毕业设计（论文）-基于单片机的汽车防盗系统的设计.doc

编号 专科生毕业设计基于单片机的汽车防盗系统设计Design of Based on SCM Car Alarm System Design学 生 姓 名专 业电子信息工程学 号指 导 教 师学 院应用技术学院2010年6月长春理工大学2010届专科毕业设计摘 要随着经济的发展，汽车市场不断壮大，私家车的包有量也越来越多，但同时汽车被盗也给人们带来了巨大的经济损失，汽车盗窃已成为世界一大公害。在国外，汽车防盗技术经过几代发展已经从最初的机械式汽车防盗系统发展到最新的基于GSM/GPS手机控制的的汽车防盗系统。而在国内，由于价格上和技术上的原因，普通的电子式汽车防盗器还是占据主流地位。针对市面上流行的普通汽车防盗器产品大多数都存在着防盗功能单一、可靠性低、缺乏跟踪监控功能等缺陷，本文研究实现了一种基于单片机控制的多功能汽车防盗系统。该系统集成传统的防盗技术、单片机控制技术和感应系统，通过单片机系统设计原理，构建了一个在车主和汽车之间通信的交互平台。首先利用传感器采集被盗信息，如有人非法开启车门、进入车内、开启后备箱或者托起车身等，并将信息传给单片机进行处理，单片机经过计算判断分析危险信号及时发出声音报警，车主听到声音后及时通过发射设备关闭车门等措施。从而达到汽车防盗。关键词：汽车防盗系统；单片机；AT89S52IAbstractWith the economic development,the vehicle market grows steadily and the number of private vehicles keeps increasing. But in the meantime the theft of vehicles,which becomes a world wide public hazard,makes people suffer from tremendous economic loss. In foreign countries,the vehicle alarm system upgrades from the original mechanical mode to the latest SCM controlBased mode after several generations. But in China,considering the price and technology,the common electronic vehicle alarm equipments are still the dominant ones.In view oft he deficiencies of most common vehicle alarm equipments prevalent in the market, such as single alarm ability, low security and lack of tracking and monitoring ability, a vehicle alarm system based on SCM control Communication platform in this paper.Integrating the traditional vehicle alarm technology and SCM technology and according to the designing principles of SCM control system,the system builds up a mutual platform among the vehicle owner and the vehicle by using the vehicle monitor and control protocol based on GSM short message. First,use sensors to acquire any stolen information and pass its to SCM for processor.Then,SCM calculation,judgment and analysis and send text messages to the vehicle owner.The vehicle owner according to the actual condition and sent to the vehicle control directive to the vehicle by mobile phone short message,so realizing the cell phone remote