1、摘 要摘 要 電子式車載汽車防盜器的主要功能是防止車輛被盜竊，但是防止盜竊的實時性太差，如果發生盜竊，即使汽車發出聲音報警，由于時間空間的影響無法及時通知車主。網絡式車載汽車防盜器不僅具有電子式的所有功能，而且彌補了電了式的預防盜搶實時性差這一最大缺陷，它基于GSM網絡或其他網絡，是汽車防盜器和車載移動電話的綜合體。 網絡式車載汽車防盜器基于GSM網絡或其他網絡，在車輛發生偷竊時，它能夠及時通過電話或短信通知車主，同時車主可以通過電話進行監聽車內情況，吼嚇竊賊，禁止車輛運行等；在正常情況下，車主可以通過電話或者短信對汽車進行控制，比如設防上鎖，撤防開鎖，預熱點火，熄火等。 本文是在GSM網絡車

2、載汽車防盜器這一產品的成功設計和實現之后的綜合性闡述和歸納。文章著重介紹GSM網絡汽車防盜器的研究和設計，內容涉及到基于WTV70一次性語音芯片的語音系統設計、AT命令對GSM模塊的電話應用和短信應用的控制、電話按鍵產生的DTMF信號的檢測識別等相關知識，其重要工作如下： 第一、汽車防盜器內的語音系統的搭建和調試，主要包括運用WTV170一次性語音芯片錄制產品涉及到的真人語音，以及通過單片機STC89C54RD+對語音芯片的控制。 第二、通過單片機串口發送AT命令控制GSM模塊，其中包括撥打接聽電話和發送接收短信的控制。 第二、車主通過電話按鍵來控制汽車而產生的DTMF信號的檢測，主要運HM9

3、270C/D來接收DTMF信號。 第四、汽車防盜器的外圍控制器的軟件設計，主要包括KEELOQ滾碼射頻遙控器的軟件設計。第五、對項目中的聯調測試過程中出現的故障進行分析并且提出了解決方案，并對進一步的研究提出展望。關鍵詞:汽車防盜器；語音系統；GSM； AT命令；DTMF信號IAbstractTitle Based on the GSM module in the system design of vehicle ABSTRACT The main function of the electronic vehicle security system is to prevent the thef

4、t of vehicles，but it has bad real-time,，and it cannot notices car owner timely，when happening car theft. The network vehicle security system has all the good features of the electronic，and make up for the biggest drawback of the bad real-time of the electronic one，and the network vehicle security sy

5、stem is based on GSM network or other network，which is the Combination of the car security system and mobile phone The network vehicle security system is based on GSM network，when car theftoccurs，it can promptly notices car owner by telephone or SMS，and owners can monitor vehicle，scare thieves，and p

6、rohibit driving by telephone；In normal situation， the owner can controls car by telephone or SMS，such as defense，lock doors，not defense, unlock doors, vehicle ignition, vehicles flameout This paper is a comprehensive description and summary after the successful design of the network vehicle security

7、 systemArticle focuses on product research and design, the research content include voice system design based on voice chip WTV 170，how to use AT command to realize phone applications and SMS applications with GSM module，and the detection and identification of DTMF signal，and so on, its important wo

8、rks as follows： Firstly，design the voice system of vehicle security system，including using one-time voice chip WTV 170 to record real voice，which is product related to，as well as how to control voice chip with MCU STC89C54RD+ Secondly，send AT command control GSM module through serial port，including

9、phone answer and call，SMS Thirdly， detect the DTMF signal，mainly using HM9270C/D to receive DTMF signals Fourthly，design the decoding software of RF remote controller with KEELOQFinally，summarize the experience of the development and test work，and give the prospect in the future researchKey word：Aut

10、omobile security system；GSM；AT order；DTMF signal； III目 錄摘 要IABSTRACTII第一章 引 言- 1 -1.1 研究背景- 1 -1.2 研究現狀- 1 -1.3 工作任務- 2 -1.4 論文結構- 2 -第二章 系統總體設計分析- 3 -2.1 系統功能- 3 -2.2 系統設計思路- 3 -2.3 系統硬件的架構- 4 -2.4 系統軟件的架構- 5 -2.5 本章小結- 6 -第三章 系統硬件設計分析- 7 -3.1 硬件模塊以及關鍵器件電路分析- 7 -3.1.1 嵌入式微處理器 STC89C54RD+- 7 -3.1.2

11、GSM 模塊 SIM300CZ 的硬件設計原理- 8 -3.1.3 語音芯片 WTV170 的硬件設計原理- 10 -3.1.4 雙音多頻解碼芯片 HM9270C 的硬件設計原理- 11 -3.2 基于 KEELOQ 技術的射頻遙控器的硬件實現- 13 -3.2.1 硬件實現 KEELOQ 技術- 14 -3.2.2 中央處理器 MCU 對硬件 KEELOQ 解碼后的遙控信號檢測- 15 -3.3 本章小結- 15 -第四章 系統軟件設計詳細分析- 17 -4.1 防盜系統語音環境搭建- 17 -4.1.1 MCU 對語音芯片 WTV170 控制過程- 17 -4.1.2 系統語音環境的工作流

