專利名稱：基于fpga的智能防盜追蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種防盜系統(tǒng)，尤其是一種基于FPGA的智能防盜追蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們的安全意識不斷增強，有關(guān)住宅、辦公室和倉庫等處所的安全防范和自動報警系統(tǒng)的開發(fā)研制日益受到重視，各種各樣的防盜產(chǎn)品應(yīng)運而生，如汽車防盜器、家庭安保系統(tǒng)等。目前市場上常見的兩類防盜報警器第一種是傳統(tǒng)的聲音報警器，價格便宜，在財物被盜時利用人體感應(yīng)器通過控制器發(fā)出高響度警報， 大都采用現(xiàn)場報警，報警范圍受到距離限制；財物被盜時，只是發(fā)出警報，通知主人和恐嚇小偷，一旦財物被偷，很難掌握小偷的去向，無法追蹤；第二種是利用攝像頭、閉路電視全天候錄像監(jiān)控等，雖然性能好，使用方便，但價格高。大多是家庭、辦公室用，不易于移動或者隨身攜帶，而我們?nèi)粘Ｓ玫陌⑹謾C等物品容易丟失。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種價格低、易于攜帶、安全性高的基于FPGA的智能防盜追蹤系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術(shù)方案一種基于FPGA的智能防盜追蹤系統(tǒng)，其包括主機和與其相配合的目標終端，所述主機和目標終端均包括FPGA、無線移動通信GPRS模塊和全球定位系統(tǒng)GPS模塊，所述主機的FPGA上的若干端口分別與GPS模塊、GPRS模塊、按鍵、聲光報警模塊、IXD顯示模塊相連； 所述目標終端的FPGA上的端口分別與GPS模塊和GPRS模塊相連。本實用新型的主機通常由用戶隨身攜帶，目標終端放在貴重物品上。工作過程如下系統(tǒng)上電開啟后，系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。主機定時(用戶調(diào)節(jié))通過GPRS模塊向目標終端發(fā)出請求信息，目標終端接收到該信息后，通過GPS模塊接收自身位置信息；該信息經(jīng)過加密后通過GPRS模塊發(fā)送給主機；主機接收該信息并解密，同時由GPS模塊確定主機自身位置；目標終端傳來的位置信息和主機自身接收的位置信息一并傳入相對位置計算模塊，計算出二者的距離以及目標終端相對于主機的方位，并由IXD模塊顯示，供用戶查看。 特殊情況下，用戶按下主機上的尋找按鍵時，系統(tǒng)也進行上述動作。其中，CPU模塊、兩個串口(DTE、DCE)的驅(qū)動模塊、信息加解密模塊、相對位置計算模塊以及位置提取模塊都有 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)硬件實現(xiàn)，提高系統(tǒng)的速度。本實用新型具有以下功能1)防盜報警功能將目標終端放到防止被盜的物品上，當目標終端與主機之間的相對距離超過用戶設(shè)定的某一閥值時，主機發(fā)出聲光報警通知用戶，從而降低貴重物品丟失的風險。2)追蹤功能本系統(tǒng)除了作為防盜器以外還可用作追蹤器。若物品丟失后，用戶按下尋找按鍵后，可以在LCD液晶屏上看到目標終端相對于主機的位置和方位，準確的知道目標物品的位置從而對物品進行實時追蹤，最大限度的幫助用戶找回丟失的物品。3)導(dǎo)航功能當用戶按下主機的定位按鍵后可以在IXD液晶屏上顯示自身位置， 若配上當?shù)氐碾娮拥貓D，從而實現(xiàn)導(dǎo)航功能。4)該系統(tǒng)的大部分模塊基于FPGA實現(xiàn)，集成度高，成本低并便于攜帶。5)物品的位置信息是加密后進行傳輸，有更高的信息安全性。6)基于FPGA的大部分模塊，如加解密模塊、位置提取模塊、相對位置計算模塊都使用硬件實現(xiàn)，提高了速度。