control car alarm systems.Key Words：Vehicle alarm system；SCM；AT89S52- III -目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论- 1 -1.1汽车防盗器简介- 1 -1.1.1机械式防盗器- 1 -1.1.2电子式防盗系统- 1 -1.1.3芯片式防盗系统- 2 -1.1.4网络式防盗系统- 2 -1.1.5其他防盗器- 3 -1.2课题的主要研究背景、研究内容和研究意义- 3 -1.2.1研究背景- 3 -1.2.2研究内容- 4 -1.2.3研究意义- 4 -第2章 系统方案设计- 5 -2.1本课题研究的关键问题- 5 -2.2解决关键问题的思路- 5 -2.2.1汽车防震防拖动控制- 5 -2.2.2防接近汽车驾驶座检测- 5 -2.2.3防人体接近汽车检测控制- 5 -2.2.4车门防开启检测- 6 -2.3系统整体设计方案- 6 -第3章 系统硬件设计- 7 -3.1 核心控制模块设计- 7 -3.1.1核心芯片- 7 -3.1.2抗干扰电路设计- 11 -3.2防人接近模块设计- 12 -3.2.1防人接近驾驶座- 12 -3.2.2防人接近车体- 12 -3.3车门防开启模块设计- 13 -3.4防震防拖检测模块设计- 14 -3.4.1ADXL202引脚功能介绍- 15 -3.4.2加速度值的确定- 16 -3.4.3 ADXL202系统中的设计方案- 17 -3.4.4模拟转换- 19 -3.5输出控制模块设计- 21 -3.6声音报警模块- 22 -3.7电源模块设计- 23 -第4章 软件系统设计- 24 -4.1软件流程图软件流程图- 24 -4.2 A/D转换程序系统设计系统软件设计- 25 -4.3程序开发- 26 -结 论- 36 -参考文献- 37 -致 谢- 38 -I第1章 绪论1.1汽车防盗器简介20世纪90年代以来，电子信息技术的飞速发展使电子信息技术、传感器技术、数据通讯技术、汽车网络技术、计算机处理技术和控制技术等有效地应用于汽车防盗技术，促进了汽车防盗技术的高度智能化和功能多样化。随着汽车电子技术的发展，汽车防盗设备按其结构与功能可分四大类：机械式防盗器、电子式防盗系统、芯片式防盗系统和基于单片机控制的网络式防盗系统。它们之间各有优劣，但是汽车防盗的发展方向是向智能程度更高的芯片式和网络式发展的1。1.1.1机械式防盗器机械锁是最常见也是最早的汽车防盗器，其造价低，结构简单，环保性好，工作状况和防盗效果类似于锁具。目前，机械锁在高中档汽车中几乎难觅踪影，即便是在低档汽车中也已很少单独使用，它主要和电子式、芯片式联合使用。机械锁主要分为方向盘锁和变速箱锁两大类。其中方向盘锁在使用时，主要是将方向盘与制动脚踏板连接在一起，使方向盘不能做大角度转向，而且不能制动汽车。而安装变速箱锁是在换档杆附近安装变速锁，可使变速箱不能换档。通常在停车后，把换档杆推回空档位置，加上变速箱锁，从而使汽车不能换档。方向盘锁、变速箱锁和钩锁等机械式防盗器，主要是靠锁定离合、制动、油门或转向盘、变速杆来达到防盗的目的，但只能防盗不能报警。另外，机械式防盗锁靠坚固的金属结构锁住汽车的操纵部位，使用起来不隐蔽，且占用驾驶室空间，而且每次使用都要拆装，较为麻烦。机械锁主要起到限制车辆操作的作用，对防盗方面能够提供的帮助非常有限，很难抵挡利用钢锯、撬棍、老虎钳等重型工具进行盗窃的盗车贼。1.1.2电子式防盗系统 现阶段，应用最广泛的是电子式防盗锁。对比于前一种汽车防盗器，机械防盗器是一种预防汽车被盗的装置，但这种装置并不能阻止他人进入驾驶室、车内或打开行李箱、发动机罩，甚至起动发动机等。而电子防盗装置不仅能可靠地防止汽车被盗，而且能防止他人进入车内和拆卸某些汽车零件。此类产品目前是国内汽车防盗器的主流产品，它主要是靠振动侦测、中控门锁、锁定点火或起动系统来达到防盗的目的，同时具有声音报警功能。高级的电子防盗器还具有微波探测或红外探头等功能。该类防盗器功能齐全，安装隐蔽，无线遥控，操作简便。在生产技术上，电子芯片密钥技术和传感器技术己相当普及，制造厂家众多，工艺也己相当成熟，生产成本相对低廉。电子防盗系统的致命弱点在于其电子密码和遥控操作方式， 当车主用遥控器开关车门时， 匿藏在附近的盗车贼可以用接收器或扫描器盗取遥控器发出的无线电波或红外线，再经过解码，就可以开启汽车的防盗系统。另外，这类电子防盗报警器的使用频率普遍被限定在300-350MHz的业余频段上，而这个频段的电子波干扰源又多，电波、雷电、工业电焊等都会干扰它而产生误报警。1.1.3芯片式防盗系统 电子防盗系统固然有其优点，但随着时间的推移，人们又研制出了更先进的替代品，这就是芯片式数码防盗器。