12、程- 19 -4.2防盜系統的通信過程設計- 23 -4.2.1 AT Command 協議- 23 -4.2.2 電話通訊的相關解析以及按鍵信息識別的相關過程設計- 24 -4.2.3 短信通訊的 PDU/TEXT 碼以及相關協議解析- 28 -4.3 系統軟件測試故障分析和解決- 32 -4.4 本章小結- 33 -第五章 總結和展望- 34 -5.1 對本文的總結- 34 -5.2 對后續工作的展望- 34 -致 謝- 35 -參考文獻- 36 -附 錄- 38 - 1 -第一章 引 言第一章 引 言1.1 研究背景 隨著我國改革開放，人們生活水平的不斷提高，汽車越來越成為人們生活中不可

13、缺少的一部分。從世界上第一輛 T 型福特牌轎車被盜開始，偷車已成為現今城市里最常見的犯罪行為之一。汽車數量增多，車輛被盜的數量也逐年上升，這不僅給給一位汽車用戶的生活和工作帶來很大不方便，而且給社會帶來極大的不安定因素，擔心車輛被盜，成為困擾每一位汽車用戶的難題1。由于上述原因，汽車防盜器應蘊而生。什么是汽車防盜器？簡單說，汽車防盜器就是一種安裝在車上，用來增加盜車難度，延長盜車時間的裝置。由于汽車防盜器的誕生，汽車被盜的情況有所好轉，這個汽車一族的生活以及社會戴上了無形的保護傘。所謂魔高一尺，道高一丈，為了應對不斷升級的狡猾盜車手段，汽車防盜器面臨的是如何提高自己防止盜竊的能力，要不斷的改良

14、和提升，最大限度的防止和預防汽車被盜。1.2 研究現狀汽車防盜器有哪幾種類型？隨著科學技術的進步，為對付不斷升級的盜車手段，人們一代一代研制各種方式、不同結構的防盜器，目前防盜器按其結構可分三大類；機械式、電子式和網絡式。鉤鎖、變速擋鎖等基本屬于機械式防盜器，它主要是告鎖定離合、制動、油門或轉向盤、變速擋來達到防盜的目的，但只防盜不報警。插片式、按鍵式和遙控式等都屬于電子式防盜器，它主要是靠鎖定點火或起動來達到防盜的目的，同時具有防盜和聲音報警功能。網絡式汽車防盜器是隨著電子技術的進步而發展起來的，是市場上推廣普及最為廣泛的一種。具有代表性的是 GSM 無線通訊汽車防盜系統，它依托覆蓋極高的

15、GSM 公眾網絡，利用 GSM 無線通信網絡，采用人車互動主動防盜模式，對車輛進行遠程監控和定位，使車主擺脫了看不到、聽不見的被動防盜尷尬局面，它還具備遙控式防盜器的全部功能，可靠方便，可帶有振動偵測功能。隨著市場防盜器要求的不斷提高，遙控網絡式汽車防盜器還增加了許多方便使用的附加功能，如遙控中控門鎖、遙控送放冷暖風、遙控電動門窗及遙控開啟行李艙等功能。系統充分運用 GSM 移動通訊網絡，結合數字通訊技術、實現對各種移動目標進行狀態監控、調度、防盜報警、求助報警、遠程控制、跟蹤定位、車載電話等功能。目前還出現了一種新型網絡式汽車防盜器，它是 GPS 衛星定位汽車防盜系統(或其他網絡系統)，可以

16、將報警信息和報警車輛所在位置無聲地傳送到報警中心，但是 GPS 入網成本高，防盜器終端設計較復雜，成本過高。它只是高端汽車防盜器的一種發展趨勢【2】。1.3 工作任務本課題是針對遙控網絡式(GSM 網絡)汽車防盜器的設計研究，設計研發的產品也是市場上普及最為廣泛的一種，具有極強的現實意義和經濟效益。主要任務是對以下技術進行了研究和具體實現：1.深入學習 KEIL C 8.05 集成開發環境,并掌握了軟件設計的方法和技巧，并且歸納出適合自己的一套軟件開發經驗。2. 仔細學習了 GSM07.05 和 GSM07.07 規范中的 AT 命令集，并掌握了如何通過 STC89C54RD+單片機串口發送

17、AT 命令控制 GSM 模塊，其中包括電話和短信的收發控制，以及一系列的相關問題。3. 構建了汽車防盜器內的語音系統，以及如何檢測電話按鍵產生的 DTMF 信號，并且根據用戶的按鍵命令來控制相關的繼電器。4. 汽車防盜器的外圍控制器的軟件設計，主要包括運用了基于硬件的 KEELOQ技術的滾碼射頻遙控器的脈沖信號采集的軟件設計。5. 對目前非常前沿的 GPS 衛星定位汽車防盜器以及雙向可視汽車防盜器的展望。1.4 論文結構本文論文結構如下：第一章主要介紹課題的研究背景及現狀、課題的研究內容與創新點。第二章主要闡述系統功能和總體設計思路。第三章主要闡述了系統硬件設計思路，包括了對防盜器硬件結構的分

18、析、關鍵器件介紹以及詳細的硬件模塊設計。第四章主要內容是 GSM 網絡汽車防盜器的系統軟件的設計與實現。內容包括語音系統搭建和調試的軟件設計思路，AT命令對 GSM 模塊控制，DTMF 信號的檢測，以及電話短信的通信原理，最后針對系統聯調測試中出現的軟件故障進行了分析，并且闡述了故障的解決辦法。第五章結論部分主要總結了本課題的研究結果，并且對下一代更為先進的汽車防盜器研究工作做了的展望。第二章 系統總體設計分析第二章 系統總體設計分析作為汽車網絡監控防盜器，其主要依靠 GSM 公網將汽車車載端，車主，報警 中心緊密地聯結在一起，車主和報警中心可以通過 GSM 網絡與汽車車載段進行交互操作。2.

