基于物聯(lián)網(wǎng)的電動車防盜系統(tǒng)設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u14319摘要： 294221引言 2109381.1選題背景 2240131.2選題意義 3140121.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3213541.3.1基于PGIS的智能電動車的防盜系統(tǒng) 3197401.3.2基于ZigBee和RFID技術(shù)的防盜系統(tǒng) 4241281.3.3基于RFID和GSM短消息技術(shù)的電動自行車防盜系統(tǒng) 4101982方案的選擇與論證 4115212.1單片機的選擇 4115012.2供電電源的選擇 580152.3顯示模塊的選擇 5205783系統(tǒng)總體硬件設(shè)計 6185453.1系統(tǒng)總體框架 647663.2主控模塊 6246983.2按鍵控制模塊 7264803.3角度傾斜模塊 7245413.4GPS定位模塊 7291453.4LCD1602顯示電路 883323.5GSM短信模塊 990064軟件設(shè)計 10309864.1系統(tǒng)流程 10924.2應(yīng)用軟件的介紹 10105274.2.1KEIL軟件 1198194.2.2燒錄軟件 11279135系統(tǒng)的調(diào)試與分析 12120405.1系統(tǒng)制作 12295385.2硬件調(diào)試 13250875.3代碼調(diào)試 1448875.4整體系統(tǒng)調(diào)試 15146456結(jié)論 16189706.1結(jié)論 16162186.2展望 17摘要：如今，電動車盜竊案件還是層出不窮，而普通的防盜系統(tǒng)并不能夠滿足現(xiàn)在的防盜需求。但隨著物聯(lián)網(wǎng)的提出和廣泛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在防盜系統(tǒng)中的優(yōu)勢日益顯著，為了讓防盜系統(tǒng)更加全面，本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)在防盜系統(tǒng)中的優(yōu)勢，提出一種基于STM32單片機的電動車防盜系統(tǒng)的設(shè)計方案。STM32單片機是中樞控制部分，控制其他的運行部分。按鍵模塊模擬鑰匙的作用，傾角傳感器模擬電動車的運動狀態(tài)，在非正常開啟時，發(fā)生移動，GSM模塊會向指定手機發(fā)送警報，通過人為判斷，當(dāng)確認被盜竊時，會把GPS信號模塊提供的經(jīng)緯度再次發(fā)送給手機，LCD1602液晶顯示屏顯示GPS信號中的位置信息。本系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)與其他的防盜系統(tǒng)相比，誤報率低、成本低，而且使用方式簡單。關(guān)鍵詞：GPS；單片機；LCD液晶顯示屏；GSM；1引言1.1選題背景目前，電動車有著經(jīng)濟環(huán)保，高效方便，價格便宜，安全易學(xué)等優(yōu)勢，所以成為了大多數(shù)人優(yōu)先選擇的代步工具。隨著電動車數(shù)量的增多，電動車的防盜系統(tǒng)也顯得尤為重要。傳統(tǒng)的人力防盜，不但具有局限性而且實行起來復(fù)雜；且隨著科技的發(fā)展，偷盜方式也越來越高科技了，市面上普通的電動車防盜系統(tǒng)僅僅通過鳴笛起警示作用，并不具有識別性，只要不小心碰到，就會發(fā)出警報聲。不但會經(jīng)常使人產(chǎn)生誤判，而且還會干擾到他人。所以利用物聯(lián)網(wǎng)在防盜系統(tǒng)中的優(yōu)勢，可以通過定位器以及通訊技術(shù)讓防盜系統(tǒng)使用起來更簡單，更安全，誤報率更低，達到更全面的防盜性能。