由于优点突出且使用方便，大多数高档轿车均采用这种防盗方式作为原配防盗器。目前很多高档车，如德国奔驰、德国宝马、法国爱丽舍等车型都装有原厂的芯片式数码防盗系统。芯片式数码防盗器的基本原理是通过芯片钥匙锁住汽车的马达、电路和油路，使车辆在没有芯片钥匙的情况下无法启动。数字化的密码重码率极低，而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开锁，这就杜绝了被扫描的弊病。目前芯片式数码防盗器已经发展到第四代，最新面世的第四代防盗芯片，具有特殊诊断功能，即已获授权者在读取钥匙保密信息时，能够得到该防盗系统的历史信息。系统中经授权的备用钥匙数目、时间印记以及其他背景信息，成为收发器安全特性的组成部分。第四代防盗系统除了比以往的电子防盗系统更有效地起到防盗作用外，还具有其他先进之处，如它独特的射频识别技术（RFID）可以保证系统在任何情况下都能正确识别驾驶者，在驾驶者接近或远离车辆时可自动识别其身份自动打开或关闭车锁；无论在车内还是车外，独创的TMS37211器件都能够轻松探测到电子钥匙的位置。国内不少厂商通过引进国外先进技术开发出了我国的芯片式防盗系统，如爱丽舍应答式防盗系统是在BOSCHMP5.2电喷系统的基础上增加了一套新系统，它可以用来锁定和解锁发动机电脑，从而来实现车辆的防盗功能。当插入一把带有应答器的正确钥匙时，系统自动完成对码、解锁发动机电脑，否则发动机电脑处于闭锁状态，发动机点火和喷油的控制被切断，汽车无法起动。1.1.4网络式防盗系统芯片式防盗系统虽然有着强大的防盗功能，但是依然不能突破距离的限制，无法远程实时了解汽车的状态。防盗是指通过网络来实现汽车的开关门、启动马达、截停汽车、汽车的定位以及车辆可以根据车主的要求提供远程的车况报告等功能。网络防盗主要是突破了距离的限制。目前主要使用的网络是卫星定位跟踪系统简称（GPS）和全球移动通讯系统（简称GSM）。基于GSM/GPS汽车防盗系统属于网络式防盗系统，其基本原理是通过锁定汽车点火系统并将汽车状态实时的传递给车主和监控中心来达到防盗的目的，GPS应用于汽车反劫防盗服务就得益于卫星监控中心对车辆的24小时不间断、高精度的监控服务。该系统由安装在指挥中心的中央控制系统、安装在车辆上的移动GPS终端以及GSM通信网络组成，通过接受全球定位卫星发出的定位信息，计算出移动目标的经度、纬度、速度和方向，并利用GSM网络的短消息平台作为通信媒介来实现定位信息的传输。该系统一些常见的品牌有赛格、华强、迈吉贝斯、大三通等等，在国内这类产品因价格高等各方面原因，目前在市场上还不普及，市场占有率较低。1.1.5其他防盗器 1无光发烟器：该发烟器安装在车内之后，只要盗贼一进人汽车。它便会自动放出无毒烟雾，使盗贼双眼看不见周围的物体，只有束手就擒。2高分贝放声器：该放声器安装在汽车内之后，盗贼只要一接触汽车门，就会立即发出高他贝的警报声，以便将盗贼吓走和引起行人注意。3自排锁：该锁是安装在排挡杆里面的锁具，采用铝合金钢铸造成，可防锯、防剪、防钻，号称是能承受任何外力的“超级防盗锁”，比早期的方向盘防盗锁，更具先进性。4方向盘锁：该锁号称“铁甲武士”，采用镍铬钥合金钢材料，经硬化处理后，可防止锯、钻等破坏，锁头为100万组号码的立体锁制成，对于防盗有极大的功效。1.2课题的主要研究背景、研究内容和研究意义1.2.1研究背景正是由于现有的城市停车环境还无法有效地保障汽车停放的安全，所以针对汽车防盗问题，国内外许多机构都投入力量，进行相关的研究和开发。但由于种种原因， 国内现有的汽车防盗器还存在着许多问题， 当前使用的汽车防盗器产品大多数都存在着防盗效果差、易受干扰、环保性能差等缺陷。目前，汽车防盗器市场可谓鱼龙混杂，各种类型的防盗器品种繁多，令人眼花缭乱。然而，大多数的防盗器技术含量不高，很容易让不法分子得手。因此，高科技含量更高的防盗系统应运而生。基于单片机的汽车防盗产品已经出现在市场上，但是基于单片机控制且通过GSM/GPS通信平台的汽车防盗系统却并不多见，所以，由此开发出的产品必将拥有广阔的市场前景。对防盗器技术发展的分析总结，使我们认识到目前的防盗器技术仍停留在声音报警和现场控制的水平，不能进行远程控制。基于此，本文提出一种基于单片机控制和GSM/GPS通信平台的汽车防盗系统。本系统包含车载端和控制端两部分，将先前的只针对现场控制的防盗器发展成数千米以外也能控制的汽车防盗系统。该系统利用传感器采集被盗的各种可能信号，经过单片机控制处理后利用GSM模块将汽车的实时状态（包括人体接近车体、车门被非法开启、车体被破坏、车被整体拖动、人非法进入驾驶室、车被非法点火等）发送给车主。必要时可以通过手机关闭车辆油路、电路，并锁死所有门窗。基于单片机控制和GSM/GPS通信平台的汽车防盗系统实现了车主对汽车安全的远程控制，在汽车和车主之间建立了联系的桥梁，可以让车主实时了解和控制爱车的状态2。