19、1 系統功能電子式車載汽車防盜器的主要功能是防止車輛被盜竊,但是防止盜竊的實時性太差，如果發生盜竊，即使汽車發出聲音報警，由于時間空間的影響無法及時通知車主。網絡式車載汽車防盜器不僅具有電子式的所有功能，而且彌補了電子式的預防盜搶實時性差這一最大缺陷，它基于 GSM 網絡或其他網絡，是汽車防盜器和車載移動電話的綜合體。本系統就是從車主需求出發進行設計，功能全面，車主和報警中心可以通過 GSM 網絡，對汽車車載端進行遠程監控【3】。如圖 2-1 所示，實現功能如下：圖 2-1 系統功能示意圖1. 系統操作時有語音提示，具有遠程設防，撤防，監聽，反竊，定位，自動點火和熄火，緊急報警等多種功能，并且

20、遙控器采用美國 MICROCHIP 公司的 KEELOQ滾動碼跳碼技術，擁有長達 66 位加密序列（若每秒一次不斷按遙控器，需要28年才有密碼重復的機會），使任何復制和解密企圖化為泡影。2. 當汽車遇警發生時（比如受到撞擊，車門非法被打開，汽車非法被啟動，遭遇搶劫等），防盜器會通過短信或電話向車主和預先設置好的報警中心發送報警信息。3. 本系統除了監控防盜，還具有車載電話功能。車主可以在汽車行駛狀態下接聽外部打入的電話。2.2 系統設計思路如同上圖 2-1 所示，本系統主要依靠 GSM 公網的強大支持，最大限度的克服了傳統電子汽車防盜器在遇警后不能及時通知車主并采取措施的弊端，可以說這是汽車防

21、盜器發展到現在最重要的一次飛躍。系統的設計思路主要有以下三點構成：1.防盜器的車載端是以嵌入式微處理器為控制核心，通過自行開發的嵌入式軟件平臺將 GSM 模塊，語音模塊,DTMF雙音解碼模塊和其他汽車防盜器模塊整合到一起。2. 防盜器的車載端主要通過對汽車的中控鎖和點火線圈電路的控制達到對汽車開門關門和點火熄火的控制。3. 防盜器的車載端控制汽車的激勵是通過電話和短信發出的，因此整個嵌入式軟件平臺是以 GSM 模塊的控制為核心展開設計的，當然具有 KEELOQ 技術的滾碼跳碼遙控器的硬件實現也是設計的關鍵內容，不僅如此，整個防盜器內還有一個友好的語音平臺，這些都將在以后的章節中介紹分析。2.3

22、 系統硬件的架構本系統的目標板結構框架如圖 2-2 所示。該系統車載端主要由嵌入式微處理模塊、GSM 模塊、語音模塊、雙音解碼模塊、KEELOQ 編解碼模塊以及繼電器組等六個部分構成。圖 2-2 系統硬件構架圖如上圖 2-2 所示，系統的大腦核心是中央微處理器MCU，由它來調配各個模塊的協同工作，GSM模塊SIM300C負責與GSM公網通訊，語音模塊WTV170 則構建了系統的語音環境，雙音解碼芯片HM9270C的主要作用是解析GSM 模塊SIM300C輸出的按鍵差分信號并將之轉換為 Q信號輸入微處理MCU處理，繼電器采用的是TIAOBO繼電器，繼電器組由若干繼電器組成，它們擔當著直接控制汽車

23、的任務，RFID解碼模塊用來接收具有KEELOQ技術的射頻遙控信號【4】，在第三章的硬件設計分析中將具體介紹各個模塊的硬件架構和設計原理。系統各模塊的工作流程如下：1. 當車主向防盜器車載終端打進電話時，GSM模塊SIM300C通知微處理器MCU，然后微處理器MCU驅動語音模塊WTV170調用相應的語音提示車主如何操作，根據語音提示按鍵產生的DTMF雙音信號通過GSM公網傳送到GSM 模塊，雙音解碼模塊HM9270C將此信號解析成Q信號送入MCU，MCU根據Q 信號通過繼電器組1對汽車的中控鎖進行控制達到開啟關閉車門的作用，通過繼電器組2對點火線圈電路的控制啟動汽車或熄火，通過繼電器組3控制汽

24、車車燈達報警的作用。2. 當汽車發生遇警情況時，汽車邊門電路或震動傳感器通知微處理器 MCU，MCU根據車主預先設置的報警電話通過GSM模塊打電話或發短信通知車主和報警中心，車主隨即可以通過電話對車輛進行監控，禁止其運行等操作。3. KEELOQ射頻解碼模塊接收KEELOQ滾碼跳碼遙控器發出的撤防開門，設防關門，靜音設防，尋車等命令信號，將信號送入中央微處理器MCU進行解碼，MCU根據這些信號進行系統設置和對繼電器組進行相應操作達到控制汽車的效果。2.4 系統軟件的架構本系統的軟件框架總體有以下4大模塊組成:語音模塊WTV170、雙音解碼模塊、KEELOQ 編解碼模塊、GSM 模塊 SIM30

