基于C51单片机的汽车嵌入式车载防盗系统设计方案

1.引言

目前防盗器市场的主流产品是电子式防盗器，分为单向防盗器和双向防盗器，这两种防盗器都是车主通过遥控器来控制汽车，双向防盗器可以把车辆的真实状况反馈给车主。

GPS汽车防盗器依托全球定位系统，它将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。由于车主不能直接控制车辆，价格和使用费用较高，使其推广应用受到很大限制，目前还没有普遍使用。GSM汽车双向防盗器是网络式防盗器的后起之秀，它依托全球GSM网络，车主可直接通过手机接受报警和控制车辆，性能价格比较好，它代表着汽车防盗器的发展趋势，自推出以来收到客户的青睐。

本文提出的汽车嵌入式车载防盗系统属于GSM防盗系统，没有采用昂贵的GPS模块，CPU采用了C51单片机，市场价格低廉，经过多年工业应用，稳定可靠，具有很高的性价比。

2.时间触发模式

电子控制系统一般都是实时系统，常需要处理许多并发事件的输入数据。这些事件的到来次序和几率通常都是不可预测的，而且还要求系统必须在事先设定好的时限内作出响应。

对于如何控制系统的复杂行为，普遍采用的是事件触发方案，即系统的所有行为响应外部事件而执行。然而，中断丢失与事件触发系统的开销是人们经常忽略的问题。为了满足安全，低成本及程序尽可能简单等苛刻要求，电子控制系统的开发最终走向事件触发结构。事件触发意味着所有的采样输入，计算输出结果等相关的动作在预定的时间前执行，因而能保证准确的调度时间。

时间触发模式是一种利用MCU的硬件定时器产生的时标信号对多任务进行调度的嵌入式软件模式，它可以应用于8位51系列单片机上。时间触发模式可以将控制精度控制在毫秒级，很适合于实时控制系统。在时间触发嵌入式系统中，设计人员能够通过仔细安排可控的顺序，保证一次只处理一个事件。除了能够提高可靠性之外，时间触发模式中对于存储器及CPU资源的占用很少，即使在小型嵌入式系统中采用这种系统结构，也能从中获益。

时间触发合作式调度器通常通过一个定时器硬件定时器来实现，多有的任务都是时间触发的，这也意味着出了定时器中断以外，没有其他形式的中断。硬件定时器将被设置为产生一个周期中断信号，这个周期中断信号频率可以到1KMz。

时间触发合作调度器的主要功能就是唤醒预先确定好时间执行的任务。在工作期间，调度器检查静态的任务链表，根据任务的周期判断是否有任务需要执行。如果有则立即执行任务;任务执行完后继续检查任务链表，重复上一个过程。完成链表检查后，CPU可以进入休眠状态，等待下一个时钟节拍的到来。其任务调度机制如图1所示。由于合作式调度器能保证在同一时刻，系统中只有一个任务被触发，而且在任何时刻系统中都可以保证有任务在执行。这样，系统的使用效率得到了提高。

合作式调度器可靠且可预测的主要原因式在任何时刻只有一个任务是活动的，这个任务运行直到完成，然后把CPU的控制权交给调度器。如果采用抢占式调度，有多个活动任务执行“上下文切换”和“关键段保护”等将增加系统的开销。许多研究表明，相对于抢占式调度器，合作式调度器具有很多优点。

3.系统概述

3.1系统功能分析和状态转移图

经过需求分析，我们定义了系统应该实现的功能如下：

1)系统将监视汽车发动机的状态;

2)系统可以接受手机用户的设置，并设置手机号码;

3)如果系统报警开启，汽车启动时，将通过无线模块给指定的手机用户报警;

4)系统接受手机用户的控制短信，对汽车进行断油，断电处理;

5)系统接受手机用户的查询短信，可以报告汽车的位置，在市区可以精确到无线小区;

6)系统将采取确定的措施以确保系统的稳定性。

以上的各项目标功能同时也是衡量系统设计的指标。在以后面的设计中，我们将利用有限状态机等工具将各项功能进行进一步细化，直到完成系统的软硬件设计。

基于对系统工作流程的分析，进一步我们可以设计出系统的状态转移图(图2)，从上面我们可以清晰的看到系统的工作流程。

3.2系统模块构成

嵌入式系统设计中常用模块化设计方法，以降低开发难度，减少各个部分之间的耦合度，增强系统的稳定性。如图所示，整个系统主要由CPU，传感器，RS232接口以及GSM模块构成。其中CPU是系统的核心控制部分，负责接受各模块信号，进行处理，并控制其它模块;传感器探测汽车被启动;GPRS模块用来收发短信，向车主手机通过RS232接口与CPU进行通信;电子开关电路用于控制汽车电路系统，能够达到对汽车断油，断电的目的。

3.3系统硬件部分

1)采用了Atmel公司生产的AT89S52单片机作为处理核心，该处理器有32个I/O口，3个Timer，最多支持8个中断。因为256B的片上RAM资源不够，所以系统使用了扩展的64KRAM，此外AT89S52的8K片上flash对于该系统来说已经足够。该处理器可以支持不同的功耗模式，适用于对于成本和功耗敏感的场合。

CPU外接型号为AT24C01的EEPROM作为数据存储器，用来存放车主电话号码等信息。AT24C系列串行E2PROM具有I2C总线接口功能，功耗小，宽电源电压(根据不同型号2.5V～6.0V)，工作电流约为3mA,静态电流随电源电压不同为30μA～110μA。系统中使用了P2口模拟I2C总线与E2PROM连接，这样的方式相比硬件实现I2C协议可以简化电路，降低成本。

AT89S52芯片中提供了内置看门狗，在一定的时间周期内，我们必须对看门狗的寄存器进行设置，如果没能及时设置，看门狗将使系统复位。