1.2選題意義隨著我國汽車市場中的電動車保有量的提升和增加,電動車失竊的問題也越來越嚴峻,每年的失竊案件數(shù)量居高不下。所以完善電動車防盜系統(tǒng)就成為用戶最為關(guān)心的一個問題[1]。傳統(tǒng)的電動車防盜方式分為機械式防盜和電子式防盜。早期主要是用機械式防盜鎖。雖然它的價格低，使用方法簡單，但是防盜功能并不理想，且防盜功能過于單一，所以現(xiàn)在已經(jīng)沒有多少人使用了。如今使用最廣泛的防盜方式是電子式防盜，它的防盜能力被加強了許多，不再是單一的防盜，還增加了報警功能。當(dāng)車在非開啟狀態(tài)時，被碰撞或者移動，都會發(fā)出報警聲，這樣就能在電動車被盜時，給車主一個預(yù)警。但是這個方法報警聲過大，且誤報的情況很多，令車主的警覺降低，同時該報警方式電路構(gòu)成非常簡單，很容易就會被破壞[2]。綜上所述，目前的機械防盜和電子防盜都存在著或多或少問題，所以我們可以利用物聯(lián)網(wǎng)在該領(lǐng)域的優(yōu)勢，設(shè)計出一種易于操作、低成本，安全性高的電動自行車防盜系統(tǒng)。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在當(dāng)今社會，電動車已經(jīng)是比較日常的交通工具了。所以隨著使用的人增多，與之增長的還有電動車的失竊數(shù)量，所以各種各樣的防盜設(shè)備應(yīng)運而生。國內(nèi)的電動車防盜還處于初級發(fā)展階段，太過落后的技術(shù)基本都被淘汰，像RFID技術(shù)，但剩下的防盜系統(tǒng)大都數(shù)用于汽車，用在電動車上，針對性不足且技術(shù)手段單一。國外電子信息技術(shù)的起步較早，發(fā)展快,目前已經(jīng)到了相當(dāng)成熟的階段。所以這在很大程度上，讓國外的研究人員在智能交通和安防領(lǐng)域，有較多的實踐機會和實踐平臺。1.3.1基于PGIS的智能電動車的防盜系統(tǒng)該方法是利用PGIS來實現(xiàn)防盜功能。上海交通大學(xué)的蔣磊提出的防盜系統(tǒng)包括了防盜定位、運行軌跡監(jiān)控等功能。該防盜系統(tǒng)，警員可以在公安內(nèi)網(wǎng)，查詢電動車車輛相關(guān)信息。用戶也可以通過手機APP進行報警和查詢。最后用運營管理平臺提供海量數(shù)據(jù)管理[3]。但隨著電動車的用戶越來越多，數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)時間會出現(xiàn)逐漸延長的問題以及該方法對人力物力的要求也比較高。1.3.2基于ZigBee和RFID技術(shù)的防盜系統(tǒng)此防盜系統(tǒng)是一種將兩種技術(shù)綜合起來的設(shè)計方案。防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計包括三個部分，即無源電子標(biāo)簽、有源標(biāo)簽，安裝在小區(qū)出入口的射頻檢測控制器[4]。在正常情況下，不會發(fā)出任何報警信息。但在電動車處于非正常開啟狀態(tài)時，被強行移動，那么在經(jīng)過小區(qū)大門時，會被系統(tǒng)識別為被盜車輛，發(fā)出聲光報警，并顯示可疑車輛的信息。因為這個系統(tǒng)主要是針對小區(qū)電動車的防盜情況，有一定的局限性且射頻識別設(shè)備有識別范圍小、布網(wǎng)成本高，功耗大等問題，在現(xiàn)今社會并沒有優(yōu)勢。1.3.3基于RFID和GSM短消息技術(shù)的電動自行車防盜系統(tǒng)溫興輝提出的本設(shè)計用射頻電子標(biāo)簽和手機短信代替了以往的鑰匙，用射頻讀寫器和GSM模塊代替電動車電源開關(guān)。