25、0C。如圖 2-3 所示：系統軟件設計包括對相關設備初始化函數的調用和設置，以及在程序主函數中調用其他模塊中的相關函數以完成程序功能。其基本思想是采用進程快速循環，在一個大主循環里調用各個功能模塊中各自的小循環，并在主循環中設置看門狗，以防系統死機。 圖 2-3 軟件框架設計圖2.5 本章小結本章首先從宏觀上面分析了 GSM 汽車監控防盜器的主要功能，介紹了防盜器的主要功能是基于 GSM 公網實現的監控和防盜。然后分析了系統的設計思路，并且介紹了系統軟硬件的架構以及設計思路，為后續的各章分析和闡述作了鋪墊。- 5 -第三章 系統硬件設計分析第三章 系統硬件設計分析 整個嵌入式操作系統和應用程序

26、運行的硬件平臺構成了硬件環境。本章在第二章系統硬件架構介紹的基礎上針對各個硬件模塊的相關設計原理和關鍵器件的電路進行了分析，最后單獨將基于KEELOQ的射頻遙控器的硬件實現做了詳細的闡述。3.1 硬件模塊以及關鍵器件電路分析硬件模塊和關鍵器件的選擇是非常重要的也是基礎的一環，需要本著性價比高的原則來選擇。下面將詳細介紹本系統涉及到的一些硬件模塊和關鍵器件。3.1.1 嵌入式微處理器 STC89C54RD+圖 3-1 STC89C54RD+的功能架構圖如圖 3-1所示，車載GSM監控防盜器的主MCU是宏晶科技的 STC89C54RD+，選擇此款MCU是因為STC89C54RD+是基于增強的RSI

27、C結構的低功耗8位 CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，STC89C54RD+的數據吞吐率高達1MPIS/MHz，從而可以大大緩解系統在功耗和處理速度之間出現的矛盾【5】。另外，其51內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算術邏輯單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CSIC 微控制器高10倍的數據吞吐率。此外，選用STC89C54RD+這款高性價比的嵌入式微處理器還因為它具有如一下特點:(l) STC89C54RD+自帶16K字節的系統內可編程F1as

28、h(具有同時讀寫的能力，即RWW)，10K字節EEPROM，片上、片外各集成512字節和1280字節RAM，36 個通用 I/O 口，32個通用工作寄存器，四個具有比較模式與PWM的靈活的定時器/計數器(T/C)。16K 容量的系統內可編程Flash己經足夠嵌入式應用平臺編程使用，10K的E2PROM可以存放安全密碼、車主的手機號,數字I/O口、寄存器和定時器的數量也足夠支撐系統工作。(2) STC89C54RD+可以提8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC(數模控制器)，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，與 IEEE1149.1 標準兼容的、可用于訪問片上調

29、試系統及編程的 JTAG 接口。1 個 USART 可以用來連接 GSM 模塊或下載程序，內部集成 MAX810 專用復位電路，外部晶振 20M以下時，可以省去外部復位電路。可編程看門狗定時器可以預防系統死機。(3) STC89C54RD+可以在 12 時鐘/機器周期和 6 時鐘/機器周期上任意選擇，ISP(可在線編程)/AIP(在應用可編程)，無需專用編程器和仿真器，可通過串口(P3.0/P3.1)直接下載用戶程序，8K 程序 3 秒鐘即可完成。(4) STC89C54RD+是根據宏晶科技的高密度非易失性存儲器技術生產的。高抗靜電（ESD 保護），能輕松通過 2KV/4KV 快速脈沖干擾（E

30、FT 測試），寬脈沖不怕電源抖動。片內 ISP Flash 允許程序存儲器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器進行編程。3.1.2 GSM 模塊 SIM300CZ 的硬件設計原理GSM 模塊作為一種主要的 GSM 網絡接入設備，已得到越來越多系統制造商和系統開發商的重視，基于它的各種應用也蓬勃發展起來。GSM 模塊是繼 GSM 手機后，又一種非常重要的 GSM 移動通信系統的終端設備。它是傳統調制解調器與 GSM 無線移動通信系統相結合的一種數據終端設備，因此也叫無線調制解調器。它的出現給 GSM 的發展注入了新的活力，改變了傳統的以話音為主的通信手段，打開了GSM 網絡數據通信及其應用的大

31、門【6】。所以在應用上，凡是使用調制解調器的地方多數都可以用 GSM 模塊代替。由于調制解調器必須通過 PSTN 或者其他專用通訊網進行通信，因而受地域以及線路等因素的影響，在應用上有很大的局限性。而 GSM模塊則無此限制，所以基于這種模塊，以 GSM 網絡作為無線傳輸網絡，可以開發出多種前景樂觀的應用，如 GPS/GSM(SMS)移動車輛監控定位系統、移動 POS 機、移動收費系統、移動性數據和 Internet 接入。本系統的 GSM 模塊選用 Simcom 公司的 GSM900/1800MHz 網絡雙頻模塊SIM300CZ，選用此模塊的特點有以下五點:1：模塊是三頻（ 900/1800/