所以，基于单片机并利用远程GSM通信平台实现远程控制的汽车防盗系统的开发和研究就显得尤为重要。1.2.2研究内容本课题主要对汽车防盗器进行研究，针对传统汽车防盗器功能单一、结构简单、可靠性不高的缺点，在充分研究该系统模型各要素的基础上，以AD89S52为核心，通过该处理器各个数字l/O端口实现对对传感器采集信号的处理以及对汽车防盗器的驱动，实现对汽车的防盗防抢功能，即将传统的汽车防盗器改造为新兴的汽车防盗系统。研究内容具体如下：1通过传感器检测各种异常情况并将信号传递给单片机进行计算，分析处理。2通过单片机控制系统结合GSM通信平台将传统的汽车防盗器改造成具有远程控制功能的高效防盗系统。 3针对GSM模块的特性，设计相应的通讯协议，搭建一个与汽车和车主交互的平台。1.2.3研究意义本课题研究的意义在于：1在传统防盗器领域，单片机控制系统理念，提出一种新的全方位汽车安全解决方案，通过设计具有远程监控功能的通讯平台，为汽车防盗系统的远程控制发展提供了良好的应用基础。2将GSM手机短信技术运用到相应的汽车防盗系统中，使得汽车安全系数有了很大提高，为汽车防盗安全体系的实现提供了一种新型解决方案。3 利用较低的硬件环境完成较高的系统功能，在汽车防盗系统市场探索出一条新路，为今后基于单片机的远程控制防盗系统在国内的普及奠定了基础。第2章 系统方案设计车主离开后防使防盗系统处于运行状态时，如果发生汽车门、窗或后盖箱被非法打开以及非法进入车内，或是车主忘记将车门关紧等时，装置会启动声音报警，让车主及时了解情况，而实现汽车的防盗预警。 2.1本课题研究的关键问题 异常状态的姜策应包含以下监测环节：1汽车防震防拖动检测；2防人体接近汽车驾驶座检测；3防人体接近汽车检测；4车门及后备箱防开启检测；5声音报警检测。2.2解决关键问题的思路2.2.1汽车防震防拖动控制 选用加速度传感器ADXL202。由于窃贼盗窃汽车时会引起车体的振动或倾斜现象，而ADXL202能够测量0-5kHz、士2g范围内动态或静态加速度。动态加速度的测量可以用于振动检测；而利用静态的重力加速度作为输人矢量，就可以确定物体的加速度方向和大小。所以ADXL202对车体遭破坏（产生震动）和整车被搬运或拖走（有倾角变化）均能检测。 2.2.2防接近汽车驾驶座检测选用热释电红外传感器KDS9。热释电红外传感器只对中心波长为910m的红外线辐射敏感，能够检测到人体辐射的红外信息，可以用作人体入侵车内的监测器件。 2.2.3防人体接近汽车检测控制选用微波多普勒传感器RD9481。利用多普勒效应制成的传感器可以用来探测人体或物体的移动，该传感器在人或物体靠近时接收器接收的频率发生变化。由于窃贼和正常行人的频率不在同一范围，就可对报警频率范围进行设定。当频率变化至设定值时，可以判断为有人或物体进入防盗系统的预警范围3。 2.2.4车门防开启检测选用对射式红外光电管，由红外发射管和红外接收管两部分构成。车门关严实时，接收管能接收到发射管发出的红外信息，一旦车门未关严或被非法打开时，接收管接收不到发射管发出的红外信息，就会触发单片机产生报警。2.3系统整体设计方案本系统以单片机为控制核心，通过各检测模块来获得车辆的异常状态，一旦检测到危险情况单片机启动声音报警并通过GSM模块向手机发送报警信息，随后预警装置拨通车主手机，车主接听并挂断后，整个装置恢复到接收命令状态。此时如果车主发送一条短信给装置的GSM MODEM，如“关闭车门”、“切断油路”等，GSM MODEM在接收到短信后会立即发送一个信号给单片机，然后将短信内容通过串口传给单片机。单片机通过分析接收到的短信内容，启动相应的控制装置，执行操作。同时也可接收手机的命令短信来控制汽车的油路和车门的自动封锁。为了使用人员操作方便，报警系统的开启和关闭可由无线手持器来控制即系统中遥控模块。 考虑到一部车的使用可能不会是固定的一个人，车主也不一定用固定的手机号码。所以单片机外接了一个车主手机号更改装置小键。当需要更改短信发送的目的手机（Sim卡）时，首先通过键盘输入密码，然后再输入更改后的手机号码，即可完成车主手机号的变更。为便于车主监听车内情况4，GSM还外接了Microphone，车主能准确的知道车内情况。系统整体结构框图如图2-1所示图2-1 系统整体结构框图第3章 系统硬件设计这个部分是论文的核心部分。对系统的硬件设计做出了一定系统的说明。该系统主要包括核心控制模块，防人接近检测模块，车门防开启检测模块，防震放拖检测模块，输出控制模块，电源模块，声音报警模块等5。3.1 核心控制模块设计本系统以单片机为核心芯片完成信号的输入、输出、计算、处理及控制功能。电气原理图如图3-1所示：图3-1 核心控制模块3.1.1核心芯片核心选用AT89S52（8位微控制器，8K字节在系统可编程Flash存储器）作为主控制芯片。