卢勇，卢会国，曼世超

　　（成都信息工程大学 电子工程学院，四川 成都 610225）

　　摘要：为了满足车辆安全监测的需要，设计了一种基于远程通信技术的车辆安全监测系统。该系统使用以Cortex-M3为内核的STM32F103单片机控制GSM模块和各个传感器，利用GPS模块实现对车辆的位置定位，并采用OV7670摄像头进行图像拍摄，实现对特定状况下车辆的监视取证。手机用户和电脑用户可分别通过手机APP与电脑Web页面实现对车辆信息的实时监测。此外，该系统还具备烟雾火焰监测以及语音警告提醒功能。该车辆安全监测系统的定位精度和监测灵敏度高，通信实时性和可靠性强。

　　关键词：监测系统；STM32F103单片机；GSM模块；GPS模块

0引言

　　随着我国经济的发展以及道路交通等基础设施的不断提高，中国汽车市场高速发展，车辆的数量急剧增加。然而，车辆的增加带来了一系列严重问题。车辆起火没有自动报警系统而造成不必要的经济损失，同时利用车辆作案和以车辆作为犯罪对象的案件日益增多，由于车辆的机动性，犯罪分子快速作案、逃离现场、藏匿赃物，这为公安民警破案、取证带来了极大的困难［1］。另外，对物流车、公务车、运钞车等特定车辆的安全监测要求也越来越高。尤其是近年来随着家庭私人用中高档车辆数量的急剧攀升，私家车主对自己爱车寻求安全保护，以及要求提供必要服务的愿望日益强烈［2］。针对这些问题，本文从实际应用角度出发，提出了一种基于远程通信技术的车辆安全监测系统，能更有效地监测到车辆的运行情况，为人们的生活提供保障。

1系统总体设计及工作原理

　　系统的结构框图如图1所示。整个系统包括以ARM CortexM3为内核的STM32F103单片机模块、GPS模块、GSM模块、语音模块、电源模块、火焰检测模块、烟雾检测模块、触摸显示屏模块以及OV7670摄像头［3］。当车辆起火自燃或车辆被犯罪分子盗用时，该系统就会发挥作用。具体原理为：当检测到车辆起火或车辆周围可燃性气体浓度较高时，各传感器将采集到的数据首先通过STM32F103 模块进行处理，经识别后通过语音模块进行实时报警。如有车辆被移动盗窃时，GPS模块会进行定位跟踪，车辆的状态数据可动态地显示在彩色触摸屏上，相应的数据还会通过STM32F103 模块进行处理，然后通过串口发送到GSM模块，最后以短信的方式通过GSM移动网络发送到用户手机上。与此同时，STM32F103单片机会从GPS接收模块中读取车辆的位置状态，用户可以登录手机APP和Web网页实时查询车辆的位置。此外，摄像头模块还可以在车辆被盗时自动开启拍照功能，方便取证。这样，用户就可以第一时间了解车辆的安全状况，从而避免不必要的损失，保证了人民财产安全。

2系统硬件设计

　　2.1主控制器

　　作为系统的核心部分，主控制器需要对整个系统进行控制与通信。本设计中包含的OV7670摄像头模块以及触摸液晶显示器需要处理器具有高速运算和处理能力，该系统中的语音模块、GSM模块、GPS模块又要求处理器应具有多串口通信功能，经过各方面分析，最终选择意法半导体的STM32F103ZET6作为系统微处理器，该处理器具有最高72 MHz的工作频率，内部RAM大、低功耗、多串口、内部集成多通道DMA等优点［4］。

　　2.2电源模块

　　由于本系统的特殊性，在不影响系统稳定性的情况下，减小系统体积的同时，还应该考虑系统电源问题。由于系统中涉及到GSM模块，该模块在工作时需要瞬间电流达到2 A以上，但绝大部分的稳压芯片不能满足此要求，所以本系统中采用5 V直流作为各模块电源（GPS模块、语音模块、烟雾传感器、火焰传感器等），通过AMS11173.3稳压之后用于处理器供电，通过二极管SS34降压至4.3 V作为GSM模块电源。具体电路如图2所示。

　　2.3GPS定位模块

　　为了提高系统定位的准确性，系统采用的GPS模块为UBLOX公司生产的NEO-6M，该模块具有高达50个通道，追踪定位灵敏度可达-161 dBm，输出频率最高为5 Hz［5］。UBLOXNEO6M模块自带陶瓷天线、体积小、隐秘性强，模块通过串口输出定位数据可直接与单片机串口连接，节约了单片机I/O口，不需外加电路，只需配置单片机串口便可实现模块与处理器通信。模块集成了可充电备用电池，能够维持定位数据约半小时。其与STM32控制器的接口电路如图3所示。

　　2.4GSM模块

　　系统中采用的GSM模块为SIM900A，模块内部集成TCP/IP协议，支持GSM、GPRS通信，其通信方式为串口，可直接与STM32串口I/O连接。该模块支持移动2G、移动3G、移动4G、联通2G，通过AT指令实现短信发送和读取以及网络数据连接收发等［6］。其中网络通信有别于传统的GSM模块只能进行短信收发的弊端，通过网络数据的传输，提高系统实时性、减小系统成本，且模块支持串口波特率自适应，有别于市面上绝大多数GSM模块。本设计中GSM模块的串口波特率采用的是9 600 b/s。其与STM32的接口电路如图4所示。