兩者都有較強的身份唯一性。當(dāng)使用電子標(biāo)簽啟動時，讀寫器讀取的卡號和密碼正確后，即可開啟。使用手機短信時，開啟條件是手機號和驗證碼都要正確[5]。這兩種方式都有很強的安全性，但是在實際應(yīng)用中操作過于繁瑣，實用性不強。2方案的選擇與論證本次的設(shè)計是在STM32單片機的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，通過GPS的衛(wèi)星定位性能，收集經(jīng)緯度信息。在電動車發(fā)生丟失情況時，系統(tǒng)會通過GSM模塊向車主手機發(fā)送預(yù)警信息以及經(jīng)度、緯度，來達到防盜的效果。2.1單片機的選擇方案一：控制中樞選擇STM32單片機。開發(fā)環(huán)境用的是KEIL軟件。STM32系列的單片機使用范圍廣、接口豐富、型號的可選性多、支持的操作系統(tǒng)全面。且在遇到問題時，可參考的資料多用，并且使用的燒寫器操作方便。方案二：控制中樞選擇使用PIC系列單片機，開發(fā)環(huán)境用的是MPLABIDE。此單片機功能非常強大，在各種復(fù)雜環(huán)境也運用的非常穩(wěn)定。但與STM32單片機的參考資料和開發(fā)環(huán)境Keil相比，PIC的參考資料和開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用資料較為稀少。且開發(fā)時，其應(yīng)用程序必須使用價格高昂的專業(yè)燒寫器。綜合考慮，因為學(xué)習(xí)過STM32的相關(guān)知識，對它更為熟悉和了解，會使設(shè)計更好上手，所以選擇了方案一作為主控模塊。2.2供電電源的選擇使用USB數(shù)據(jù)線供電的方式，操作便捷、實用性強。因為本設(shè)計中用的GPS模塊和GSM模塊對信號的要求比較高，所以實現(xiàn)功能需要在信號好的地方,用USB的話，可以使用充電寶、電腦等可移動設(shè)備進行供電，減少了對實驗地點的約束性。所以本系統(tǒng)的供電電源直接選取了用USB電源供電的方式。2.3顯示模塊的選擇方案一：用數(shù)碼管來顯示GPS數(shù)據(jù)。數(shù)碼管有價格便宜、使用簡單、耐用等特點，所以它常被用于家電領(lǐng)域。但當(dāng)數(shù)碼管顯示的位數(shù)過多時，需要使用動態(tài)顯示來節(jié)省I/O口，但是動態(tài)顯示的穩(wěn)定度不如靜態(tài)顯示、處理過程占用CPU時間過長且需要通過快速掃描，才能讓人看出肉眼想要的效果。在顯示位數(shù)少時，可以選擇數(shù)碼管。方案二：用液晶顯示屏來顯示GPS數(shù)據(jù)。與數(shù)碼管對比來說，LCD1602顯示屏呈現(xiàn)的信息和信息量是更完整、更多的。且它具有顯示分辨率高、耗能低、更新顯示信息的速度快等特點。而且在平時的課程設(shè)計中，經(jīng)常用LCD1602顯示屏，所以對它的引腳功能更為熟悉。因為本設(shè)計只需顯示經(jīng)度和緯度，液晶顯示模塊剛好顯示兩行，從整體分析，LCD1602液晶顯示屏所欲引腳少更合適本設(shè)計，所以最終選擇了方案二。3系統(tǒng)總體硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)總體框架本次基于物聯(lián)網(wǎng)的電動車防盜系統(tǒng)是由STM32單片機當(dāng)主控模塊、按鍵模塊模擬電動車開關(guān)狀態(tài)、電源系統(tǒng)供電、角度傾斜模塊模擬電動車移動狀態(tài)、GPS模塊負責(zé)經(jīng)緯度信息、GSM短信模塊負責(zé)短信的收發(fā)功能，防盜系統(tǒng)總體框架圖如圖3-1所示。