车载智能点火控制及视频防盗系统的设计与实现

【摘要】本文设计了基于ARM7 LPC213X的车载智能点火控制及视频防盗系统。系统实现了驾驶员酒精浓度自动测试，酒精超标汽车自动熄火；汽车点火成功后，摄像头自动拍摄驾驶员头像通过GSM发送至车主手机上，发现车辆被盗，车主可以立即通过发送指令让汽车熄火，汽车就无法开动，从而达到防盗的效果。

【关键词】ARM7 LPC213X；酒精检测；点火控制；视频防盗；GSM；汽车熄火

1.引言

中国自从加入WTO，汽车工业得到飞速发展，汽车已成为中国人的主要交通工具，很多家庭拥有多辆中高档小汽车，小汽车数量的剧增，很多问题也随之而来。例如，饮酒或醉酒后驾驶汽车的概率提高，给道路交通安全带来严重隐患；汽车财产被盗案件增加，直接导致社会和人民群众的经济损失。目前市场上汽车电子产品种类繁多，酒精检测仪只在交警执勤时才被使用，人们还没有自觉使用，并且体积比较大，还要用力吹气，若被测试者不配合就无法检测；防盗类智能产品种类繁多，主要防盗原理有两种：第一种就是声光报警。当汽车被非法触碰或进入时，发出赤耳的警报声，引起周围人的注意，对不法分子具有一定的恐吓作用，但警报声响很快就结束，并且由于这种类型报警器被广泛使用，即使在外界有较大声源影响下都会发出报警声，使得大家对这种声音已经越来越不敏感了，它的报警作用也容易被忽略，防盗效果不好。第二种就是利用GPS定位系统，当车子被盗走后可以根据车载GPS定位系统尽快找到丢失的车辆。这方法虽好，但在GPS无法精确定位的地方也是很难找到丢失的汽车，所以这种防盗系统也存在缺陷。

基于以上描述的这些问题，本文设计并实现了一种基于嵌入式系统的车载智能酒精检测点火控制及视频防盗功能的系统，能从根本上解决这些问题。

2.系统结构

本文设计的车载智能点火控制及视频防盗系统以下简称该车载智能系统，它能自动检测酒精含量是否超标，如果超标，就由主控核心电路发出指令控制汽车点火电路断开，汽车熄火无法开动，有效地从源头禁止酒后驾驶车辆，从而降低由于饮酒驾驶车辆发生交通事故的概率，也保护驾驶员的生命安全；另外它能够在汽车点火瞬间自动拍摄驾驶员头像并发送到车主手机上，一旦发现车辆被盗，车主可用手机立即给该车载智能系统发送汽车熄火指令去控制汽车熄火，汽车无法开动，汽车免于被盗，防盗效果高于同类产品，防盗功能得到突破性提高。该车载智能系统的硬件结构框图如图1所示。它由主控电路、酒精检测电路、汽车点火控制电路、摄像电路、GSM/GPRS电路五个模块组成。主控电路是整个系统的核心，它通过给各个子电路系统模块发送命令，控制各个模块工作。酒精检测电路模块的功能主要是完成酒精信号的采集，转变成模拟电信号作为主控电路模数转换的输入电信号使用。汽车点火控制电路通过主控电路的ARM发出有效电平控制点火电路的通断。摄像电路用于对驾驶员头部拍照。GSM/GPRS电路用于发送头像彩信和接收指令短信。

