摘 要: 根據(jù)嵌入式的設(shè)計應(yīng)用,，采用ARM9作為報警系統(tǒng)的控制裝置,，選用集成音頻驅(qū)動電路和汽車控制傳感等部件,，同時還為系統(tǒng)安裝了智能卡和使用方便的新型UHF遠程發(fā)射電路,，配合軟件和操作系統(tǒng),，改進了汽車智能防盜功能，并且具有智能,、安全和性價比高等優(yōu)點,。
關(guān)鍵詞: 嵌入式；智能,；音頻,；報警；遠程控制
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隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及電子技術(shù)的應(yīng)用,，人們在享受汽車帶來的方便與快樂的同時,，也在為汽車安全防盜問題憂慮。如何解決汽車防盜問題,，電子設(shè)計師們研制出不同方式,、不同結(jié)構(gòu)的防盜報警系統(tǒng)。在基于GPRS 和嵌入式計算機的遠程監(jiān)控系統(tǒng)研究[1]中,，對汽車進行視頻遠程監(jiān)控進行了詳細的研究,，GPRS與GPS在汽車信息服務(wù)系統(tǒng)中的設(shè)計應(yīng)用研究[2]中，利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)對汽車的遠程定位進行實時監(jiān)控,。上述課題的研究都是大眾化的服務(wù),，針對現(xiàn)代汽車的防盜系統(tǒng)，如何提供智能化和個性化的汽車防盜系統(tǒng),，這無疑在汽車工業(yè)高速發(fā)展的今天具有更重要的實踐意義和商業(yè)前景,。本文提出了基于嵌入式汽車智能防盜系統(tǒng)的構(gòu)建，并設(shè)計了帶智能卡技術(shù)和遠程遙控技術(shù)的智能防盜車門,，同時進行了個性化的音頻報警驅(qū)動軟硬件的設(shè)計,。
1 汽車智能防盜系統(tǒng)的功能及構(gòu)成
汽車智能防盜系統(tǒng)遠程控制車門的關(guān)閉，并同時啟動智能防盜功能,。正常開啟車門時,，可以使用常用的遠程遙控鑰匙，同時也可以由IC卡開啟車門,。當(dāng)出現(xiàn)碰撞和非正常開啟車門時,，汽車各種防盜傳感部件檢測到信號，通過聲音報警電路發(fā)出急促的報警聲音,，同時由無線通信模塊發(fā)出短信息,，以此來通知車主汽車的當(dāng)前狀況，車主根據(jù)信息對汽車發(fā)出控制指令,。
本系統(tǒng)總體框圖如圖1所示,，它由嵌入式ARM核心控制模塊,、存儲器模塊、無線通信模塊,、遠程控制模塊,、汽車防盜檢測驅(qū)動模塊、人機接口模塊和聲音報警模7大模塊組成,。
嵌入式ARM核心控制由ARM920TDMI的32位微處理器SamsungS3C2410X[3]芯片實現(xiàn),，該芯片共有272只引腳，它采用了FBGA封裝技術(shù),，具有大量的電源,、接地引腳、地址總線,、數(shù)據(jù)總線,、通用I/O口以及其他的專用模塊，如UART,、I2C等接口,。在硬件系統(tǒng)中，芯片引腳的類型有輸入（I）,、輸出（O）,、輸入/輸出（I/O）等。輸出類型的引腳主要用于S3C2410X對外設(shè)的控制或通信,，由S3C2410X主動發(fā)出,，這些引腳的連接不會對S3C2410X自身的運行有太大的影響。輸入/輸出類型的引腳主要是S3C2410X與外設(shè)的雙向數(shù)據(jù)傳輸通道,。在參考文獻[2]中,，對GPRS模塊和GPS模塊的嵌入式開發(fā)，以及如何應(yīng)用這兩個模塊實現(xiàn)短信息收發(fā)通信等系統(tǒng)功能進行了詳細的研究設(shè)計,。人機接口模塊通過LCD觸摸顯示屏完成人機交互功能,。存儲器模塊由Flash RAM和SDRAM組成，實現(xiàn)引導(dǎo)程序存儲和執(zhí)行中的程序及產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存儲,，在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[4]中有了較好的說明,。防盜檢測驅(qū)動模塊包括汽車的車門智能卡傳感與檢測、位移傳感與檢測,、點火傳感與檢測,、電源傳感與檢測、方向盤傳感與檢測等,，汽車防盜檢測驅(qū)動接口部分通過各種傳感的聲學(xué)量和物理量的監(jiān)測,，把監(jiān)測的參數(shù)通過A/D轉(zhuǎn)換，由CAN總線傳送給ARM9處理?？傊?，系統(tǒng)在嵌入式芯片ARM9TDMI控制下，通過軟件和硬件的結(jié)合,，實現(xiàn)了汽車防盜報警智能化,。下面主要對汽車智能防盜的關(guān)鍵部分車門智能卡、音頻報警模塊軟硬件及遠程控制發(fā)射模塊硬件進行研究,。