GSM短信模塊GSM短信模塊按鍵模塊STM32單片機按鍵模塊STM32單片機電源系統(tǒng)LCD顯示模塊電源系統(tǒng)LCD顯示模塊角度傾斜模塊角度傾斜模塊GPS定位模塊3-1防盜系統(tǒng)總體框架圖3.2主控模塊主控模塊選擇的是STM32F103C8T6單片機，他是小系統(tǒng)開發(fā)板。通過解讀單片機的型號，可以知道STM32說明該模塊是32bit的微控制器；F103C8說明該模塊是增強型的，共有48個引腳，且存儲器是64K；T說明它的封裝方式是LQFP；6代表它工作時的溫度范圍。STM32自動復(fù)位、功耗低的優(yōu)點，且它的GPIO口有８種模式其中包含上拉、下拉輸入模式。STM32的AD轉(zhuǎn)換模塊，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精確采集。本設(shè)計使用ISP串口下載程序。所以本設(shè)計用STM32就可以實現(xiàn)我所想要的所有功能，STM32單片機的引腳如圖3-2所示。。

圖3-2STM32單片機引腳圖3.2按鍵控制模塊按鍵模塊在此設(shè)計中模擬的是電動車的開關(guān)功能，當(dāng)正常開啟時，不會觸發(fā)后續(xù)的事件；當(dāng)處于未開啟狀態(tài)時，發(fā)生移動，會觸發(fā)后續(xù)模塊進行工作。按鍵開關(guān)一般情況下都是機械彈起的。因為按鍵是機械彈簧式，所以按下和抬起時會出現(xiàn)按鍵抖動現(xiàn)象。因此需要通過軟件處理的方式，進行去抖處理。按鍵連接電路如圖3-3。圖3-3按鍵連接電路3.3角度傾斜模塊該模塊在本設(shè)計中模擬電動車的移動狀態(tài)。當(dāng)通電后，電源指示LED燈亮常亮。當(dāng)開關(guān)信號指示LED燈沒亮?xí)r，模擬的是電動車靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)開關(guān)信號指示LED燈亮?xí)r，模擬的時電動車移動的狀態(tài)。角度傾斜模塊如圖3-4。圖3-４角度傾斜模塊實圖3.4GPS定位模塊GPS模塊在本設(shè)計中負責(zé)獲取電動車的經(jīng)緯度信息。GPS模塊必須在信號較好環(huán)境下，開機后較長時間后才能獲取到定位數(shù)據(jù)。在本設(shè)計中，單片機讀取GPS獲得的經(jīng)緯度，然后將經(jīng)緯度傳給LCD顯示屏顯示、通過GSM模塊發(fā)送給指定手機號上。GPS模塊如下圖所示：圖3-5GPS模塊3.4LCD1602顯示電路本設(shè)計使用的LCD1602顯示屏更新顯示信息速度快，且剛好可以顯示兩行信息，其具體的尺寸如圖3-6。圖3-6LCD1602尺寸圖LCD1602液晶顯示屏共有16個引腳。第一腳是地電源（VSS）；第二腳連接正電源；第三腳的功能是調(diào)節(jié)清晰度，在該設(shè)計中連接了一個10K方讓電位器；第四腳通過高低電平選擇寄存器；第五腳也是通過高低電平進行讀寫操作；第六腳是使能端；第七到十四腳為8位雙向數(shù)據(jù)線；十五腳為背光正極；十六腳位背光負極。圖3-7LCD1602液晶顯示電路3.5GSM短信模塊GSM模塊在本設(shè)計中的作用是，進行防盜預(yù)警以及向車主手機號發(fā)送電動車的經(jīng)緯度。GSM模塊使用的是SIM800C，其性能穩(wěn)定，通電自動開機，且TTL模塊兼容多種單片機串口，使用方便，不需要轉(zhuǎn)換。通過USB-TTL與電腦連接，就能進行調(diào)試。調(diào)試完后通過VCC、GND、TXD、RXD四個引腳與單片機的引腳連接。圖3-9SIM800C實物圖4軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)流程首先給設(shè)備通電來啟動程序，系統(tǒng)會先初始化。