专利名称：具有定位、通信和防盗报警一体化的车载设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及车辆的车载设备，尤指一种具有全球卫星定位、全球数字蜂窝移动通信和防盗报警于一体化的车辆的车载设备。
应用于车辆之上的车载设备，诸如全球卫星定位系统，通信系统以及防盗系统等目前越来越普遍。全球卫星定位系统(简称GPS)，是利用GPS进行绝对定位的基本原理，是以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离或距离差为基础，并根据已知的卫星瞬时坐标，来确定用户接收机天线所在的点位，即观测站的位置。GPS进行定位方法的实质，即是测量学中的空间距离后方交会。当用户接收设备安装在运动的载体上，并处于动态的情况下，确定载体瞬时绝对位置的定位方法，称为动态绝对定位，动态绝对定位，一般只能得到很少或没有多余观测量的实时解。这种定位方法被广泛应用于飞机、船舶以及陆地车辆等运动载的导航。
车辆之上用于调度通信的设施，目前逐步以全球数字蜂窝移动通信(简称GSM)为主，它是由模拟蜂窝移动通信技术发展起来的。GSM系统集中了现代信源编码技术，信道编码、交织、均衡技术、数字调制技术，话音编码技术以及慢跳频技术，同时在系统中引入了大量计算机控制和管理。GSM系统提供多种电信服务，包括语音、电文、图像、传真、计算机文件、消息等。它具有高频谱效率，安全性、稳定性好，集成度高，容量大，开放性接口，抗噪音性能强，业务灵活，覆盖范围广，容易实现全球联网，所有条件下覆盖区域内信息质量都较好，包括高噪声环境，小区无扰及漫游性能好，移动业务数据可靠率高。另外GSM还同时具有传输点对点短消息业务，并能区分接收短消息的“移动台被呼点对点短消息业务”(SMS-MT/PP)和使GSM用户能向另一个GSM用户发短消息的“移动台呼叫点对点短消息业务”(SMS-MO/PP)。以及另一种短消息业务“蜂窝广播短语信息业务”(SMS-CB)，它能以固定时间间隔将一般的短消息向给定地理区域中所有用户广播。因而在通信方式上，GSM提供的短消息业务较适合GPS车辆调度监控网络的要求。
车辆的防盗报警系统是通常采用声光报警系统，同时还附带门窗的自动关闭和开启等功能。但是传统的定位设备和通信设备以及防盗报警系统是分开的，即通常是采用分立式设备单独工作的，即是现在所具有的通信和定位一体化的设备也只是在设备之间进行电缆相连实现数据上的传输，但此类设备对使用者而言操作上比较繁锁，而且在功能上也不是很强。以上是现有的使用于车辆之上的定位、通信等车载设备的主要不足之处。
本实用新型的目的在于提供一种具有全球卫星定位、全球数字蜂窝移动通信和防盗报警于一体化的车载设备，它将定位、通信和防盗功能通过计算机系统有机地结合起来，使整个车载设备的智能化程度大为提高，且还具有操作简便、可靠性高的特点。
为了实现上述的任务，本实用新型采用的解决方案是提供一种具有全球卫星定位、全球数字蜂窝移动通信和防盗报警于一体化的车载设备，该车载设备主要包括主控单元、防盗报警器模块、全球数字蜂窝移动通信模块，全球卫星定位接收模块；其中主控单元作为核心，把防盗报警器模块、全球数字蜂窝移动通信模块，全球卫星定位接收模块有机地结合在一起，其特点在于主控单元是一套单片机系列，包括单片微处理器、随机程序存储器、通过软件设置成地址译码和地址锁存功能的可编程芯片，另外还扩展有异步串行通信芯片；上述零部件通过计算机总线也即地址、数据、控制总线相连。
防盗报警器模块主要是由传感器组成，分为采集和控制二大类。该防盗报警器模块通过光电融合器和主控单元之中的单片微处理器相连。
全球卫星定位接收模块与主控单元之中的异步串行通信芯片的其中一个异步串行扩展口相连，且将全球卫星定位模块接收的数据传输给主控单元。
全球数字蜂窝移动通信模块与主控单元之中的异步串行通信芯片的另一个异步串行扩展口相连，且与主控单元之间进行双向传输通信数据。
另外在该车载设备上还可增加液晶显示模块，该液晶显示模块由液晶显示屏组成且以异步串行方式通过电平转换芯片和主控单元之中微处理器上的异步串行口相连，且接收从主控单元传输过来的数据，并且在液晶显示屏上显示出汉字信息。