主要性能指标：与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0Hz33Hz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；八个中断源；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；看门狗定时器；双数据指针。功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制中广泛应用。AT89S52为系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52有三种封装结构，本文选用图3-2所示结构图3-2 AT89S52引角结构P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表3-1所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。RST：复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效，这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。表3-1AT89S52引脚第二功能引脚号 第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）P3.0 RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2 INT0（外部中断0）P3.3INT0（外部中断0）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器写选通）核心芯片在该系统中的作用 INTO脚用于接收人体接近信号。 P2.1、P2.2、P2.3分别接经过A/D转换后的震动及倾角信号。INT1 用于接收车门及后备箱被非法开启的信号。P2.6和P2.7做为输出口，输出控制模块的输入信号。3.1.2抗干扰电路设计此电路以MAX813L为核心，其连接电路如上图3-1所示本报警系统的核心是单片机系统，而汽车会停放在各种各样的场合，在这些场合中存在着各种各样的干扰源，给系统的运行带来很多问题，使系统无法正常运行，甚至产生误报警，给车主带来麻烦6。干扰按其来源通常可分为两种：第一、由电压电源引起的干扰：本系统以汽车电瓶供电，电瓶的老化，电量的多少或充放电瞬间等都会经电源窜入瞬变干扰，引起误动作。实践经验表明，在单片机系统因外部干扰而引起的故障中，80以上是因电源干扰产生的。因此，对电源电压进行监测并采取相应的措施对系统的正常运行非常必要。第二、由电源以外原因引起的干扰：主要是传输信道的干扰，如杂散电磁场通过感应和辐射进入信道的干扰，由于地阻抗耦合、漏电流等因素产生的干扰等。此类干扰同样可以引起系统程序跑飞或死机等故障。除了从硬件方面加强抗干扰措施以外，使跑飞的程序重新进入正常运行也是很重要的。除了上述干扰源问题，单片机系统还有正常情况下的上电、手动复位等要求。MAX813L就是专门用来实现电源电压检测的芯片，它不仅能对+5V电源电压检测，还可以对其他电源电压（如12V，-5v）实现检测，另外他内部还具有看门狗定时电路，用于单片机系统十分方便。MAX813L的引脚介绍MAX813L是MAXIM公司推出的低成本微处理器监控芯片，其DIP引脚如核心模块电路中所示。/MR：人工复位输入端Vcc：+5V电源GND：电源地PFI：电源故障监测输入端PFO：电源故障输出端WDI：看门狗检测输入端RESET：复位信号输出端/WDO：看门狗输出3.2防人接近模块设计该部分包括防人接近驾驶座和防人接近车体两部分。其电气原理图如图3-33.2.1防人接近驾驶座当窃贼非法进入车内试图驾驶汽车时，必须能将此信号传递给单片机产生报警。这里选用热释红外传感器KDS9。热释电红外传感器只对中心波长为910m的红外线辐射敏感，能够检测到人体辐射的红外信息，可以用作人体入侵车内的监测器件7。当有人非法进入车内时，传感器检测到人体红外信息经转换电路将该信号转换成电平信号传递给单片机，单片机触发报警电路产生报警。其电气原理图如图3-3所示。 3.2.2防人接近车体由于窃贼和正常行人的移动频率不在同一范围，就可选用传感器对人体频率进行监测。首先设定报警频率范围，当检测到设定报警范围的频率时就产生报警。这里选用微波多普勒传感器RD9481。利用多普勒效应制成的传感器可以用来探测人体或物体的移动，该传感器在人或物体靠近时接收器接收的频率发生变化。