车载防盗与信息娱乐系统集成设计

　　汽车防盗器是一种安装在车上，用来增加盗车难度，延长盗车时间的装置，是汽车的保护神。它通过将防盗装置与汽车电路配接在一起，从而可以达到防止车辆被盗、被侵犯、保护汽车的目的。随着计算机网络和嵌入式技术的发展，汽车防盗系统由传统的机械式、电子式防盗装置向智能化程度更高的网络式防盗系统发展。

　　IVI（In-Vehicle Infotainment）车载信息娱乐系统，是采用车载专用中央处理器，基于车身总线系统和互联网服务，形成的车载综合信息处理系统。IVI能够实现包括三维导航、实时路况、故障检测、车辆信息、移动办公等一系列应用，极大地提升车辆电子化、网络化和智能化水平。

　　CAN（Controller Area Network）控制器局域网络，由德国BOSCH公司开发并最终成为国际标准。在诸多汽车总线中，CAN总线有着重要的地位，是汽车电子装置之间通信的标准总线，在汽车分布式控制系统中得到了广泛的应用，拥有以CAN底层协议为大型货车和重工机械车辆设计的J1939协议。本系统提出一种将汽车防盗功能和信息娱乐功能集成设计的方法，有效地利用汽车现有资源，实现了车载电子系统结构和功能上的优化。

　　与市场上现有系统相比，本系统具有如下优势：

　　（1）防盗和信息娱乐系统集成设计，成本低、结构简化、功能强大；

　　（2）采用网络式防盗系统，具有运行稳定、实时性强、可靠性高等优点；

　　（3）系统CAN 总线部分可以与其他车身电子系统相结合，利于二次开发。

　　1 系统总体设计

　　1.1 系统总体结构

　　本系统由中央控制单元和CAN网络节点两部分组成。中央控制单元选用ST公司生产的STM32F103X微处理器作为核心，结合GPRS 无线通信等技术，实现汽车定位、远程报警以及信息娱乐功能。CAN 网络节点包括油路节点、发电机节点以及DCM（Door ControlModule）车门控制模块节点，实现车辆状态监测与车辆防盗功能。中央控制单元与CAN网络节点间通过CAN总线进行通信。系统的总体结构如图1所示。

　　

　　图1 系统总体框图

　　1.2 防盗功能的实现

　　本系统的防盗功能设计是将DCM 和GPS 定位模块作为汽车安全状态的监测节点。系统设置为防盗模式时，由DCM检测汽车是否被非法入侵，GPS定位检测汽车是否被非法移动。在检测到汽车处于不安全状态时，首先启动GSM/GPRS通信模块，通过中央控制器控制，利用GSM短信息将GPS定位所得汽车位置经纬度发送到车主手机终端，实现对汽车位置的精确定位；然后启动车后摄像头拍摄车后图像，利用GPRS无线通信技术将图像发送到车主手机终端，辅助GPS对汽车位置进行定位；中央控制器通过CAN总线发送切断油路和关闭发电机的信号，从而有效地避免汽车被盗的事件发生。

　　1.3 信息娱乐功能的实现

　　系统设置为正常模式时，LCD 模块显示主菜单界面，通过触摸屏和按键，进行人机交互和功能体验。GSM/GPRS/GPS模块用于实现车载电话、GPS定位等功能；摄像头模块用于实现汽车后视功能；MP3模块用于实现语音播放的功能；LCD模块用于界面显示。

　　2 硬件设计

　　系统的硬件设计主要包括两部分，一个是中央控制单元硬件设计，另一个是CAN 网络节点硬件设计。本系统微控制器选用基于Cortex？M3 内核的ARM 微控制器STM32F103X，具有低成本、低功耗等特点，为注重功耗和效率的系统提供了可行的设计方案。

　　2.1 中央控制单元硬件设计

　　中央控制部分主要包括微处理器STM32F103ZET6，通过SPI1 接口与微控制器连接的MP3 模块，该模块核心为VLSI 公司生产的VS1053，是一款高性能、低功耗的解码芯片；通过SPI2 接口与微控制器连接的LCD 显示模块；通过SCCB 接口与微控制器连接的摄像头模块，该模块核心为OV公司生产的OV7670，体积小、工作电压低，提供单片VGA 摄像头和影像处理器的所有功能；通过USART接口与微控制器连接的GSM/GPRS/GPS模块，该模块的核心为SIM公司生产的SIM900A，性能稳定、外观精巧、功耗低；STM32自带bxCAN，即基本扩展CAN，它支持11 位的BasicCAN 模式及29 位的PeliCAN模式，通信速率高达1 Mb/s，支持时间触发通信，具有3 个发送邮箱，3 级深度的2 个接收FIFO。CAN 收发器选用NXP 公司的TJA1050，它与“ISO 11898”标准完全兼容，高速度（最高可达1 Mb/s），极低的电磁辐射，没有供电的节点不会对总线造成干扰，同时带有宽共模范围的差动接收器，抗电磁干扰能力极强，至少可以连接110个节点，非常适合本系统。中央控制部分的硬件连接图如图2所示。