32、1900 ）的 GPRS 系列。2：具有睡眠模式功能。3：具有嵌入式的 TCP / IP 與透明模式。4：能夠自動解析波特率。5：改善公共服務電子化/ EMI 性能。6：溫度過高時自動關機。7：具有 SIM 卡駐留檢測功能。如圖 3-2 所示，GSM 模塊 SIM300CZ 的外圍電路主要有 SIM 卡座和模塊的接口分別為 SIM_CLK，SIM_RST，VCC 和 SIM I/O,其中 SIM_CLK，SIM I/O 是 SIM 卡與模塊時鐘和數據的通訊線，SIM_RST，VCC 為復位口和電源；另外還有與 MCU 串口相連的串口接口 U9RXD 和 TX，AT 指令就是通過兩個通道在 MC

33、U 和 GSM 模塊之間進行收發的；除此之外，GSM 模塊還包括系統語音通道和 MIC 通道，這兩個通道是 MCU通過 AT 指令進行切換的，主要運用于放到監控器中系統語音和麥克風之間的切換；最后還有 DTMF 雙音多頻信號的發送端口 IN+和 IN-，當用戶和放到監控器的車載電話處于通話狀態時，如果有按鍵行為，這時所產生的 DTMF 信號就是通過 IN+和IN-發送到雙音多頻解碼芯片 HM9270C 解析并產Q信號的，此時，MCU 根據 Q 信號來決定該如何進行操作3.1.3 語音芯片 WTV170 的硬件設計原理車載GSM監控防盜器的語音環境所選擇的芯片是唯創科技有限公司的一次性高性能語音

34、IC 是WTV170，它具有標準的CMOS工藝與嵌入式8m/4m/2m比特EEPROM，最多可存儲170秒的語音信息具有4位的ADPCM壓縮6khz采樣率，8位PCM也可作為用戶可選擇的選擇【7】。可選控制方式有按鍵控制模式、按鍵組合控制模式、并口控制模式、串口控制模式等。按鍵控制模式的觸發方式靈活；串口模式下可控制音量、打開或關閉功放、有循環播放和停止功能，方便不同的用戶根據需要進行選擇。用戶可選擇觸發模式，這樣能給輸出信號提供最大的靈活性以及各種應用。芯片內部的內置式電阻器控制振蕩器、8位電流輸出模式和PWM直接輸出模式能直接驅動喇叭，這樣能盡量減少外部元件的數量，使得硬件設計簡單化。WT

35、V170系列的語音芯片還具有一整套的編程與燒錄開發工具，包括:一個燒錄器（PCB NO.WTV）和語音編程軟件<<WTV OTP VOICECHIP 2-0>>。該系列芯片的語音編程軟件操作簡單，功能齊全，可以大大縮短芯片的制作周期，且性能可靠，充分利用芯片內部的資源。芯片還具有眾多單元電路，且有極強的可編程能力，不僅能實現標準的控制方式，亦可根據客戶需求，訂做各種功能，盡可能的使產品的性價比提升到最高。可用來播放立體聲語音，亦可控制各種電器設備等，可應用在很多領域，例如：電子琴、高級玩具、兒童學習機、防盜設備、智能家電、保健與理療產品、儀器儀表，以及各類自動控制系統等

36、等。在很多需要高音質、功能靈活多變等要求的產品中，WTVxxx系列語音芯片是最具性價比的方案之一，也是在某些場合替換ISD系列語音芯片的最佳選擇。語音芯片WTV170特點歸納如下： 可編程的一次性燒錄(OTP)語音芯片。 6KHZ頻率時，語音長度達170秒。 內置12bits-16bits DAC數字/仿真轉換器(DAC)。 PWM和DAC兩種語音輸出方式。 可任意插入靜音，且不占用語音空間。 相同的語音可重復調用，且不占用語音空間。 多種工作模式：按鍵控制模式、并口控制模式、串口控制模式。 按鍵模式：可用開關直接控制8段語音，觸發方式靈活。 地址控制模式：3個地址腳，1個觸發腳，地址通過二進

37、制方式編碼，可控制8段語音。 串口控制模式：分別用CS、DATA、CLK三個腳控制語音的播放，可以控制音量，而且有循環播放和停止功能。 播放語音時，BUSY腳輸出低電平。 內置0.5W喇叭直推線路(Direct-Drive),不需要外加零件,音質與音量比傳統“Cout+三極管”更佳,且耗電量更少。 工作電壓范圍：2.5V至3.5V。 省電模式時耗電 2uA。圖 3-3 語音芯片 WTV170 的外圍電路圖如圖3-3所示，系統采用串口控制模式：分別用CS、DATA、CLK三個腳控制語音的播放，OUT1腳反映語音播放狀態，當語音正在播放時此管腳輸出高電平，否則為低。OUT1腳后面緊接著一個射隨電路