3.系统硬件设计

3.1 主控电路模块

根据该车载智能控制系统的功能要求，主控模块必须要满足处理速度高、功耗低、存取速度快、传输速度高、多个中断处理等要求。经过各方面比较，选用性价比相对较高的智林测控技术研究所的Z213X开发板作为主控电路板。Z213X开发板使用的核心器件是LPC213X。LPC213X是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，带有32kB嵌入的高速Flash存储器，具有高性能和低功耗的特性。ARM结构是基于精简指令集计算机（RISC）原理而设计的。指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机简单得多。这样使用一个小的、廉价的处理器核就可以实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。宽范围的串行通信接口和片内32KB的SRAM使其为应用提供巨大的缓冲空间和强大的处理功能。Z213X/4X开发板拥有2个32位定时器、2个10位8路ADC、1个10位DAC、PWM通道和47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断。为了满足主控电路与外部电路模块通信的要求，在这里准备了两个串口，分别是串口0和串口1。串口0的第2、3脚分别与LPC213X的P0.8和P0.9连接，串口1的第2、3脚分别与P0.8和P0.9连接。摄像电路是通过串口0与主控电路连接在一起的。而串口1是用于连接GSM/GPRS通信模块和主控电路的。

3.2 酒精检测电路模块

酒精检测电路很简单，主要由酒精传感器、LM358双运放器和电阻组成。工作原理是通过酒精传感器采集酒精信号，将该信号转换为电信号输入LM358进行信号放大后，再将此模拟电信号送到主控电路Z213X开发板的LPC213X芯片的第15脚P0.30进行AD转换，得到的酒精含量数值与参考值相比较，若超过参考值则主控电路给汽车点火控制电路发出切断电源的信号，汽车熄火，无法开动，从而避免饮酒或醉酒驾驶行为发生，从根本上降低交通事故发生。

3.3 摄像电路模块

摄像电路采用的是广州谱泰通信公司设计生产的PTC01功能电路板。它是一款集图像采集、拍摄控制、红外补光、数据压缩、串口传输于一体的工业级图像采集处理设备。其内置的高性能数字信号处理芯片实现了对原始图像的高比例压缩。产品图像输出采用标准JPEG格式，可方便地兼容各种图像处理软件；标准的三线式RS-232通信接口以及简单的图像传输协议使得摄像头可以方便地实现与各种嵌入式系统的连接；附加的红外补光功能可令产品在各种光照条件下清晰成像，这对车载智能系统在光线较差的地方也能保证放在驾驶室内的摄像头拍摄到较清晰的相片。PTC01串口摄像头与外部处理器的通讯接口为RS232接口。摄像头引出四根线，红色、黑色、蓝色、绿色。红色接电源的正极（+5V），黑色接电源的负极，串口的第5脚，蓝色接串口的第2脚（RXD），绿色接串口的第3脚（TXD）。当主控电路检测到汽车点火信号的时候就会给摄像头电路发送指令使其工作。PTC01摄像电路工作过程是：第一步，摄像头上电初始化。包括：（1）上电；（2）延时2.5秒；（3）复位指令；（4）设置拍照图片大小指令；（5）设置拍照图片压缩指令。第二步，拍照。（1）发送拍照指令；（2）发送读取所拍图片长度指令；（3）发送读取所拍图片数据指令；（4）发送停止拍照指令。

3.4 GSM/GPRS通信模块

GSM/GPRS通信模块是采用谱泰通信科技公司的PTM100 GSM/GPRS模块开发套件板。它具有普通手机通信的基本功能，如收发短信、彩信等。PTM100有一个DB9串口，这是其与外部系统通信的主要端口。这个串口的第2、3脚分别连接至主控电路板上串口1的2、3脚，通过这个串口与LPC213X的P0.8和P0.9脚分别连接在一起。当主控电路检测到汽车点火信号后，发指令让摄像电路拍照并传回到主控电路的存储器中，再通过串口1将这个图片信息传输到PTM100 GSM/GPRS开发板，GSM再将这个图像以彩信形式发送到预设的车主手机号码上，车主通过查看此彩信，就可以知道当时正在驾驶自己汽车的人是谁，如果是自己允许的驾驶员则不用做任何处理，如果发现汽车被盗，则可以立即用手机发回一条汽车熄火的手机短信到车载智能系统，此系统通过GSM/GPRS开发板，就可以接收到短信，再通过主控电路发出指令读取串口1的信息，读到汽车熄火指令后，主控电路通过汽车点火控制电路实行熄火操作，汽车熄火，无法开动。