然后系統(tǒng)準(zhǔn)備工作，顯示屏顯示出單片機從GPS模塊中讀取到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，接著判斷電動車是否發(fā)生移動，角度傾斜模塊開啟時，就需要去判斷電動車（按鍵模塊）是否是開啟狀態(tài)，不是開啟狀態(tài)時，SIM800C模塊向車主發(fā)送電動車被盜的提醒消息，待車主確認后被偷盜后，發(fā)送123456k的命令后，短信模塊會再向車主發(fā)送經(jīng)緯度信息，用來確認電動車的當(dāng)前位置。如圖4-1為程序流程圖：圖4-1程序流程圖4.2應(yīng)用軟件的介紹軟件設(shè)計的部分難度比較高，所以需要多思考，理清思路和設(shè)計邏輯，要更加的細心有耐心。4.2.1KEIL軟件EIL軟件庫函數(shù)豐富、參考資料較全面、安裝步驟簡單，且支持大多數(shù)市面上常見的系統(tǒng)。在編譯時，只需要選擇設(shè)計中用到的單片機型號，開發(fā)環(huán)境就會讀取單片機的寄存器信息。KEIL的開發(fā)環(huán)境可以直接完成編譯、調(diào)試、仿真等功能。如圖4-2為KEIL軟件界面。圖4-2KEIL軟件界面4.2.2燒錄軟件STM32單片機通過USB-TTL與PC端相連，點擊“搜索串口（X）”顯示有串口時，說明連接成功。接著選擇該程序的.hex文件，點擊開始編程進行燒錄。燒錄時，STM32單片機下邊的跳線帽BOOT0跳到1進入燒寫模式、在開始編程時需要按下復(fù)位鍵，否則會燒錄失敗。圖4-3燒錄完成界面圖4-4燒錄STM32實圖5系統(tǒng)的調(diào)試與分析5.1系統(tǒng)制作該防盜系統(tǒng)想要能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能且能正常運行，需要通過軟硬件設(shè)計之間的互相配合，所以在設(shè)計中需要不斷的改進，讓軟硬件能夠高度結(jié)合。在實物制作過程主要經(jīng)歷了以下幾個步驟：（1）第一步先確定硬件設(shè)備，以及搭建好軟件開發(fā)所需要的工作環(huán)境。（2）接著開始繪制整體的電路原理圖，需要知道STM32單片機每個引腳功能，然后思考整個設(shè)計中每個模塊的連接方式，檢查引腳連接的合理性，先畫出來大致的原理圖，再通過不斷的驗證和修改后，找到最合適的連接方式來確保本設(shè)計的電路原理圖是正確且完整的。（3）當(dāng)原理圖完成之后，需要先對每個硬件進行調(diào)試，確保硬件沒有問題，然后就可以開始連接硬件電路進行焊接。焊接時，需要將所用到的硬件設(shè)備在洞洞板的位置確定好，角度傾斜模塊應(yīng)為要用到傾斜的功能，所以通過杜邦線來連接電路。布局完成后，就用焊接的方式進行固定每個模塊，最后按照原理圖的連接方式連接各個引腳。焊接時，要認真、細心、有耐心，防止出現(xiàn)短路、虛焊、漏焊的現(xiàn)象。但最終還是需要用萬用表對電路進行整體的檢查，確保沒有問題。（4）硬件部分完成后，開始軟件設(shè)計。先將每個模塊的功能代碼編寫好，然后再用main函數(shù)的去調(diào)用其他代碼。編寫代碼時，需要理清整體流程，注意每個引腳連接的作用，防止出現(xiàn)錯誤。軟件設(shè)計完成后，然后進行編譯，看代碼是否編譯成功，成功的話，就可以進行程序燒錄。最后逐項的測試每個模塊的功能，看每個模塊的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)。（5）最后，就是將所有模塊的模塊連貫起來，看整個防盜系統(tǒng)的功能是否實現(xiàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有問題時，要找到相應(yīng)的代碼進行修改，不斷的修改再測試，直到系統(tǒng)的所有功能連貫的運行。5.2硬件調(diào)試首先，要對每個硬件進行調(diào)試，檢查硬件本身是否有問題。