2?系統(tǒng)關(guān)鍵硬件部分設(shè)計
2.1 智能卡硬件部分設(shè)計
智能卡（Smart Card）是把集成電路芯片嵌入塑料基片中,，利用讀卡器，讀取卡上的存儲數(shù)據(jù),，進行身份認(rèn)證。智能卡主要有存儲卡,、邏輯加密卡和CPU卡,。本系統(tǒng)中使用的存儲卡，選取Atmel公司的AT24C04,。 AT24C04[5]是美國Ateml公司的AT24系統(tǒng)2線串行（I2C總線協(xié)議）EEPROM芯片,。該芯片支持雙向數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，16 B頁面寫入方式,，自定時寫入周期最大10 ms,，具有高可靠性，可使用100 000次寫/擦除,，數(shù)據(jù)保留期為100年,，且提供多種封裝形式。存儲芯片為8引腳,，其中4個引腳未引用,，另外4個引腳分別為VCC、SCL,、SDAT和GND,。串行時鐘輸入SCL（Seial Clock Input），當(dāng)串行時鐘為上升沿時,，數(shù)據(jù)輸入到芯片,；串行時鐘為下降沿時，數(shù)據(jù)從芯片中輸出,。串行數(shù)據(jù)SDA（Serial Data）,，設(shè)置為雙向串行傳送數(shù)據(jù)。該端為漏極開路驅(qū)動,，可與任意數(shù)量的其他漏極開路或集電極開路器件“線或”,。器件/頁面地址（Devicpage Addresses）有A2、A1、A0,它們作為器件的地址輸入端,，應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)封裝中,，在IC卡模塊封裝中不將A2、A1,、A0引出到觸點上,。
AT24C04的器件讀寫操作分成5個部分。（1）開始狀態(tài)：SCL處于高電平時,，SDA從高電平轉(zhuǎn)向低電平表示一個“開始”狀態(tài),，該狀態(tài)表示一種操作的開始，因此必須在任何其他命令之前執(zhí)行,；（2）確認(rèn)應(yīng)答：所有地址和數(shù)據(jù)字以8位碼串行輸入/輸出EEPROM,，EEPROM在收到每個地址或數(shù)據(jù)碼之后，置SDA于低電平作為確認(rèn)應(yīng)答,，該確認(rèn)應(yīng)答發(fā)生于第9個時鐘周期,；（3）輸出數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)按字節(jié)（8位）逐位輸出，每個時鐘脈沖輸出1位,。SDA總線上的數(shù)據(jù)應(yīng)在SCL低電平期間改變,，在SCL高電平期間穩(wěn)定；（4）輸入數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)按字節(jié)（8位）逐位輸入,，每個時鐘脈沖輸出1位,；在SCL低電平期間將數(shù)據(jù)送往SDA總線上，在SCL高電平期間SDA總線上的數(shù)據(jù)穩(wěn)定,，供接口設(shè)備讀?。唬?）停止?fàn)顟B(tài)：SCL處于高電平時,，SDA由低電平轉(zhuǎn)向高電平表示一個“停止”狀態(tài),。該狀態(tài)表示一種操作的結(jié)束并將終止所有通信。
智能卡與ARM9芯片的連接利用I2C總線進行通信,，如圖2所示,。
2.2 音頻報警部分硬件設(shè)計
嵌入式ARM9芯片S3C2410X的聲音報警電路，利用S3C2410X支持的I2S總線,，結(jié)合音頻驅(qū)動芯片UDA1341TS的部分功能,，外加音頻功放電路，實現(xiàn)防盜報警,。
音頻驅(qū)動芯片UDA1341TS引腳功能描述如表1所示,。