38、用來匹配MCU的I/O輸入對外部的輸入要求。COUT腳為語音輸出腳，它連接著功放電路。3.1.4 雙音多頻解碼芯片 HM9270C 的硬件設計原理HM9270C是一個完整的DTMF接收解碼電路。和其它電路，如LCD驅動電路一起，可實現CALLERID功能。它集成了陷波濾波器和數字解碼功能。在濾波器部分，使用了開關電容技術；解碼部分，用數字計數的方法檢測所有16種DTMF音頻對，并將它們編成4bits的碼，如表3-1所示，其中H表示芯片對應管腳為高電平，L表示為低電平。通過在芯片上放置差分輸入放大器，時鐘晶振和可鎖存的三態輸出，可以使外圍元上件最少。HM9270C的DTMF雙頻多音信號解碼過程如

39、下:信號經過輸入放大，過濾掉噪聲，再被由6階高頻組帶通濾波器和8階低頻組帶通濾波器組成的陷波濾波器濾出DTMF信號，然后經過平滑濾波，再由過零檢測器將模擬信號轉換成數字信號，進入數字部分。信號在數字部分分為兩路，一路直接送到頻率檢測部分，分別對信號進行高頻和低頻檢測。如果輸入信號頻率在預先設置的范圍內，則將檢測結果送到編碼部分進行編碼，并等待D觸發器的同步輸出信號；如果輸入信號頻率不在預先設置的范圍內，檢測結果維持為0不變。另一路則送到頻率平均算法部分，分別經過4，8分頻，以初步檢測信號的持續時間，將諸如噪聲之類的干擾消除掉；同時，進一步設置更為嚴格的頻率檢測范圍【8】。如果信號通過了檢測，就

40、使EST端輸出高電平，通過外圍RC回路對St端充電(R，C的值可以根據不同的工業標準進行選擇)，如果EST端高電平持續時間足夠長，使充電后Vc>=Vtst(2.35V，這是通過比較器比較)，這就意味著所檢測的信號滿足DTMF的工作標準，則使引導邏輯部分的輸出同步脈沖到編碼部分，使4位編碼輸出，經過延遲單元，鎖存進三態輸出單元，輸出正確的碼；同時，引導邏輯部分產生StD端高電平信號，同時使GT維持兒高電下。如果充電時間不夠長，這就是說即使被檢測信號的頻率在DTMF頻率范圍內，但它的持續時間不足以滿足DTMF的工業標準，輸出同步脈沖保持為0，編碼結果不輸出。如圖3-4所示，雙音多頻解碼芯片H

41、M9270C的外圍電路非常的簡單，DTMF信號就是從IN+和IN-輸入，然后STD腳產生電平跳變，此時MCU進入中斷處理識別接收到的Q信號并進行相關操作。圖 3-4 雙音多頻解碼芯片 HM9270C 的外圍電路圖3.2 基于 KEELOQ 技術的射頻遙控器的硬件實現KEELOQ 技術作為一種保密的高新技術，對許多人來說比較陌生，但是它正廣泛應用于各種防盜報警系統（特別是車輛的防盜報警系統）、遙控電子鎖及其他安全控制領域。它是一種多變化、抗截獲、安全可靠的跳碼加密解密技術。目前這項先進技術只掌握在國外少數幾家公司手中，他們利用集成電路設計的優勢， 把這項技術封裝在芯片里（如編碼器HCS300，解

42、碼器HCS512），向用戶銷售。本節將對硬件實現KEELOQ技術進行介紹。KEELOQ技術加密和解密的原理如圖3-5所示，圖 3-5 KEELOQ 技術的加密和解密示意圖3.2.1 硬件實現 KEELOQ 技術基于KEELOQ技術的專用芯片分為兩種：一種實現加密功能，一種實現解密功能。通常配合起來使用。實現加密功能的芯片帶有4個按鍵接口，組合使用可達15種功能，每一次有鍵按下，就自動生成KEELOQ加密碼。KEELOQ加密碼的組成一般如圖3-6所示。圖 3-6 KEELOQ 加密碼的組成一旦芯片制造出來，上述項的長度就是確定的。如序列號的長度設計成28位，整個系統的容量就不會超過2684354

43、55，如果想擴展系統容量非常不方便% 這種芯片在使用前必須預置一些初值（序列號、加密鑰匙、 同步計數器）。在發送方和接收方一起工作前，接收方必須先通過學習來獲得并存儲發送方的序列號、加密鑰匙和當前同步計數器的值。學習是KEELOQ技術的一個重要方面。序列號用來標識不同的對象；加密鑰匙用來對發送的數據進行加密，增加破譯的難度，它不直接發送出去；同步計數器是用來抗截獲的，每次有鍵按下，同步計數器的值就被更新，它經過加密變換后被發送出去。硬件實現KEELOQ技術解密過程如圖3-7所示。圖 3-8 硬件 KEELOQ 解密過程接收方在確認序列號匹配后，對接收的數據進行解密，然后檢查同步計數器是否匹配，

44、在確認其匹配后，再去處理接收到的按鍵信令【10】。3.2.2 中央處理器 MCU 對硬件 KEELOQ 解碼后的遙控信號檢測本系統對硬件實現的KEELOQ的解碼過程是：經過KEELOQ加密算法加密后的信號通過芯片HCS512硬件解密后產生的信號波形如圖3-9所示。其中邏輯0和1的判斷是通過每一幀高低電平的占空比來判斷的。當有信號傳到MCU時，系統會進入中斷并且配合定時器進行三次采樣，如果三次采樣中有前兩次采樣電平為高，第三次為低，則表示這一幀的邏輯為1；如果三次采樣中只有第一次采樣電平為高，則表示這一幀的邏輯為0。這樣一來，MCU就可以完全接收解密芯片HCS512解密出來的有效信息并且根據這些