然后開始焊接在收集資料時，大多數(shù)文章都不建議用焊接的方式將LCD顯示屏與電路直接連接，所以我通過排針和排母進行了LCD顯示屏的電路連接，STM32單片機也用的同樣的方式。將整個電路焊接好之后，要先檢測連接的電路是否正確無誤，所有模塊是否能夠正常使用，接著看系統(tǒng)能否正常調(diào)試。在焊接電路時，最基礎(chǔ)的是要確定好元器件的正負極和接地的引腳，這樣可以保證電路不會在通電時被燒毀。電路如果虛焊可能會出現(xiàn)斷路或者短路的可能，電路還可能出現(xiàn)漏焊、虛焊的現(xiàn)象，所以我們需要用萬用表檢查電路是否有問題，防止帶電路發(fā)生問題。在檢測電路時，發(fā)現(xiàn)屏幕顯示出來的字符與實際不符，所以使用萬用表進行檢測，發(fā)現(xiàn)顯示屏的引腳有兩個地方出現(xiàn)了虛焊，所以再次將虛焊的地方進行焊接。檢測正常后，顯示屏就可以顯示正確的字符了，如圖5-1所示。圖5-1LCD1602正常顯示經(jīng)緯度5.3代碼調(diào)試本防盜系統(tǒng)的編程語言選擇的是C語言。C語言的優(yōu)勢很多，首先，C語言的應(yīng)用范圍廣、編譯方式簡易，其次它的語法比較靈活，編寫起來自由度大。在軟件設(shè)計中，代碼的整體邏輯關(guān)乎到設(shè)計出來的功能是否能夠?qū)崿F(xiàn)，系統(tǒng)是否能夠正常運行。所以想要軟件設(shè)計出來的整體框架不出錯，就需要將主函數(shù)里的代碼模塊化，就是使用單獨編寫代碼的方式把整個系統(tǒng)里的每個功能都分開編程。這樣的話，各個模塊都可以獨立工作，當(dāng)系統(tǒng)出問題時，也可以方便找出問題。進行模塊化編程時，每編寫完一個功能模塊的代碼，就需要就進行系統(tǒng)的模塊調(diào)試，只有功能達到所需要求時，才能停止該模塊的調(diào)試，進行下一個模塊的編寫。代碼編寫和調(diào)試的具體過程。首先調(diào)用所需的數(shù)據(jù)庫，聲明本地函數(shù)、變量和外部函數(shù)和變量。等待GSM模塊注冊成功，接著將所有模塊進行初始化，然后設(shè)置LCD1602顯示屏上顯示經(jīng)緯度的格式，最后就是編寫一些判斷函數(shù)、指令函數(shù)、最主要的是檢查收到的命令，并執(zhí)行命令內(nèi)容的功能，在這塊我調(diào)試了很久，通過查閱資料和不斷修改，才實現(xiàn)的。在將所有模塊化的程序整理到主函數(shù)時，因為邏輯不通，導(dǎo)致編譯一直失敗，最后從頭到尾的理了幾遍思路，開始不斷的修改和完善代碼，最終完成了軟件程序的編寫。5.4整體系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)軟件與硬件完成自己對應(yīng)的功能之后，就可以將軟件設(shè)計的程序燒寫到硬件設(shè)計中，再對系統(tǒng)進行整體的測試，如果能夠?qū)崿F(xiàn)所有的功能要求，就說明程序設(shè)計是成功的。通電后，所有模塊先初始化，之后可以在顯示屏看到正常且內(nèi)容清晰的經(jīng)緯度信息，所以GPS模塊獲取經(jīng)緯度的功能正常，STM32單片機的功能也在正常運行，通過按鍵模塊模擬電動車被盜狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)GSM模塊可以發(fā)送預(yù)警短信和經(jīng)緯度信息，所以短信的收發(fā)功能和按鍵模塊也是正常的。由于GPS模塊和GSM模塊都對信號又較高的要求，所以在室內(nèi)，效果并不理想，GPS模塊啟動后又需要較長時間才能獲取經(jīng)緯度，所以LCD1602模塊需要一些時間才能顯示出經(jīng)緯度信息。起初由于室內(nèi)信號過弱，GSM模塊連接不上網(wǎng)絡(luò)，注冊不成功，實現(xiàn)不了GSM模塊收發(fā)短信的功能。所以需要到室外或