由本实用新型的结构特征可知，本实用新型和传统的车辆的车载设备相比较具有如下有益效果，由于本实用新型采用单片机系列把传统的全球卫星定位接收模块、全球数字蜂窝移动通信模块和防盗报警器模块有机地结合起来，因而在功能上有了极大的提高，且还具有体积小，可靠性高、成本低的特点，此车载设备可提供通话功能，利用GSM网络进行话音通信，也可提供短信息服务，收发短信息，支持主叫显示，可利用短信息周期性的向指定号码发送位置信息，也可设置为报警器触发或被叫时发送位置信息，车载设备可将防盗报警器的信息和位置信息发送到指定号码，也可接收控制信息来控制防盗报警器进行开关车门、切断电路的操作。外部可选接液晶显示模块配件，可传输调度信息及常用工作用语等汉字信息，提高调度效率和可靠性。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
再做一详细的描述。
图1是车载设备结构框图。
图2是车载设备的信息交换过程框图。
图3是车载设备主控单元以及液晶显示单元的电路设计原理图。
图4是车载设备防盗报警器模块的电路设计原理图。
图5是车载设备的GPS和GSM模块与串行口连接的电路设计原理图。
图6是ISP1016集成电路连接示意图。
请参阅
图1是车载设备结构框图。其中主控单元1，负责信息采集及控制通信模块发送信息，全球卫星定位接收模块2提供当前时间、经纬度和行驶方向、速度等信息；全球数字蜂窝移动通信模块3提供双向交互通信；防盗报警器模块4是提供开关量信息的传感器组，可包括速度、振动、比何等传感器，也包括控制切断电路的继电器等部件；液晶显示模块5，可显示调度信息及常用工作语等汉字信息，并提供良好的人机界面。
请参阅图2是车载设备的信息交换过程框图。外界可通过设备提供的GPS信息、传感器信息和工作状态信息来向该设备发送调度控制信息，以协调操作者或车辆的工作状态。
请参阅图3、图4、图5、图6是车载设备的电路设计原理图。该车载设备由五部分组成，分别为主控单元1(简称MCU)、防盗报警器模块4、全球数字蜂窝移动通信模块3(简称GSM模块)、全球卫星定位接收模块2(简称GPS模块)和液晶显示模块5。其中主控单元1作为核心，把防盗报警器模块4、全球数字蜂窝移动通信模块3，全球卫星定位接收模块2、液晶显示模块5有机地结合在一起。
一、主控单元1既有数据的处理，又有开关量的控制，所以选用8位的MCS-51系列单片机，MCS-51内部含有一个功能很强的8位处理器，它由算术逻辑运算部件(ALU)、布尔处理器、控制器和工作寄存器等组成。内部通过三总线(数据线、地址线和控制线)方式连结。
请参阅图3，在芯片的选用上，因为本设备的外围器件较多，且数据的吞吐量相对于其他的MCS-51系统来说比较大，所以主频采用24MHZ，且选用片内带64K*8字节的只读程序存储器(ROM)的MCS-51系列的W78E616-24BP单片微处理器IC1，并外扩32K*8字节的随机程序存储器，使用的静态随机存储器(RAM)是62256芯片IC4满足系统的需求，并为以后的设备升级留下很大的余地。
W78E616-24BP芯片IC1是华邦公司最新生产的与MCS-51系列完全兼容的微处理器。与80C32具有完全相同的封装，同时提供了80C32具有的所有功能。由于采用了重新设计的微处理器内核，在原来的基础上增加了一个4位的端口P4，使系统的端口总线增加为5个，省去了外围接口的扩展，并使系统的中断增加了2个，增强了系统的实时处理能力。具有很高的性价比。
请参阅图5，另外采用ST16C2550芯片IC3作为异步串口的扩展，扩展两个串口与GPS模块和GSM模块进行通讯。ST16C2550芯片IC3是EXAR公司生产的双异步串口(URAT)芯片，该芯片有8位的数据接口，2个标准异步串行通信接口(RS-232C)，与MCS-51系列的单片机的系统总线完全兼容，可以按照三总线方式(地址、数据、控制总线)直接相连。
同时选用了ISP1016可编程芯片IC2，该芯片可通过软件编程设置成为地址译码、地址锁存和输入/输出(I/O)扩展，加强了系统的可升级性和保密性，降低了系统的组成成本，大大的提高了该设备的性价比，该ISP1016芯片IC2的连接线路图请参阅图6所示。
二、防盗报警器模块4选用南京百利的S503跳码型汽车防盗报警器，主要由传感器组成，其中传感器分为两大类采集和控制(请参阅图4所示)。