3.5 汽车点火控制电路

汽车点火控制电路用继电器来实现。继电器的线圈两端分别与车载智能系统功能板的地端和ARM的P1.23连接在一起。通过程序控制P1.23输出高低电平达到使继电器线圈通断电来控制继电器的两个动触头4与5，和静触头3接触或断开。在这里将继电器的常闭触点5连接到汽车点火系统的点火控制器的电源上，在线圈没有通电即P1.23脚为低电平时，就是收到汽车熄火指令时，汽车点火电路正常，当主人发出熄火指令时，P1.23脚输出高电平，继电器线圈通电，继电器吸合，汽车的点火电路控制器电源断掉，汽车熄火。

另外，此车载智能防盗系统的各个模块所需的电压均在3.3-5V之间，考虑到取电的方便性，采用汽车的车载蓄电池供电，通过变压器将其转换成3.3V供各个模块使用。为了让使用者更灵活的使用此车载智能系统的各个功能，除了有电源总控制按键外，每个模块都有电源控制按键，可以方便的开启或关闭自己不需要用到的功能。比如，车主开启汽车，在汽车点火之前就可以关掉此车载智能系统的总电源，避免此智能系统向自己的手机发送彩信，因为每次发送彩信都需要通信费用。

4.系统软件编程

系统的程序流程图如图2所示。采用C语言编写，关键点有两个：一个是摄像头拍照及传输过程，采用通用的通信协议指令；第二个是GSM模块彩信的发送和接收，用AT指令实现。以下是手机发送指令控制汽车点火系统工作的部分主要程序。

5.系统功能测试与实现

车载智能系统经过调试成功后，将其与汽车点火电路进行连接，能够实现本文所描述的所有功能。系统上电后，初次使用要先用车主的手机拨通车载系统SIM卡的号码，打通后就可以挂断，这时车载系统已经记下车主的号码。接着车主要用手机给车载的SIM卡发送6个8数字短信，这样车主的手机号码才被车载智能系统当成管理员，车主手机即管理员会立即接收到“绑定超级用户成功”的短信，这样它才会去执行车主号码发来的指令，其他手机号码的任何指令不执行。如果要更换管理员，就要先删除当前管理员的身份。如果车主手机给车载智能系统的SIM卡发送6个3数字短信就可以删除管理员身份了。为了检验酒精检测控制点火的功能，将酒精靠近酒精检测电路的传感器旁，已经点火的汽车会自动熄火，从而避免酒后驾驶汽车。汽车正常点火后，放在汽车驾驶室的摄像头就会自动拍照，然后通过GSM模块发送出去，车主手机就会接收到一个驾驶员头像的彩信，车主通过查询手机彩信，根据头像辨别，若是认识的人开车，不用发送任何指令；若发现是陌生人，这时候就可以直接回复一条熄火指令6个0到车载智能系统的SIM卡号码上，主控电路检测到熄火指令，控制ARM LPC213X的P1.23脚输出高电平，继电器吸合，汽车点火控制电路电源断开，汽车熄火，无法开动，从而达到汽车防盗的作用。如图3所示是已完成的车载智能酒精检测及视频防盗系统的功能板。

及视频防盗系统的功能板

6.结束语

该车载智能系统能够从根本上杜绝酒后驾驶的发生。汽车数量的迅速增长，也让不法份子有机可乘，视频防盗能有效起到防盗的作用。汽车安装上这个系统，能给人们的生命及汽车财产安全带来更大的保障。

参考文献

[1]苏维嘉，李鑫，阮彬鑫.远程心电监测系统的研究[J].电子技术应用，2012，38（4）：13-15.

[2]王铭，倪平，王冬，李道德.基于3G网络的远程无线综合监控系统[J].电子技术应用，2011，37（1）：114-119.

[3]李百华.汽车发动机电控技术[M].人民邮电出版社，2009.

[4]刘洪涛.ARM嵌入式体系结构与接口技术[M].人民邮电出版社，2009.

[5]穆煜.嵌入式应用程序设计[M].人民邮电出版社， 2009.

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