圖1是本實用新型系統(tǒng)框圖；圖2是主機結(jié)構(gòu)框圖；圖3是目標終端結(jié)構(gòu)框具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。如圖1所示，主機和目標終端由現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、無線移動通信GPRS模塊和全球定位系統(tǒng)GPS模塊設(shè)計實現(xiàn)。如圖2、3所示，主機的FPGA上的若干端口分別與GPS 模塊、GPRS模塊、按鍵、聲光報警模塊、IXD顯示模塊相連；所述目標終端的FPGA上的端口分別與GPS模塊和GPRS模塊相連。其中圖2、3中的空心箭頭方向是信息流動的方向。虛線框內(nèi)的部分由FPGA芯片實現(xiàn)。本實用新型的主機通常由用戶隨身攜帶，目標終端放在貴重物品上。工作過程如下系統(tǒng)上電開啟后，系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。主機定時(用戶調(diào)節(jié))通過GPRS模塊向目標終端發(fā)出請求信息，目標終端接收到該信息后，通過GPS模塊接收自身位置信息；該信息經(jīng)過加密后通過GPRS模塊發(fā)送給主機；主機接收該信息并解密，同時由GPS模塊確定主機自身位置；目標終端傳來的位置信息和主機自身接收的位置信息一并傳入相對位置計算模塊，計算出二者的距離以及目標終端相對于主機的方位，并由IXD模塊顯示，供用戶查看。 特殊情況下，用戶按下主機上的尋找按鍵時，系統(tǒng)也進行上述動作。其中，CPU模塊、兩個串口(DTE、DCE)的驅(qū)動模塊、信息加解密模塊、相對位置計算模塊以及位置提取模塊都有 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)硬件實現(xiàn)，提高系統(tǒng)的速度。FPGA本實用新型采用xilinx公司的FPGA芯片XC3S500E，它多達136個用戶I/O引腳， 1萬個邏輯單元、50萬門邏輯門、360k bits RAM塊以及20個硬件乘法器。用戶可對FPGA 內(nèi)部的邏輯模塊和I/O模塊重新配置，以實現(xiàn)用戶的邏輯。用戶對FPGA的編程數(shù)據(jù)放在 Flash芯片中，通過上電加載到FPGA中，對其進行初始化。本實用新型系統(tǒng)級設(shè)計工具EDK10. 1 (嵌入式開發(fā)套件)對系統(tǒng)進行開發(fā)設(shè)計。工具包中集成了硬件平臺產(chǎn)生器、軟件平臺產(chǎn)生器、仿真模型生成器、軟件編譯器和軟件調(diào)試工具等。EDK中提供一個集成開發(fā)環(huán)境XPS (Xilinx平臺工作室)，以便使用系統(tǒng)提供的所有工具，完成嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的整個流程。EDK中還帶有一些外設(shè)接口的IP核，如LMB、0PB 總線接口、外部存儲控制器、SDRAM控制器、UART、中斷控制器、定時器等。利用這些資源，可以構(gòu)建一個較為完善的嵌入式微處理器系統(tǒng)。(1)CPU核=MicroBlaze軟處理器內(nèi)核是針對FPGA器件而優(yōu)化的功能強大的標準 32位RISC處理器，運行速度高達150MHz，采用哈佛體系結(jié)構(gòu)，具有獨立的32位指令總線和 32位數(shù)據(jù)總線。這兩種總線又分為局部存儲器總線(Local Memory Bus,LMB)和IBM的片上外圍總線(On-chip Peripheral Bus, 0PB)兩類。OPB總線可提供對片上外設(shè)，存儲器， 以及基于硬件描述語言編寫的算法模塊的訪問，MicroBlaze可以響應(yīng)軟件和硬件中斷，進行異步處理。應(yīng)用EDK(嵌入式開發(fā)套件)進行MicroBlaze IP核的開發(fā)。(2)UART模塊本模塊是在EDK 10. 1環(huán)境中開發(fā)完成，利用了開發(fā)環(huán)境所提供的uartns550_vl_00_b驅(qū)動程序。該驅(qū)動提供了發(fā)送函數(shù)void XuartNs550 SendByte (Xuint32 BaseAddress, Xuint8 Data)禾口接收函數(shù) unsigned int XuartNs550 RecvByte (Xuint32 BaseAddress)，使系統(tǒng)通過Uart每次發(fā)送或接收一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。(3)加密解密模塊本系統(tǒng)采用DES加密算法，基于FPGA芯片使用Verilog HDL語言編程硬件實現(xiàn)。DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，所使用的密鑰也是64位。