将此信号经转换电路后传递给单片机的输入口，单片机经过计算， 判断其是否在设定的报警范围内。当频率变化至设定值时，可以判断为有人或物体进入防盗系统的预警范围，触发报警，否则继续监测。电气连接图如图3-3所示。图3-3 防人接近原理图3.3车门防开启模块设计很多窃贼盗车首先是开启车门后将车开走，也有的是打开后备箱盗窃物品，所以需要对非法开启车门和后备箱监控.从价格及系统要求考虑选用普通对射式红外光电管。这种开关价格便宜方便使用，能满足系统要求。这种红外光电管由红外发射管和红外接收管两部分构成。将光电管分别安装在车门及后备箱两侧，检测信号经转换电路后送给单片机输入口，车门正常关闭时接收管能够接收到发射管发射的红外信息，一旦有车门未关严或被非法打开情况发生时8，接收管接收不到发射管发出的红外信息，单片机就会触发报警电路产生报警。电气连接图如图3-4所示。 图3-4 车门防开启检测电路3.4防震防拖检测模块设计有些盗贼会破坏车体或是将整车拖走，破坏车体时会产生震动，整车托运会有倾角产生。所以对震动和倾角的检测是必要的。本模块中核心芯片选用加速度传感器ADXL202。 ADXL202是AD公司设计生产采用MEMS工艺制作的低价格、低功耗、单芯片集成双轴加速度传感器，3-5.25V单电源供电，工作电流小于6mA，可以测量0-5kHz，t2g范围内动态或静态加速度，60Hz时分辨率为2mg，可以数字、模拟信号形式输出，体积仅为5mm x 5mm x 2mm；可以对车体微小振动和整车的倾斜角度同时进行监测。将其应用于汽车防盗系统不但扩大了系统的监测范围，而且简化了系统，提高了防盗系统报警的可靠性。因此，选定其作为汽车防盗系统的传感器件。电气连接图设计如图3-5。 图3-5 防震防拖电气连接图3.4.1ADXL202引脚功能介绍ADXL202的封装形式为LCC-8，其封装和引脚的示意图如图3-6所示。引脚ST用于芯片自测，VDD上电后，ST在静电力的作用下，输出的工作循环脉宽改变10%左右，相当于作用800mg加速度的输出信号9，测试这个引脚就可以用于判断芯片是否正常工作；引脚T2需外接RST电阻，在0.5ms-IOms范围内设置工作循环周期T2；引脚COM作为公共接地端；引脚XOUT，YOUT二用于输出数字信号；引脚XFILT， YFILT外加滤波电容，用以设置检测信号的带宽范围，VDD引脚作为芯片供电电源输入端。图3-6 ADXL202引脚结构3.4.2加速度值的确定加速度传感器可以分别利用XOUT，YOUT引脚和XFILT， YFILT引脚进行数字信号或模拟信号输出。在采用数字信号进行测量时，只要利用微处理器的计数器/定时器端口分别采集信号的工作周期脉宽T，和工作周期的时间长度T2，利用公式（3-1）就可以得出被测加速度的值。A （g）=（T1/T2-0.5）/12.5% （3-1） 信号示意图如图3-7所示图3-7 ADXL202信号示意图在采用模拟信号进行测量时，可以直接采用从XFILT、YFILT引脚输出的模拟信号，也可以将XOUT，YOUT引脚输出的数字信号进行RC滤波，重新恢复成模拟信号。第一种方法输出的信号带宽比较宽，但需外加电压跟随器才能带负载；第二种方法可以对输出的模拟信号进行放大，但频率响应特性较低。采用何种输出方式应根据具体的使用条件来确定。3.4.3 ADXL202系统中的设计方案由于窃贼盗窃汽车时会引起车体的振动或倾斜现象，而ADXL202能够测量0-5kHz、士2g范围内动态或静态加速度。动态加速度的测量可以用于振动检测；而利用静态的重力加速度作为输人矢量，就可以确定物体的空间方向。整体方案设计方案ADXL202采用5V直流电源供电，为降低电源对传感器的干扰，在引脚VDD和公共接地端COM之间需连接0.1uF的去耦电容。由于芯片与微处理器共用一个供电电源，在电源与VDD之间需增加一个l00欧姆的电阻，以减小数字信号对传感器输出信号的干扰。T2引脚外接625千欧姆的RSET电阻，将输出的数字信号周期确定为5ms，即频率为200Hz。从XOUT、YOUT引脚输出的数字信号直接送到微处理器的计数器/定时器端口，以便进行重力加速度的测量，以得出车体倾角的变化。从XFILT、YFILT引脚输出的模拟信号经电压跟随器提高负载能力后，送人微处理器的A/D端口，以对车体微小振动进行测量。汽车防盗中，车体倾斜角度的测量要求其信号的噪声必须很小，这就要限制信号带宽。而对于振动的测量，则需要10-200Hz的较宽信号范围。首先，将XFILT、YFIL引脚的滤波电容CX，CY设定为0.027uF，这样输出的数字、模拟信号的带宽全都限制在200Hz以下，再将ADXL202输出的带宽为200Hz的数字和模拟信号分别经过低通滤波和高通滤波，就可以获得倾斜、振动监测所需带宽的信号。