嵌入式ARM9芯片S3C2410X芯片的各種傳感器接收到監(jiān)測的物理參數(shù)，由S3C2410X進行內(nèi)部處理,，報警數(shù)據(jù)信號通過S3C2410X芯片的I2S接口輸出,，即串行數(shù)據(jù)輸入（I2SDI）,、串行數(shù)據(jù)輸出（I2SDO）、通道選擇（I2SLRCK）和串行時鐘（I2SCLK）,，連接到音頻驅(qū)動芯片UDA1341TS的I2S音頻接口,，即DATA0、DATA1,、WS,、BCK、SYSCLK端口,。
本系統(tǒng)由KD-9561產(chǎn)生報警音樂,，同時也可以提供個性化的報警聲音，利用音頻UDA1341TS芯片的聲音輸入接口,，連接小型麥克風(fēng),，對UDA1341TS聲音輸入接口的模擬音頻信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，采集音頻數(shù)據(jù)信號,，由ARM芯片的I2S控制器讀I2S總線,，通過DMA2通道實現(xiàn)個性化報警音存放在內(nèi)核的DMA緩存區(qū)。保存的報警聲音數(shù)據(jù)傳輸由內(nèi)部總線送到內(nèi)存,，然后傳到BDMA控制器通道，再通過I2S控制器寫入I2S總線,，最后傳輸給音頻驅(qū)動芯片UDA1341TS,。音頻驅(qū)動芯片對報警聲音的處理，由24與26腳輸出音頻信號,，經(jīng)過功放進行功率放大,，揚聲器轉(zhuǎn)換聲音報警。具體實現(xiàn)電路如圖3所示,。
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2.3 汽車遠程控制發(fā)射硬件部分設(shè)計
汽車遠程控制由遠程控制發(fā)射和遠程控制接收兩部分組成,，遠程控制接收電路通過UHF無線接口，接收到遠程控制信號,，進行解碼處理,，送ARMS3C2410X芯片進行處理。本文只研究發(fā)射部分,，實際就是遙控發(fā)射器,。本部分電路采用Atmel公司新型RF發(fā)送器芯片ATA5771作為汽車的遠程控制發(fā)射器,芯片為系統(tǒng)級封裝 (SiP)，集成了Atmel知名的AVR微控制器ATtiny44V和RF發(fā)送器T5750/53/54,，使用的頻率為868 MHz～928 MHz,，并采用微型QFN24封裝，尺寸僅為5 mm x 5 mm,，能夠用具有競爭力的成本設(shè)計出極小的鑰匙,。A5771的原理框圖如圖4所示。
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控制發(fā)射器作為指令的發(fā)射終端，它由ATtiny44把PA端口的按鍵信號,，由內(nèi)部的ADC電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,，寫入8 bit的數(shù)據(jù)總線并進行數(shù)據(jù)運算，轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制命令,，用T5750進行FSK鎖相環(huán)調(diào)制發(fā)射,。發(fā)射在UHF波段范圍內(nèi)。遠程控制發(fā)射模塊主要由內(nèi)部SRM,、EEPROM,、PROGRAM FLASH、CPU核心,、Power up/down,、PLL和50Ω的微帶天線組成。CPU核心是整個控制器的核心,，處理外部來的指令及運算數(shù)據(jù),。鎖相環(huán)部分由PLL、VCO和XTO三部分對需發(fā)射的頻率和相位進行控制,，保證UHF信號的相位穩(wěn)定,。微帶天線的阻抗為50Ω，實現(xiàn)RF信號與UHF無線信號的轉(zhuǎn)換,。遠程控制發(fā)射器具體電路如圖5所示,。
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3 系統(tǒng)關(guān)鍵部分軟件設(shè)計
3.1智能卡部分軟件設(shè)計
智能卡驅(qū)動程序的實現(xiàn)：
#define DTYPE_ALL?????? 0 //芯片控制命令
#define DTYPE_SECURITY? 1 //加密命令
#define DTYPE_ICCARD??? 2 //智能卡讀寫命令
...