　　

　　图2 中央控制部分硬件连接图

　　2.2 CAN网络节点硬件设计

　　CAN网络节点主要包括微处理器STM32F103C8T6，其片上资源及相关接口足以满足这部分的功能需求，DCM 节点，油路节点，发电机节点。DCM 采用UN4001中控车锁，12 V供电，具备360°转头，超强力度，防卡死等优点，汽车被非法打开时，通过CAN总线发送报警信号至中央控制单元；系统中发电机与油路节点通过CAN 总线接收指令进行动作，设计时只需考虑CAN 信号发送问题，硬件环境则进行模拟，发电机采用130号直流电机，电机通过芯片L298N进行驱动，L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片，控制电压直流为5 V，电机电压范围直流为3~46 V，具有过电压和过电流保护，抗干扰能力强等优点；油路节点利用蜂鸣器代替，由三极管构成蜂鸣器控制电路，通过PB0输出端口的高低电平来改变蜂鸣器的状态，从而模拟油路的开关。CAN网络节点硬件连接图如图3所示。

　　

　　图3 CAN网络节点硬件连接图

　　2.3 硬件实物图

　　根据上述介绍，最终完成的主要硬件图如图4所示。

　　

　　图4 硬件实物图

　　3 系统软件设计

　　系统的软件设计主要包含两部分：防盗部分的设计及信息娱乐部分的设计。

　　3.1 系统防盗功能程序设计

　　防盗报警部分的程序流程图如图5所示。

　　

　　图5 防盗功能程序流程图

　　3.2 系统信息娱乐功能程序设计

　　信息娱乐部分的程序流程图如图6所示。

　　

　　图6 信息娱乐程序流程图

　　如图6所示，系统上电后，首先初始化子程序，对相关I/O口和寄存器进行配置。然后开启LCD模块，进入菜单界面；点击汽车后视系统，摄像头模块启动，将车后影像显示在LCD上；点击MP3播放器，系统开始搜索SD卡中的语音播放文件，选择文件进行播放；点击GPS定位服务，GPS定位功能启动，将汽车位置信息显示在LCD上；点击车载电话，GSM通信功能启动，可以进行拨打电话、发送短信。图7是信息娱乐系统人机交互界面。

　　

　　图7 信息娱乐系统人机交互界面

　　4 系统测试

　　4.1 防盗功能测试及分析

　　系统防盗功能的测试包括CAN通信测试和中央单元测试。DCM、油路、发电机节点通过CAN总线与主控单元进行通信，测试步骤如下：

　　（1）中央单元作为发送节点，其他节点作为接收节点，各个节点接收中央单元发出的控制指令，根据指令给出对应的功能 *** 作。

　　（2）中央单元作为接收节点，DCM 作为发送节点，向中央单元发送反馈指令，中央单元根据指令给出对应的功能 *** 作。中央单元测试主要是对GSM/GPRS 报警功能进行测试，在系统检测到汽车被盗时，启用GSM通信功能，发送报警短信至车主手机，并将GPS定位出的汽车位置经纬度周期性发送给车主。

　　（3）开启GPRS功能，将车后摄像头拍摄的照片通过GPRS网络周期性发送至车主手机终端。

　　图8 是利用GPRS 网络发送的图片，图9 是GSM 报警短信息。

　　

　　图8 GPRS网络信息

　　

　　图9 GSM短信息

　　4.2 信息娱乐功能测试及分析

　　系统信息娱乐功能测试，主要是对车载电话、GPS定位、后视系统、MP3播放器四个部分进行测试。考虑到某些情况下，车主无法通过自带的移动设备与外界联络，就可以通过车载电话实现拨打电话和发送短信的功能，作为车主的备用电话来使用。GPS定位能准确地显示汽车的经纬度，结合Google地图可以实现汽车导航功能。后视系统在10 km/h车速下进行测试，拍摄画面清晰、实时性强。MP3播放器音量输出幅值高，声音饱满， *** 作简便。图10是车载电话的 *** 作界面。

　　

　　图10 车载电话

　　5 结语

　　本文提出一种将汽车防盗功能和信息娱乐功能集成设计的方法，并依据CAN 通信及GPRS通信等技术，有效利用汽车现有资源，设计和实现了一套集汽车防盗、信息娱乐功能于一体的智能化系统，完成了车载电子系统结构和功能上的优化。通过对系统软硬件的设计及对系统的实际测试，系统信息娱乐部分运行稳定、 *** 作简便，防盗部分具有高速、实时、可靠等优点。本系统CAN 总线部分可以与车身其他电子系统相互通信，对车载电子系统的开发具有较深远的意义。