将ADXL202同时作为振动测量和倾斜角测量传感器的方案原理图如图3-7中防震防拖检测模块所示。 倾斜角度的测量方法对于拖车或整车搬运的盗窃方式，如果车体的角度相对于初始状态改变5，就可判定有盗车情况发生。倾斜角度测量值通过XOUT、YOUT端口输出的数字信号得到10。由于经XFILT、YFILT端口的电容低通滤波，信号带宽为200Hz，则根据ADXL202的噪声计算公式为：Noise（rms）=（200g/）x （3-2）其中，Noise为噪声的几何平均值，BW为信号带宽，f（Hz）为频率。则其噪声平均水平为：Noise（rms）=（200g/）x （3-3）代入BW=200得Noise（rms ） 3.6mg （3-4）取置信区间95.4%，则信号噪声的峰一峰值为：4x N ise （r ms）=4x 3 .6mg=14.4mg （3-5）如果ADXL202的敏感轴从水平位置变化了5，就相当于ADXL202输出的数字信号改变约87mg，这样14.4mg的噪声水平就显得过高了。因为期望的噪声水平最多不能超过5mg。将XOUT、YOUT端口输出的200Hz数字信号进行16次采样，并将采得的信号取平均值，就可以实现数字低通滤波，将信号的带宽降为12.5Hz。此时的噪声水平为：Noise（rms）=（200g/）x 0.9mg （3-6）取置信区间95.4%，则信号噪声的峰一峰值为：4x Noise（rms）=4x0.9mg=3.6 m g （3-7）这种噪声水平完全可以满足系统要求（5mg）。ADXL202的温度变化系数为2mg/，在监测的0-5倾角范围内，每改变1，输出约改变17mg。由于室外昼夜温差很可能达到8.590，温度漂移很可能造成虚假报警，必须对其限制。可以利用软件微分器进行信号处理，即如果ADXL202的输出变化率大于87mg/min，就认为有警情；如果小于这个数值，就可以认为是由于温度变化引起的温度漂移，不予报警。汽车微小振动的测量方法通过对车体微小振动的测量，可以实现对破坏车体行为的监测。若在一较短时间段内，振动的能量超过设定的阈值，就可以判定有破坏汽车的况发生。监测汽车微小振动所需信号由XFILT、YFILT端口获得。虽然在XFILT、YFIL端口输出的模拟信号已经过200Hz低通滤波，但仍需将信号再经1OHz高通滤波，才能达到振动监测所需的10-200Hz带宽要求。另外，从XFILT、YFIL端口输出的模拟信号负载能力很弱，可以将带通滤波后的信号送人电压跟随器，以提高其负载能力。然后，将信号送入微处理器内部的A/D端口进行模/数转换。根据采样定理，微处理器采样频率定为400Hz，即每2.5ms采样一次。利用软件积分器测量振动的能量，是将微处理器记录的16次振幅采样值的绝对值求和，即可得到40ms内振动的能量。如果这个绝对值之和超过设定的数字阈值，微处理器就可以进行报警。利用加速度传感器ADXL202组成的防盗监测装置，不但拥有传统汽车防盗传感器件的灵敏性，而且扩大了汽车防盗的监测范围（可以对拖车和整车搬运的盗窃方式进行预警），而且还简化了系统的电路结构，提高了系统可靠性。ADXL202完全可以取代磁效应传感器等传统敏感元件，成为汽车防盗监测信号的可靠敏感器件。另外，ADXL202在计算机外围设备、信息产品运动监测等方面也有着广泛的应用。 3.4.4模拟转换ADXL202检测的是模拟信号不能直接作为单片机的输入信号，必须对其进行A/D转换。这里核心芯片选用ADC083211。ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832 具有以下特点：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32S；一般功耗仅为15mW；8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C。 ADC0832芯片的各个引脚结构图如图3-8：图3-8ADC0832芯片顶视图ADC0832芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能；CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用；CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用；GND 芯片参考0 电位（地）；DI 数据信号输入，选择通道控制；DO 数据信号输出，转换数据输出；CLK 芯片时钟输入；Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对ADC0832的控制原理：正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能，其功能项见表3-2和表3-3。