　　由于摄像头对于处理器主频以及处理能力要求较高，通过STM32直接连接摄像头需要耗费单片机大部分资源，以至于影响其他模块的数据处理。为解决该问题，本系统摄像头部分增加一片AL422B FIFO芯片，摄像头将拍摄的图像以帧的方式图5STM32与OV7670的接口电路

　　存储起来，通过配置单片机内部DMA读取图片数据以减小STM32资源耗费，最后将图片数据通过LCD进行显示，由于处理速度很快，看起来就是连续的视频了。其与STM32的接口电路如图5所示。

　　2.6触摸显示屏

　　系统采用分辨率为240×320 的2.4英寸TFT液晶显示器，该显示器集成了触摸功能，是一块电阻触摸屏。采用彩屏主要考虑到显示信息量大，可同时显示经度纬度、时间日期、TF卡使用情况、系统模式等。彩屏能够显示彩色图片，可以和摄像头OV7670配合使用。系统的设置和查看等可通过触摸功能实现，不需要外加物理按键。

　　2.7语音模块

　　在不断完善系统准确性和稳定性的同时，为体现系统的人性化，系统增加了SYN6288中文语音合成芯片，该芯片能够实现中文播放，只需要将播报的中文保存在STM32中，通过串口发送给语音芯片便可实现播放，不需要进行文字的编码解码。芯片内部集成功放，可省掉外部功放电路，直接驱动0.5 W喇叭，操作简单。其与单片机之间通过串口通信。与STM32的接口电路如图6所示。

　　2.8烟雾传感器模块

　　作为系统重要组成部分，该模块可实时监测车辆内部可燃气体，本设计采用MQ2传感器。当采用5 V供电时，MQ2传感器输出的电压范围在0~5 V之间，模块上电位器调节出一个参考电压，两个电压通过LM393电压比较器后，可直接输出TTL电平，与单片机连接时，只需要设置STM32的I/O输入模式，判断输入电平高低即可实现对可燃气体的检测。其与STM32的接口电路如图7所示。

　　2.9火焰检测传感器模块

　　的接口电路火焰检测与可燃气体传感器结合在一起使用，能够实现功能的互补，火焰检测模块通过检测波长在特定长度范围内的光源，以实现对火焰的检测，其实现电路与可燃气体检测一样，与单片机通过I/O端口直接连接，检测I/O电平即可。其与STM32的接口电路如图8所示。

3系统软件设计

　　3.1系统功能实现流程

　　本系统主要以STM32微处理器为控制核心，当系统初始化后，触摸显示屏可以显示经纬度以及内存卡使用时间、日期等，还可以把实时记录的定位数据保存到网络和TF卡中。如果检测到车辆周围有火焰、烟雾或是车辆被移动时，语音模块将会报警，并且还会编码短信，读取GPS数据，然后通过GSM模块把相应数据传到用户手中，用户可以通过手机APP和网页Web定位车辆的具体位置。在车辆被移动时，系统内置的摄像头将会自行启动，便于拍照取证。具体流程如图9所示。

　　3.2GPS定位模块程序设计

　　该定位程序设计主要负责完成GPS模块的相关驱动、数据接收和数据处理，从接收的定位数据中解析出经度、纬度、地面速率等定位跟踪信息，并将这些信息存入相应的寄存器中。GPS定位模块程序设计的流程图如图10所示。

　　3.3GSM通信模块程序设计

　　GSM通信模块程序设计主要负责完成无线通信模块的相关驱动，负责车辆信息与手机或电脑用户的无线通信与数据传输。GSM通信模块的程序流程图如图11所示。

4系统调试及其结果

　　系统经过软硬件调试后，能正常收发数据，可实现对车辆信息的安全监控并且能有效地对车辆进行实时跟踪。

　　为某一时刻监测系统测到的各项数据，从触摸显示屏上可以看出TF卡的容量还剩余1 111 MB，经度为103.989 51°，纬度为30.579 71°，速度为0.2 km/h，烟雾、火焰传感器检测到的数据为0，表示一切正常。通过登录Web网页和手机APP，可以在Google地图上定位到车辆的具体位置，具体定位如图13所示。

5结束语

　　为了保障车辆的安全，减少人民的财产损失，本系统为移动车辆安全监测提供了一种新的解决方案。与传统方式相比，本系统在稳定性、实时性、处理速度、功能、可扩展性等方面优势突出，而且安装携带方便、成本低，能在恶劣环境下使用。同时引入当今较为广泛应用的手机APP功能，实现对车辆信息的便捷有效查询，以及辅助使用计算机网页界面访问查询监测，实现了对车辆安全信息的全方位多功能监测。本系统在车辆被盗取证和对车辆的实时监控中有很好的实用价值和社会价值，应该得到大力发展与推广。

　　参考文献

　　［1］ 宋清昆,刘小磊.GPS车辆监控系统车载终端的设计与实现［J］.自动化技术与应用,2009,28(12):4246.

　　［2］ 王国庆,朱峰,杨华冰. 基于ARM的远程监控系统的设计及实现［J］. 电脑知识与技术, 2011, 7(23)：57715772，5775.

　　［3］ 陈致远,朱叶承,周桌泉,等.一种基于STM32的智能家居控制系统［J］.电子技术应用,2012,38(9):138140.

　　［4］ 蒙博宇. STM32 自学笔记［M］.北京:北京航空航天大学出版社， 2012.

　　［5］ 张凤传,苗玉彬,刘印锋,等.基于GPS/GPRS/GIS的智能公交监控系统［J］.计算机工程,2008，34(22):277279.

　　［6］ 刘世俊.基于GSM的远程呼叫系统［J］.电脑与电信,2008(8):4143.