45、信息對汽車進行控制。圖 3-9芯片 HSC512 硬件解密后的射頻信號3.3 本章小結本章首先介紹了GSM監控防盜器的硬件架構，詳細闡述了系統各個模塊的工作流程，緊接著介紹了其硬件模塊和關鍵器件的特點和性能，最后闡述了基于KEELOQ技術的射頻遙控器的硬件實現原理以及中央處理器MCU對硬件KEELOQ解碼后的遙控信號檢測。為下面的軟件設計分析做好了鋪墊。- 15 -第四章 系統軟件設計詳細分析第四章 系統軟件設計詳細分析4.1 防盜系統語音環境搭建系統的語音環境是圍繞 WTV170 一次性語音芯片搭建起來的，簡單來說就是預先將涉及到的語音燒錄進芯片的 ROM 中，然后在根據需要調用相應的語音。

46、4.1.1 MCU 對語音芯片 WTV170 控制過程中央微處理器是如何調用語音的呢？WTV170 語音芯片提供了第三章講到的三種方式的控制模式：按鍵控制模式、并口控制模式、串口控制模式。本系統采用的是三線串口控制模式，這樣可以節約 I/O 口資源,并且控制簡單合理。三線串口模式：指分別用 CS（片選）、DATA（數據）、CLK（時鐘）三個管腳控制芯片的工作。通過串口發送數據可以控制語音的播放、停止、循環等。控制時序如圖 4-1 所示。（時鐘上升沿采集數據）圖4-1三線串口控制模式下 SPI 總線控制時序根據三線串口控制模式下的控制時序圖 4-7，從系統軟件中提取出來了這部分的應用函數 voi

47、d wtv170_drive1(uint8 command,uint8 graddr)，此函數實現了標準 SPI 總線的控制方法：void wtv170_drive1(uint8 command,uint8 graddr)uint8 i=0x00,j=0x00;CST = TRUE;DIN = TRUE;for(i=0x00;i<0x08;i+)SCK= FALSE;if(command&0x01) DIN=1;else DIN=FALSE;command>>=1;for(j=0x00;j<0x02;j+);SCK= TRUE;for(j=0x00;j<0

48、x02;j+);if(graddr=0xff)graddr=0x09;for(i=0x00;i<0x08;i+)SCK= FALSE;if(graddr&0x01) DIN=TRUE;else DIN=FALSE;graddr>>=1;for(j=0x00;j<0x02;j+);SCK= TRUE;for(j=0x00;j<0x02;j+);SCK= FALSE;CST = FALSE;上文介紹了三線串口控制模式下語音芯片的 SPI 控制總線的函數，接下來將對語音芯片WTV170 調用語音段的具體工作流程進行分析。如圖4-2所示，首先初始 化WTV170語

49、音芯片，然后軟件系統調用void wtv170_drive1(uint8 command,uint8 graddr)函數播放語音，緊接著根據 OUT1 口的電平判斷語音是否播放完畢，以此類推系統就能不斷的播放各段語音了。圖 4-2三線串口控制模式下 SPI 總線函數本節著重闡述了中央微處理器 MCU 對語音芯片 WTV170 控制的基本驅動程序，分別介紹了三種控制模式:按鍵控制模式，并口控制模式，串口控制模式。而汽車監控防盜器的系統語音環境的工作流程和構架將在下一節將進行詳細的分析和闡述。4.1.2 系統語音環境的工作流程在上一節對語音芯片基本驅動介紹的基礎上，本節重點介紹系統語音環境的框架和

50、工作流程，首先介紹汽車在行駛狀態、設防狀態和報警狀態下，用戶打進電話或防盜器撥打用戶電話后的門進語音結構，然后介紹進入操作主菜單后的系統語音結構，最后介紹系統功能相關的設置菜單語音結構。（1）門進語音環境門進語音環境是當汽車在行駛狀態，設防狀態和報警狀態下，用戶打進電話或防盜器撥打用戶電話后，系統語音環境給用戶提供的友好方便的互動語音環境，方便用戶根據汽車的不同狀態鍵入系統密碼進入操作主菜單對汽車進行監控。如圖4-3所示,可以更深刻的了解門進語音環境的詳細工作流程,當汽車在行駛狀態下,用戶打進電話后可以選擇與司機通話還是進行系統操作,如果選擇系統操作,操作與設防狀態打進電話相同,用戶需要用戶鍵

51、入六位系統密碼,然后系統語音將給用戶報告車輛狀態,再按#號或任意數字鍵進入操作模式主菜單。如果鍵入系統密碼三次錯誤，系統將拒絕用戶操作掛機。圖 4-3 門進語音環境的框架圖和工作流程（2）操作主菜單語音環境 操作主菜單語音環境如圖4-4所示，用戶進入操作菜單以后，用戶根據系語音0-6的操作提示進行相關操作：選項1是解除防盜狀態，開啟車門，這個選項是在遙控開關和鑰匙丟失的情況下，用戶可以通過電話撤防開車門。圖 4-4 操作主菜單語音環境的框架圖和工作流程選項2是設置防盜狀態，鎖車門，車輛進入設防狀態后會遇警后會打電話或短信報警。選項3是進入監聽狀態，用戶打入電話可以監聽車內的情況。進入監聽菜單后