表3-2 ADC0382独立工作模式MUX AddressChannel#SGL/DIFODD/SIGN0110+11+表3-3 ADC0382微分工作模式MUX AddressChannel#SGL/DIFODD/SIGN0100+-01-+如表3-2和表3-3所示，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 3.5输出控制模块设计单片机输出控制包括封锁车门和切断油路两个控制部分，单片机根据车主的命令执行分封锁车门和切断油路。电气原理图如图3-9所示：图3-9输出控制原理图车门和油路中接入继电器12，由单片机输出信号控制。当车体遭受盗窃，车主接到短信报警后可以发送“切断油路”，“封锁车门”等短信，单片机接到命令后由P2.6，P2.7的输出控制信号，完成切断油路或封锁车门，从而实现远程控功能。由于单片机输出的信号功率较小，无法驱动继电器，所以必须对其进行放大处理，使其足以完成对继电器开和关的控制。本电路选用高压大电流达林顿晶体管阵列ULN2003。 ULN2003A电路是美国Texas Instruments公司和Sprague公司开发的高压大电流达林顿晶体管阵列电路。由7组达林顿晶体管阵列和相应的电阻网络以及钳位二极管网络构成，具有同时驱动7组负载的能力，为单片双极型大功率高速集成电路。其引脚结构及控制电路如3-9图所示。3.6声音报警模块当有盗贼对车体构成威胁时，报警系统不仅要发信息通知车主还应有声音报警信号向路人示意。所以系统中应包含声音报警模块。本系统选用普通声音报警模块，由单片机RING口的输出信号触发其鸣叫报警，单片机直接输出的信号功率太小不能驱动声音报警模块报警。需将单片机输出的信号进行放大处理，驱动电路示意图如图3-10所示：图3-10 音报警电路示意图3.7电源模块设计报警系统采用车体电瓶供电，由于车体电瓶为24V直流电压，而报警系统中各模块的供电电压又不尽相同，这就需要电平转换电路将24V车体直流电压转换成个模块需要的电压。选用芯片A1212S和AMS117CD-5.0首先通过A1212S将24V车体直流电压转换成正负12伏直流电压，给12V电压驱动芯片供电13。另外通过AMS117CD-5.0将12V直流电压转换成5V直流电压给5V电压驱动芯片供电。电气原理图如图3-11所示：图3-11 电源转换原理图第4章 软件系统设计4.1软件流程图软件流程图图4-1 系统软件流程图系统启动后单片机首先是扫描改号键盘是否有输入，对其做响应处理。然后扫描输入端口是否有前端检测信号，有检测信号则驱动声音报警并向车主发送手机短信14，检测短信是否发送成功否则继续发送直到确定发送成功，然后拨通车主手机让车主监听车内情况以便作出正确的判断和及时处理。若无检测信号输入单片机，单片机则监测是否有车主短信，根据短信内容做出相应控制。4.2 A/D转换程序系统设计系统软件设计ADC0832 数据读取程序流程：为了高速有效的实现通信，我们采用汇编语言编写接口程序。由于ADC0832 的数据转换时间仅为32S，所以A/D转换的数据采样频率可以很快，从而也保证的某些场合对A/D转换数据实时性的要求。数据读取程序以子程序调用的形式出现，方便了程序的移植15。程序占用资源有累加器A，工作寄存器R7，通用寄存器B 和特殊寄存器CY。通道功能寄存器和转换值共用寄存器B。在使用转换子程序之前必须确定通道功能寄存器B的值，其赋值语句为“MOV B，#data”（00H03H）。运行转换子程序后的转换数据值被放入B 中。子程序退出后即可以对B 中数据处理。流程图见图4-2。图4.4A/D转换程序流程图4.3程序开发*文件名称：main.c说 明：控制发送SMS信息的S52程序GSM模块（TC35i）通过串口与单片机相连*/#include#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit RELAY1 = P26； /sbit RELAY2 = P27； /sbit ring = P17； /sbit ADC0832_CLK = P22； /sbit ADC0832_CS = P21； /sbit ADCO832_DI = P23； /*函数定义*/void main（void）； /主函数void Ini_UART（void）； /串口初始化void Ini_system（void）； /串口初始化void Delay（void）； /延时void CMGF（void）； /设置发送数据为TXET格式void CMGS（void）； /设置目的手机号码void SEND（void）； /发送字符串void ADc0832（void）；/防振检测void