基于Cortex—M3的低功耗汽车防盗系统设计

摘 要：针对汽车防盗系统的功耗问题,本文介绍了一种低功耗智能型汽车防盗系统,文中详细阐述了系统组成和软硬件设计.该系统采用G/GPRS和GPS模块分别实现了信息收发和车辆定位,从而实现对车辆被盗报警和远程遥控.运用Cortex-M3架构的微型处理器,使系统结构简单、功能强大,并降低了功耗,有效地提高了车辆报警系统的防盗系数.

关键字：Cortex-M3；G；GPS；低功耗

随着人们生活水平的日益提高,汽车已经逐步进入人们的日常生活中.这就让不法分子有了可乘之机,导致了汽车盗窃日益猖獗.近年来,利用G/GPRS移动通信网络及GPS全球定位系统,解决了普通防盗器无法解决的距离限制和易于的难题.但是随着功能的增强以及外设的增多,功耗问题成为了各系统的主要矛盾.许多方案对于功能和功耗无法做到平衡,导致防盗系统存在着重大的缺陷.

基于上述原因,本文设计了一种网络型智能汽车防盗系统,该系统将GPS定位系统与G网络相互结合,运用Cortex-M3架构微处理器,使系统结构简单、功能强大,并降低了功耗,有效地提高了车辆报警系统的防盗系数.

1系统整体方案设计

本文设计的网络型智能汽车防盗系统主要由三部分组成,即：传感器防盗系统、GPS追踪系统、报警控制系统,系统整体流程图如图1所示.

1.1传感器防盗系统

当车体震动、门控锁、车内红外等节点传感器【1】采集到入侵信息时,通过CAN总线将信息传至主控MCU进行分析与判断.

1.2GPS追踪系统

当发现汽车非法入侵后,向车主发送入侵短信,并通过GPS全球定位系统确定汽车所在位置信息,把汽车所在的位置,路况信息可以实时的传送到PC机监控端或者车主手机,这样对车辆的监控起到关键的作用.

1.3报警控制系统

当MCU判断为非法入侵后,启动报警系统.车主及车辆监控中心根据车辆所处环境,可通过短信方式发送给车载系统的MCU,使其对汽车的发动机系统,进行切断油路和熄火等措施.

2硬件结构

本系统采用Cortex-M3微处理器【2】EFM32芯片作为主控芯片.由于该系统对低功耗要求苛刻,所以采用3.3V锂电池.该防盗系统配备展模块包括GPS模块、G模块、CAN总线模块等.系统的硬件框图如图2所示.

2.1主控MCUEFM32TG/G

EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARMCortex-M3内核设计而来的高性能低功耗32位微控制器,适用于“三表”（电表、水/热表、气表）、工业控制、警报安全系统、健康与运动应用系统、手持式医疗设备以及智能家居控制等领域.

EFM32的封装为QFP48,一般系统中,EFM32系列芯片的Flash和RAM资源从2～4KB和8～32KB；由于车载系统功能复杂,对于MCU的Flash和RAM资源要求有所提升,可选用Flash和RAM资源从8～16KB和32～128KB.

2.2GPS模块

系统采用GR-87型GPS模块,它通过串口与开发板进行对接.

GR-87采用SIRFIII芯片,是当前灵敏度最高的模块；结构小巧、性能优良的20通道接收机；可以在小型的封装里输出所需的数据,简单易用；模块内有实时时钟、1PPS定时输出、DGPS波特率可选输入、NMEA0183波特率可选输出.

2.3交互与通信

选用EFM32带EBI或TFT驱动器的系列芯片扩展液晶屏、用LEUART扩展远程警报使用的G模块、使用I/O扩展用户交互操作按键.

选用EBI接口实现扩展液晶屏显示时,需要选用8080接口带Driver芯片的液晶屏,而选用片内带TFT驱动器的MCU时,选用RGB565接口的标准液晶屏接口即可.在简单的门锁系统中也可以省略显示液晶屏,又或者选用EFM32片内带有LCD控制器,驱动段码式的液晶屏进行简单的操作指引.在采集到GPS定位信息后,主控MCU可通过LEUART发送对应的AT指令执行,控制G模块以短信形式通知用户.

2.4供电电源

EFM32的工作电压为1.8～3.8V,工作电压范围比较宽,有利于电压模块的简单设计.因此智能门锁可以选用3.3V的锂电池系统供电,无需前端添加LDO芯片.相对于传统的2.8～3.6V的MCU,EFM32省略了升压芯片、电荷泵等前端芯片.

2.5系统硬件低功耗方案

EFM32是具有5种功耗模式,在RTC在运行,LEUART、LCD控制器、DMA可运行的EM2模式下,功耗电流仅为900nA,在关断模式Em4,功耗电流仅20nA.优异的MCU低功耗特性将为延长门锁的电池寿命起到极其关键的作用.为了满足低功耗应用场合的需求,EFM32具有完善的低功耗工作机制和极低功耗的外设,通过PRS与DMA的结合,LEUART可以工作在无内核干预的睡眠模式.在内核睡眠模式无内核干预的情况下,LCD可以保持显示.本系统综合考虑EM0到EM4的外设状态及用电量,采用EM2状态的用电模式.

3系统软件设计

3.1软件系统整体设计

本系统中采用的操作系统[1]是uC/OS-Ⅱ.它是一个嵌入式多任务实时操作系统,具有简洁高效、易于移植、可裁剪等特点.针对本系统各模块设计了相应的功能,主要包括各外设的初始化、主程序任务、串口唤醒任务和串口接受GPS信息以及发送AT指令任务.

本系统的主程序任务为在EM2下的RTC定时器.预设给RTC的匹配寄存器值,当定时器计数达到匹配寄存器的值时进行中断.这时就会唤醒EM2的状态,此时任务调度给GPS的采集任务,先使能GPS.而当进行GPS采集时,可以运用低功耗方案原理令串口的接受中断,从而进行EM2和EM0的快速转换从而实现低功耗的耗电模式,当GPS采集任务完成后,将会用延时的调度方法进入串口发AT指令任务,此时串口又可进行低功耗工作模式.图3为系统的工作流程图.

3.2程序时钟源管理

EFM系列MCU有4个时钟源,两个高频时钟源和两个低频时钟源.每种时钟源有两种形式,一种是晶体振荡器组成时钟源,一种是RC振荡器形成时钟源.可以根据精度要求自行选择.5种用电模式中,EM0是所有的时钟源都开启,成为激活模式,当需要内核来处理数据时必须在EM0状态下进行.而进入其它的模式只是在给定的低频外设进行数据的接受或传输,当需要内核来处理数据时还需要进入EM0模式.

3.3GPS工作流程

车载端GPS接收机在接收数据后根据NMEA协议对GPS信息进行处理.以处理GPRMC语句为例,通过Splitfromstring函数把GPRMC信息,每两个逗号之间的数据取出放到datatemp数组里面,根据GPRMC协议的格式,将用户经度,纬度等当前数据显示到指定位置.

4.总结

本系统所选用的基于Cortex-M3的EFM32微型处理器,设计了一种网络型智能汽车防盗系统.该系统实现了低功耗、低成本、高性能,使车载系统不再为电源的供电消耗问题而担忧,真正实现了绿色环保,相信在不久的将来本系统的低功耗方案会应用于车载防盗平台.