#define ICCARD_IC2404_name “iccard24c04”
#define ICCARD_NAME “iccard”
typedef struct{
ICCARD_data card_data; /*IC卡數(shù)據(jù)*/
Int lasterrcode;?????? /*最后的錯誤碼*/
Wait_queue_head_t wq;? /*等待隊列*/
Spinlock_t lock;?????? /*自旋鎖*/
}ICCARD_DEV;
...
*******************調(diào)用內(nèi)核函數(shù)*********
static struct file_operations mega8_iccard_fops={
owner: this_module,
? llseek: mega8_iccard_llseek,//IC卡定位函數(shù)
? read: mega8_iccard_read,? // IC卡設(shè)備文件系統(tǒng)讀函數(shù)
? write: mega8_iccard_write, // IC卡設(shè)備文件系統(tǒng)寫函數(shù)
? open: mega8_iccard_open,? //IC卡設(shè)備文件系統(tǒng)的打開設(shè)備文件函數(shù)
? release: mega8_iccard_release,// IC卡設(shè)備文件系統(tǒng)的釋放設(shè)備文件函數(shù)
#if 0
poll: mega8_iccard_poll,
#endif
ioctl: mega8_iccard_ioctl,};
上面的程序可以把IC卡的驅(qū)動加入到內(nèi)核當(dāng)中，實現(xiàn)用戶文件系統(tǒng)的接口,。用戶通過程序去調(diào)用內(nèi)核函數(shù)llseek,、open、read,、write,、release、poll,、ioctl的子程序,，這里省略。
3.2 音頻驅(qū)動部分軟件設(shè)計
//**************** [ Record_Iis ] ************
void Record_Iis(void){
unsigned int save_B, save_E, save_PB, save_PE;
Uart_TxEmpty(0);
ChangeClockDivider(1,1);??????? //1:2:4
ChangeMPllValue(0x96,0x5,0x1);? //FCLK=135428571Hz, PCLK=3.385714MHz
Uart_Init(33857142,115200);
Uart_Printf('[ IIS (Master Mode) Test (Record Using UDA1341 codec) ]n');
save_B = rGPBCON;??????
save_E = rGPECON;??????
save_PB = rGPBUP;
save_PE = rGPEUP;
IIS_PortSetting();
??????????? //--- Record Buf initialize
??? ??????? //Non-cacheable area = 0x31000000 ~ 0x33feffff
rec_buf = (unsigned short *)0x31000000;
pISR_DMA2 = (unsigned)DMA2_Rec_Done;
pISR_EINT0 = (unsigned)Muting;
rINTMSK = ～(BIT_DMA2);
Init1341(RECORD); //--- DMA2 Initialize
rDISRCC2 = (1<<1) + (1<<0);//APB, Fix?
rDISRC2 = ((U32)IISFIFO);//IISFIFO
rDIDSTC2 = (0<<1) + (0<<0); ????? ?//PHB, Increment
rDIDST2 = (int)rec_buf;//0x31000000 ～
rDCON2= (1<<31)+(0<<30)+(1<<29)+(0<<28)+(0<<27)+(1<<24)+(1<<23)+(1<<22)+(1<<20)+REC_LEN;
//Handshake, sync PCLK, TC int, single tx, single service, I2SSDI, I2S Rx request,
//Off-reload, half-word, 0x50000 half word.
rDMASKTRIG2 = (0<<2) + (1<<1) + 0;??? //No-stop, DMA2 channel on, No-sw trigger
//=========================================
void _WrL3Addr(U8 data){??????