采集部分的传感器有震动传感器、引擎盖开关传感器、人为报警传感器和门禁传感器。震动传感器主要检测车内无人时是否有人撬车或损坏车的外观。引擎盖传感器主要检测车内无人时引擎盖是否被撬开。人为报警传感器主要检测车内有人时车上的人是否有险情发生。门禁传感器主要检测车内无人时是否有人非法进入车内。
控制部分的传感器有断电控制器、中央门锁控制器和声光控制器。断电控制器主要的作用是在车辆发生被盗或被抢时，车主可以远程的控制车的供电系统，使车不能发动或者熄火。中央门锁控制器主要的作用是车主可以远程的控制车门的开关，同时控制防盗报警器进入报警状态和解除报警状态。声光控制器主要作用是作为防盗报警器工作状态指示，和防盗报警器进入报警状态后进行声光报警。其中BJ0表示报警传感器0信号输出，BJ1表示报警传感器1信号输出，KC表示空车传感器信号输出，DH表示点火传感器信号输出，MF表示门正传感器信号输出，MZ表示门负传感器信号输出，YQ表示引擎传感器信号输出。
以上传感器的采集信号与控制信号分别经光电耦合的隔离后直接连到MCS-51单片机的P1端口上，节省外围器件的开支。
三、全球卫星定位接收模块2采用MOTOLORA OEM模块板J1作GPS信息接收设备，它由变频器、标频器、信号通道、微处理器和存储单元组成，在完成内部自检后，它将自动接收来自天线的GPS射频信号，经下变频、放大、相关、混频与晶体管逻辑(TTL)转换等一系列处理过程，完成并行通道对其视界内几何位置最佳的数颗卫星的连续跟踪，测量出信号从卫星到接收天线的传播时间，解释出GPS卫星所发出的导航电文，最后经由RS-232C标准I/O口输出串行数据。输出数据格式采用美国国家海洋电子协会制定的NMEA-0183通信标准格式。它与主控单元1之中的异步串行通信芯片ST16C2550芯片IC3的其中一个异步串行扩展口相连，以异步通信工作方式把全球卫星定位系统接收的数据传输给主控单元1(请参阅图5所示)。
其性能如下*使用差分GPS时，定位误差小于5m*无差分GPS时，定位误差小于100m(OFF SA)*无差分GPS时，定位误差小于15m(ON SA)*速度测量误差小于0.2m/s*体积小巧，有利于减少整机所占空间GPS-OEM板的输入、输出语句均按串行通信协议，数据格式设为8个数据位、1个起始位、1个停止位，无奇偶校验，波特率默认值为4800。其NMEA输出数据采用ASCII字符码，其内容包括经度、纬度、高度、速度、时间、日期、航向、卫星状况等众多信息，语句达数十种之多。但最为常用的是GGA定位数据语句，其结构为
$GPGGA，D1，D2，D3，D4，……D12*hhCRLF其中“$”……语句起始标志；“GP”……交谈识别符；“GGA”……语句识别符；“，”……数据区分别符；“*”……校验和识别符“hh”……校验和；数据区内容分别为D1协调世界时UTC(hhmmss)；D2纬度(ddmm.mmm)；D3北纬或南纬(N/S)；D4经度(dddmm.mmm)；D5东经或西经(E/W)；D6GPS状态指示，0=无效，1=GPS有效，2=DGPS有效；D7捕获卫星数目(00～08)；D8水平精度因子HDOP(1.0～99.9)；D9自平均海平面的天线高度(-9999.9～99999.9米)；D10大地水准面高(-999.9～9999.9米)；D11差分GPS改正数的有效期(若无DGPS，无效)；D12差分基准站标识(0000～1023)；CRLF为语句结束符。
单片机对OEM板定位数据的读取过程如下等待读取第一个数据，判断是否为$，是$就等待第二个数据，判断是否为G，若不是G，就返回至开头，重新等待读取；以此继续下去，直到顺利读取$GPGGA以后，依次读取紧跟着的数据区数据，直到最后的LF，这样就读取了一次位置信息。通过以上过程可以方便的对GPS-OEM模块板输出数据进行读取。
