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一种基于时间触发模式的汽车防盗系统的设计

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?#22253;?#36710;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?#34892;ġ?#30001;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?#27735;?#30340;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?#21462;?/P>

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?#22270;?#29575;通常都是不可预测?#27169;?#32780;?#19968;?#35201;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?#34892;?#20026;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?#32479;?#26412;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?#30423;?#21333;片机上时间触发模式可?#36234;?#25511;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?#27779;?#22788;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?#27169;?#36825;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?#29260;?#29575;可以到1KMz

时间触发合作调度器的主要功能就是唤?#35328;?#20808;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?#36234;?#20837;休眠状态等待下一个时钟节拍的到来其任务调?#28982;?#21046;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?#23454;?#21040;了提高

时间触发合作调度器任务调度图

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?#27169;?#36825;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?#20204;?#21344;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?#36234;?#21463;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?#20572;系?#22788;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?#36739;?#21270;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

系统的状态转移图

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?#36234;?#20302;开发?#35759;x?#20943;少各个部?#31181;?#38388;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?#20572;系?#30340;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?#27169;?#35813;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?#36865;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

系统模块构成

CPU外?#26377;?#21495;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?#30423;?#20018;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2.5V6.0V工作电流约为3mA,静态电流随电源电压不同为30A110A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?#32479;?#26412;

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?#26041;?#20351;系统复位

2?#21051;?#32456;端在使?#20204;?#38656;要进行初始化设置该设置是通过串口来完成?#27169;?#36890;过复用与GPS连接的串口来实?#31181;?#31471;设备的初始化需要定义好其通信协议和需要配置的具体内容

3该终?#31246;?#35013;在汽车比较隐蔽的地方采用汽车电源供电的方式该终端的主要功能是负责GPS信号的接收处理告警数据的上报?#34892;目?#21046;命令的接收处理及命令的执行等工作

4GPRS模块采用法国WAVECOM公司Q2406B,上传速率可达2618kbits/s,下载速率可达5316kbits/sGPS模块有以下两种选择

a直接选择串口连接方式的GPRSMODEM

b选择内置的GPRS模块外加天线的设计方法

采用第一种方法可?#36234;?#20302;开发和维护的?#35759;x?#32780;且安装方便但是成本比较高第二种方法需要在硬件上设计相关的电路开发?#35759;?#36739;大不过可?#36234;n统?#26412;

5车轮速度传感器也?#26032;?#36895;传感器或转速传感器它可以测出车轮与驱动轴共同旋转的齿圈数然后产生与车轮转速成正比的交流信号车轮速度传感器信号通过ADC电路转换为数?#20013;?#21495;传送给CPU进行判读

3.4任务的设计

通过对图2以及系统功能的分析我们将系统软件划分为多个任务任务的名称任务周期以及执行时间等信息如表1所列

多个任务

在表列出的各项任务中Task1每1ms对buffer进行查询如果?#34892;?#35201;收发的信息马上通过串口收发串口收到的string流存放?#20132;?#20914;区中交给Task2进行处理Task2周期为1s负责PUD短信的编解码对命令的识别和控制信号的发?#20572;?#23427;是系统中最耗费资源的任务Task3每隔10s执行一次它对车速传感器采集的信号进行判别如果需要告警则将消息发送给Task2进行处理Task4每48ms检测一次消息完成对汽车控制信号的发送Task5在小于16383个CPU机器周期内这里以12ms为周期对看门?#26041;?#34892;置位保证系统的正常运行

根据合作式调度器的原理与各任务的周期设置定时器每1ms产生一个周期中断信号因为有多个任务的执行时间超过1ms,Task1无法按规定的频?#25163;?#34892;因此采用直接将Task1包含进定时器中断服务子程序的方法从而使所有任务的周期及执行时间均能满足系统任务可调度的要求

在工程中采用事件触发模式很大程度上会增加系统的复?#26377;ԣ?#23548;致庞大的代码结构这样的代码长度?#26696;有?#19981;适合普通开发人员构建而商业实时操作系统往往价格?#27735;?#24182;且需要很大的操作系统开销采用基于时间触发模式开发系统可以满足实时简单可预测性等工程要求在应用实例中也可以看到对于任务周期与执行时间相差悬殊的任务为满足可调度性的要求将需频繁执行的短任务加入定时器中断服务子程序的方法延长了中断处理的时间同时削弱了系统实时响应能力及可预测能力?#36865;?#20063;可以通过将执行时间长的任务分解成几个执行时间短的任务来满足任务可调度性相对于事件触发模式时间触发模式对工程技术人员的要求更高

4.结语

通过软硬件的设计汽车防盗系统实现了对汽车的实时监控和报警并能实现硬件硬件防盗功能汽车电子中嵌入式系?#36710;?#21040;了大量运用如何整合汽车的原有资源设计出强大而且实用的应用将是未来汽车嵌入式开发的目标


 

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