加密算法如下首先，DES把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按初始置換表進行初始置換重新組合，并把左半部分和右半部分分別記為Ltl和Rtl，每部分長32位。然后，L0和Rtl進入第一輪子加密過程。Rtl經(jīng)過一系列的置換得到32位輸出，再與Ltl進行異或運算，其結(jié)果稱為下一輪的R1, R0則稱為下一輪的U。如此連續(xù)運作16輪，得到L16、I 16，將此作為輸入，進行與初始置換相反的逆置換，即得到密文輸出。每輪的加密可以用公式(1)來表示其運算過程，其中，Ki是密鑰置換、移位得到的子密鑰。R1=DfUi) (1)Li = Ri^1 (i = 1,2, ... 16)在每一輪的循環(huán)中，右半部分需要經(jīng)過一系列的子加密過程，這個子加密過程也叫做f函數(shù)，子加密過程包括擴展置換、異或運算、S盒置換和直接置換。(4)經(jīng)緯度提取模塊本系統(tǒng)使用的GPS模塊型號為"Trimble。GPRMC是NMEAO183 協(xié)議規(guī)定的GPS語句之一。NMEA0183是美國國家海洋電子協(xié)會制定的通訊格式，規(guī)定了海用和陸用GPS接收設(shè)備輸出的信息。格式如下$GPRMC,<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>， <13>。<1>標準定位時間，hhmmSS(時分秒)格式；<2>定位狀態(tài)，A =有效定位，V =無效定位；<3>緯度，ddmm._iim(度分)格式(前導(dǎo)位數(shù)不足補0) ；<4>緯度區(qū)分，北半球(N)或南半球(S) ；<5>經(jīng)度，dddmm._m(度分)格式(前導(dǎo)位數(shù)不足補0) ；<6>經(jīng)度區(qū)分，東半球(E)或西半球(W) ；<7>地面速率(000. 0 1851. 8Knot，前導(dǎo)位數(shù)不足則0) ；<8>地面方向(000.0 359. 9度，以北為參考基準，前導(dǎo)位數(shù)不足補0) ；<9>日期，ddmmyy(日月年) 格式；<10>磁偏角(000.0 180.0度，前導(dǎo)位數(shù)不足補0) ；<11>磁偏角方向，東(E)或西 (W) ；<12>模式指示(僅NMEA0183 3. 00版本輸出，A =自主定位，D =差分，E =估算，N = 數(shù)據(jù)無效)；<13>校驗和。如果GPS模塊和衛(wèi)星通訊正常，利用接收的信息提取相關(guān)數(shù)據(jù)。該信息提取模塊基于FPGA使用Verilog HDL語言編程硬件實現(xiàn)。[0034](5)相對位置計算模塊如果主機和目標終端接收的位置信息都有效，輸入到該模塊，計算兩個地點的距離和相對方向，如果兩點距離大于預(yù)設(shè)的距離，則啟動聲光報警模塊，進入報警模式；如果距離合格，則退出報警模式。計算兩經(jīng)緯度之間的距離，即已知球體半徑，計算兩點之間的球面距離S，依據(jù)公式⑵
權(quán)利要求1. 一種基于FPGA的智能防盜追蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括主機和與其相配合的目標終端，所述主機和目標終端均包括FPGA、無線移動通信GPRS模塊和全球定位系統(tǒng)GPS模塊，所述主機的FPGA上的若干端口分別與GPS模塊、GPRS模塊、按鍵、聲光報警模塊、IXD顯示模塊相連；所述目標終端的FPGA上的端口分別與GPS模塊和GPRS模塊相連。
專利摘要本實用新型涉及一種基于FPGA的智能防盜追蹤系統(tǒng)，其包括主機和與其相配合的目標終端，所述主機和目標終端均包括FPGA、無線移動通信GPRS模塊和全球定位系統(tǒng)GPS模塊，所述主機的FPGA上的若干端口分別與GPS模塊、GPRS模塊、按鍵、聲光報警模塊、LCD顯示模塊相連；所述目標終端的FPGA上的端口分別與GPS模塊和GPRS模塊相連。本實用新型具有防盜報警功能、追蹤功能和導(dǎo)航功能，該系統(tǒng)的大部分模塊基于FPGA實現(xiàn)，集成度高，成本低并便于攜帶。物品的位置信息是加密后進行傳輸，有更高的信息安全性?；贔PGA的大部分模塊，如加解密模塊、位置提取模塊、相對位置計算模塊都使用硬件實現(xiàn)，提高了速度。
文檔編號G08B13/24GK202093638SQ201120218629
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月26日
發(fā)明者張瑞華 申請人:山東大學(xué)