四、全球数字蜂窝移动通信模块3采用MOTOLORA D-10 GSM模块板J6作为GSM网的接入设备(请参阅图5所示)，它与主控单元1之中的异步串行通信芯片ST16C2250芯片IC3的另一个异步串行扩展口相连，以异步通信工作方式与主控单元1之间进行双向传输通信数据。采用RS-232C标准的I/O接口电平作为控制端口，另外有一个模拟接口作为话音通道。为实现车载电话的功能，采用液晶显示屏(LCD)加键盘组成一个拨号手柄J2，手柄J2与GSM模块板J6模拟接口直接通讯实现拨号、摘机、短信息收发等GSM手机的一般功能。GSM模块板J6的控制端口满足GSM07.07和GSM07.05协议，主控单元1通过串口扩展芯片IC3与GSM模块板J6进行通讯，使用GSM模块板J6与中心的调度监控软件进行联络，向中心发送定位信息和调度信息。
五、液晶显示模块5为一个可选的配件，该液晶显示模块5由液晶显示屏L1组成，该液晶显示屏采用ACM-24080ASR(E)液晶显示板，且以异步串行方式通过电平转换芯片MAX232芯片IC6和主控单元1之中单片微处理器IC1上的异步串行口相连，且接收从主控单元1传输过来的数据，并且在液晶显示屏L1上显示出汉字信息(参阅图3所示)。主要组成为240*64的图形点阵、汉字库和RS-232C接口。图形点阵全屏可以显示15*8=60个汉字或30*8=240个英文字符，显示为中文或英文，可切换。汉字库包括国标一、二级全级全部汉字和字符8192个。RS-232C接口为标准的RS-232C电平，采用标准的异步通讯协议与主机通讯。串口的电平转换采用美信公司的MAX232芯片IC6双通道RS-232C驱动器/接收器，内部有电压倍增和转换电路电路，只需+5V电源便可实现TTL电平与RS-232C电平转换，使用起来十分方便。MAX232芯片IC6引脚及典型电路所下示。参阅图3所示，一个MAX232芯片IC6可连接两对收/发线，从而完成TTL～EIA双向电平转换，其中，TTL/CMOS电平0V～5V，RS-232C电平-12V～+12V；外部电容数目为四，标称值为1.0微法；传送速率120k波特率。
液晶显示模块5主要用来显示系统中心传来的信息，并做一些相映的应答，回传给中心。
车载设备工作过程为设备加电后，首先防盗报警器工作，锁住车门、断电、喇叭响等。主控单元初始化GPS模块和GSM模块，向GPS模块发送输出定位信息指令，使其输出定位信息；向GSM模块设置工作方式，短信息中心号，接收手机号等。初始化完成后防盗报警器开始正常工作，主控单元开始按照服务中心分配的方式发送定位信息。在待机状态下，如报警器报警主控单元向服务中心发送报警信息。服务中心有调度信息下发，主控单元接收后，通过串口送给液晶屏，等待车上的人应答后，由液晶屏送给主控单元通过GSM模块送回服务中心。
权利要求1.一种具有定位、通信和防盗报警一体化的车载设备，其特征在于包括有主控单元、防盗报警器模块、全球数字蜂窝移动通信模块、全球卫星定位接收模块；其中主控单元是一套单片机系列，包括单片微处理器、随机程序存储器、设置成地址译码和地址锁存功能的可编程芯片、异步串行通信芯片；该单片微处理器，随机程序存储器、可编程芯片、异步串行通信芯片以地址、数据、控制总线方式相连；防盗报警器模块由传感器组成，该防盗报警器模块通过光电耦合器和主控单元之中的单片微处理器相连；全球卫星定位接收模块与主控单元之中的异步串行通信芯片的其中一个异步串行扩展口相连，且传输定位数据给主控单元；全球数字蜂窝移动通信模块与主控单元之中的异步串行通信芯片的另一个异步串行扩展口相连，且和主控单元之间双向传输通信数据。
2.根据权利要求1所述的具有定位、通信和防盗报警一体化的车载设备，其特征在于该车载设备还连接有用于显示汉字信息的液晶显示模块，该液晶显示模块由液晶显示屏组成且以串行方式通过电平转换芯片和主控单元之中的单片微处理器的异步串行口相连。
专利摘要本实用新型公开了一种具有定位、通信和防盗报警于一体化的车载设备,包括:带有单片机系列的主控单元、与主控单元以串行方式相连的全球卫星定位接收模块、与主控单元以串行方式相连的全球数字蜂窝移动通信模块、防盗报警器模块。全球卫星定位接收模块、全球数字蜂窝移动通信模块、防盗报警器模块通过主控单元之中的单片机系列有机地结合在一起。该车载设备具有功能强、可靠性高以及操作方便简捷的特点。
文档编号B60Q7/00GK2421208SQ0021709
公开日2001年2月28日 申请日期2000年3月31日 优先权日2000年3月31日
发明者周红萍, 魏宇, 雷春霞, 伦观涛 申请人:上海三吉电子工程有限公司