S32 i,j;
rGPBDAT = rGPBDAT & ～(L3D | L3M | L3C) | L3C;
//L3D=L, L3M=L(in address mode), L3C=H
for(j=0;j<4;j++){ ??//tsu(L3) > 190ns
//GPB[4:2]=L3C:L3D:L3M
for(i=0;i<8;i++){???????????? ? ?//LSB first???
if(data & 0x1)?{??//If data's LSB is 'H'
rGPBDAT &= ～L3C;??//L3C=L
rGPBDAT |= L3D; ??//L3D=H????????????
for(j=0;j<4;j++);???//tcy(L3) > 500ns
rGPBDAT |= L3C;??//L3C=H
rGPBDAT |= L3D;??//L3D=H
for(j=0;j<4;j++);???//tcy(L3) > 500ns
}
else{????????????????????????????????????????? //If data's LSB is 'L'
??? ?? rGPBDAT &= ～L3C;?//L3C=L
????? rGPBDAT &= ～L3D;?//L3D=L
????? for(j=0;j<4;j++);??//tcy(L3) > 500ns
????? rGPBDAT |= L3C;??//L3C=H
????? rGPBDAT &= ～L3D;?//L3D=L
???? ? for(j=0;j<4;j++);??//tcy(L3) > 500ns???????????
}
data >>= 1;
}
rGPBDAT? = rGPBDAT & ～(L3D | L3M | L3C) | (L3C | L3M);???????????//L3M=H,L3C=H??
}
//==========================================
void _WrL3Data(U8 data,int halt) {
S32 i,j;
if(halt){
??????????? rGPBDAT? = rGPBDAT &～(L3D | L3M | L3C) | L3C;
??????????? //L3C=H(while tstp, L3 interface halt condition)???????
??????????? for(j=0;j<4;j++);?//tstp(L3) > 190ns
}
rGPBDAT? = rGPBDAT & ～(L3D | L3M | L3C) | (L3C | L3M);????????? //L3M=H(in data transfer mode)???????
for(j=0;j<4;j++);??//tsu(L3)D > 190ns
????????????????????????????????????? //GPB[4:2]=L3C:L3D:L3M
for(i=0;i<8;i++){
????if(data & 0x1) {????????????????? ?//if data's LSB is 'H'
????????????? rGPBDAT &= ～L3C;? //L3C=L
????????????? rGPBDAT |= L3D;?//L3D=H
????????????? for(j=0;j<4;j++);??//tcy(L3) > 500ns
????????????? rGPBDAT |= (L3C | L3D);?//L3C=H,L3D=H
????????????? for(j=0;j<4;j++);??//tcy(L3) > 500ns
}
else{????//If data's LSB is 'L'
??? ?? rGPBDAT &= ~L3C;??//L3C=L
??????? rGPBDAT &= ~L3D;??//L3D=L
??????? for(j=0;j<4;j++);???//tcy(L3) > 500ns
???????? rGPBDAT |= L3C;???//L3C=H
??????????????rGPBDAT &= ～L3D;??//L3D =L
????????????? for(j=0;j<4;j++);???//tcy(L3) > 500ns
}
data >>= 1;???//For check next bit
}
rGPBDAT? = rGPBDAT & ～(L3D | L3M | L3C) | (L3C | L3M);????????? //L3M=H,L3C=H
}
本系統(tǒng)經(jīng)過仿真實驗,，結(jié)果顯示各項技術(shù)指標(biāo)得以很好的實現(xiàn),。系統(tǒng)采用ARM9作為系統(tǒng)處理控制中心，應(yīng)用智能卡和新型遠程控制UHF無線發(fā)射技術(shù),，結(jié)合音頻驅(qū)動報警功能,，實現(xiàn)了智能化、性能優(yōu)良,、安全可靠,、性價比高的防盜系統(tǒng),。課題現(xiàn)正向基于人體生物防盜方向發(fā)展，未來將增加指紋自動識別汽車防盜功能,。
參考文獻
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