52、可以按*鍵或任一數字鍵轉換監聽和喊話模式。選項4是系統設置菜單，此選項主要讓用戶設置防盜報警電話和緊急求助報警電話，以及修改系統密碼等，下文將詳細介紹此語音菜單的工作流程。選項5是禁止車輛運行，此選項在設防狀態下點火啟動汽車后進行熄火操作，以在冬天提前預熱車輛后熄火。在行駛狀態下可以強行禁止車輛運行，讓汽車熄火斷電。選項6是此選項在設防狀態下可以點火啟動汽車，可以在冬天提前預熱車輛，這樣可以節約用戶的寶貴時間。選項0是掛電話，退出操作主菜單。操作主菜單給用戶提供了友好方便的語音環境，用戶可以根據語音的提示進行相應的設置或對汽車進行監控。（1）系統設置菜單語音環境當用戶進入系統設置菜單，語音環境

53、為用戶提供了4個設置選項，如圖4-4用戶可以通過操作提示進行相關的設置：選項1是修改防盜報警電話號碼，用戶一共可以設置兩組防盜報警電話，當汽車遇警以后，防盜器首先會撥打第一組防盜電話，如果占線或無人接聽，防盜器會自動撥打第二組防盜電話，盡量保證能夠通知到車主。選項2是修改系統密碼，系統采用核對兩次輸入的密碼，如果相同設置成功，否則重新輸入密碼。選項3是修改緊急求助報警電話號碼，用戶一共可以設置兩組緊急求助報警電話，當汽車遇到搶劫或其他情況以后，防盜器首先會撥打第一組電話，如果第一組求助電話占線或無人接聽，防盜器會自動撥打第二組求助電話，盡量保證能夠通知到報警中心。選項4是報警器設置菜單，此選項

54、可以設置開啟或關閉震動報警功能，即MCU是否響應震動傳感器傳入的預警信號。除此之外，還可以開啟或關閉短信報警功能，即當遇警后是否先給用戶手機發短信提示汽車遭偷竊，如果開啟短信報警功能后，當汽車遇警或遇搶劫后，防盜器首先是發短信提示，如果在一分鐘之內沒有打電話對汽車進行監控，防盜器就根據設置的報警電話打電話給用戶或報警中心。圖 4-5 系統設置菜單語音環境的框架圖和工作流程系統設置語音菜單提示用戶如何修改緊急防盜電話號碼，系統密碼，緊急求助電話號碼，以及報警器設置，這樣給用戶提供了簡單方便的互動語音環境，顯得更加人性化。4.2防盜系統的通信過程設計本節主要對防盜系統通訊部分的軟件設計進行詳細的分

55、析，包括AT Command協議，短信通訊的PDU/TEXT碼以及相關命令解析，電話通訊的軟件設計闡述。下面分別介紹各部分的具體內容。4.2.1 AT Command 協議AT即Attention, AT指令集是從TE(Terminal Equipment)或DTE(Data Terminal Equipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)發送的通過TA，TE 發送AT指令來控制MS(Mobile Station)的功能與GSM 網絡業務進行交互用戶可以通過AT指令進行呼叫短信電話本數據業務補充業務

56、傳真等方面的控制4.4.1 AT Command 協議AT即Attention, AT指令集是從TE(Terminal Equipment)或DTE(Data Terminal Equipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)發送的通過TA，TE 發送AT指令來控制MS(Mobile Station)的功能與GSM 網絡業務進行交互用戶可以通過AT指令進行呼叫短信電話本數據業務補充業務傳真等方面的控制【11】。中央微處理器MCU和GSM引擎之間采用AT指令實現互相之間的通信，因此有必要具體分析相關的A

57、T指令。更詳細的資料可以參考附錄的AT指令相關內容。當我們對GSM模塊進行操作時，無疑要通過一定的方式和指令進行，這才能發揮GSM模塊的強大功能。此時，AT指令便成了嵌入式MCU和GSM塊之間溝通的橋梁。AT Command是ETSI(歐洲通信技術委員會)發布的指令集，其中包含了對電話和SMS（短消息）的控制。MCU通過GSM模塊的串行接口，向GSM模塊收發一系列的命令，從而達到控制GSM模塊電話呼叫和收發短消息的目的。在單片機實現過程中，注意它所發送的指令與接收到的響應都是字符的ASCII碼。用MCU控制GSM模塊接聽撥打電話和收發短消息時，所涉及的重要AT指令如表4-1所示。中央微處理器MCU和GSM引擎之間采用AT指令實現互相之間的通信，因此有必要具體分析相關的AT指令。更詳細的資料可以參考附錄的AT指令相關內容。當我們對GSM模塊進行操作時，無疑要通過一定的方式和指令進行，這才能發揮GSM模塊的強大功能。此時，AT指令便成了嵌入式MCU和GSM塊之間溝通的橋梁。AT Command是ETSI(歐洲通信技術委員會)發布的指令集，其中包含了對電話和SMS短消息）的控制。MCU通過GSM模塊的串行接口，向GSM模塊收發一系列的命令，從而達到控制GSM模塊電話呼叫和收發短消息的目的。在單片機實現過程中，注意它所發送的