是Freescale 半導體公司集成出色的、具有DSP運算能力的、豐富MCU 外圍的16 位CPU，利用它既可以完成從傳感器輸入的模擬信號的采樣工作，又可以由它通過集成的SCI 控制器控制GSM 模塊的工作。

GSM 模塊，由它發送報警信息完成系統的報警工作。

圖3 是本設計系統主程序的運行流程圖，主要實現加速度傳感器的信號采集、分析和報警信息的提取、判斷以及分類的工作。此外，還有負責控制GSM 模塊相應報警信息的接收和發送工作。


圖3 主程序流程圖

4 加速度傳感器原理和應用

Freescale 新型加速度傳感器的性能分析和應用研究是本設計的一個重點和難點，同時，在本設計的研究工程中總結出了一些基本的規律，對其多種應用方式也進行了初步的嘗試。下面就先簡單介紹一下加速度傳感器的基本特性，接著討論其應用的方式和方法。

（1）加速度傳感器的特性

傳感器的芯片選型：在X 和Y 軸向選用2004 年的Freescale 半導體公司的新品——MMA6260Q 芯片，這是個雙軸向低G 微機電加速度傳感器；在Z 軸向選用MMA 1260D 芯片，這是一款Z 軸向敏感的微機電加速度傳感器。微機電器件是一類有著許多優點的半導體器件，用微機電系統做成的加速度傳感器也有傳統傳感器所沒有的新特性。傳統的加速度傳感器的核心是一個陀螺儀，它是一個精致的但是昂貴的儀器。而Freescale 半導體公司的加速度傳感器是一種表面微機電工藝的集成電路傳感器，這種器件是由一個表面微機電工藝的電容傳感元胞和一個信號調理ASIC 構成的單個集成電路，見圖4，其為加速度傳感器簡化的功能方框圖：


圖4 簡化的加速度傳感器功能模塊框圖

（2）應用方式和方法

本設計的研究工作主要集中在加速度傳感器的算法研究，并取得了階段性的成果。在建立算法和實行實驗驗證的基礎上發現，加速度傳感器的應用可以分成兩大類，其對應著兩大類算法。

加速度傳感器的兩類應用分別為動態加速度的應用和靜態加速度的應用。其中，動態加速度的應用可以是震動、振動、移動、定位信息的檢測和控制；靜態加速度的應用可以是目標傾斜和轉動信息的檢測和控制。本設計的應用主要是靜態加速度的應用。

對應于兩類不同的應用，加速度傳感器的算法可以歸結為兩大類，即靜態加速度補償算法和動態加速度補償算法。前者是針對動態加速度的應用，其目的是要排除靜態加速度，即由重力引起的加速度對檢測結果的影響；后者是針對靜態加速度的應用，其目的則是排除動態加速度的影響。靜態加速度補償算法的實現主要依靠加速度平衡點自校正的方法來實現；而動態加速度補償需要借助于高頻濾波的方法，可以采用模擬低通濾波器或者數字低通濾波器濾除加速度對應的電壓信號中因為運動（包括平動、振動等等）。

5 應用情況和改進設想

如上所述，本設計主要是加速度傳感器的應用。現在就其在本設計中的應用情況作個總結，并提出一點改進設想。

在本設計中實現了加速度傳感器的基本應用，也體現了low-g 加速度傳感器高靈敏度的特點。但是在應用中存在許多不足，仍須改進。為什么會產生這些問題呢？首先，加速度傳感器有一定的感應帶寬和其變化頻率，在設計中采用純軟件，也就是純數字的設計方法處在缺陷。數模轉換的速度有限，使得快變的加速度信號不能被很好的采集、利用。其次，對于連續變化的電壓模擬量做精度有限的數模數轉換必然犧牲模擬量的精度，并且必須考慮數模轉換本身存在的誤差使得加速度的定標變得很困難。

我們在后續的研究工作中會在一下改進。改變原有的純軟件的實現方法，改為軟硬件并用的方法，把原本的純軟件的積分，也就是數字量的累加改成采用模擬積分器的方法，而且改用模擬方法的自矯正，增加模擬低通濾波器。

6 小結

本設計著眼于加速度傳感器的振動、震動、傾斜、提升、移動和玻璃破碎等防范信息的數字信號處理（包括區分、判斷、噪音濾除、形態綜合分析等等）算法的研究，并結合本公司的成熟技術——GSM 短信發送和報警技術，構成新的應用——汽車防盜GSM 報警系統，可望年內向社會推廣。