汽车防盗报警器的设计_毕业设计(论文).doc

成都理工大学毕业设计(论文) 汽车防盗报警器的设计 摘要 随着汽车数量增多，盗窃汽车的犯罪案件与日俱增，且车辆被盗的数量逐 年上升，为了防止汽车被盗，给汽车装上防盗报警系统实有必要。对此提出了 一种汽车防盗报警器的设计方案。 本论文介绍了一种制作容易、性价比高、实用性强的防盗报警器。在本设 计中，用红外遥控器控制报警系统电源的通断，避免车主进入室内产生误报警； 采用现在普遍应用于报警器中的热释电红外线传感器进行盗情信号的检测；用 当今最流行的 AT89C2051 单片机控制，体积小、成本低。此报警器处于警戒状 态下，发生盗窃时，传感器将检测到的信号送到单片机，经单片机分析处理产 生声光报警，并且切断汽车点火线圈电源使汽车无法启动。 关键字关键字: :红外遥控、热释电红外传感器、AT89C2051 单片机、声光报警 成都理工大学毕业设计(论文) The Design Of Car Warning System Guarding Against Theft Abstract: As the quantity of personal automobile increases, cases of stealing cars rise day by day, causing the lost of automobile goes right toward the peak, to prevent the vehicles from being taken robbed, an anti-theft system including alarming module is absolutely necessary for every single automobile. Therefore a new scheme of anti- theft and warning system for vehicles is announced. In this thesis, an anti-theft alarm system with features of high performance-to- price ratio, much easier manufacture procedure and great practical usages is introduced. In this design, inferred remote controller is in charge of control alarm system power source supply, to avoid the car owner triggers the warning by mistake. In sensing module, the pyroelectric inferred sensor is selected for detecting signals of stealing; And the most popular microcontroller AT89C2051 which has small volume and low cost is used. When the whole system is in guarding status, and stealing behavior has been detected, sensing module will send the detected signal to the microcontroller. After processing by the microcontroller, sound and light warning will be activated. And the vehicle will not be fired anyway because the automobile ignition coil power source will be cut off at the same time. Keyword: Inferred Remote Control, Pyroelectric Inferred Sensor, Microcontroller AT89C2051, Sound And Light Alarm 成都理工大学毕业设计（论文） 1 目 录 第 1 章 前 言1 1.1 选题背景 1 1.2 全球汽车防盗报警器的现状 1 1.3 本论文的主要工作 2 第 2 章 汽车防盗报警器的总体方案设计.3 2.1 方案设计要求 3 2.2 系统方案设计 3 第 3 章 汽车防盗报警系器的硬件设计.4 3.1 红外遥控发射器 4 3.1.1 振荡器 4 3.1.2 红外遥控发射器的原理图 5 3.2 防盗报警系统的电源电路 6 3.3 红外遥控接收及控制电路 7 3.3.1 锁相环单音频率译码集成电路(LM567) .8 3.3.2 锁存器 9 3.3.3 继电器的工作原理和特性 9 3.3.4 红外遥控接收和控制电路工作原理 .11 3.4 利用热释电红外传感器实现对汽车的监测 .12 3.4.1 红外线 .12 3.4.2 热释电红外线传感器 .13 3.4.3 热释电红外线传感器工作原理 .13 3.4.4 热释电红外传感器对汽车的检测原理 .14 3.5 声光报警电路和切断电路 .15 3.5.1 555 多谐振荡15 3.5.2 声光报警电路 .16 成都理工大学毕业设计（论文） 2 3.5.3 切断电路 .16 3.6 报警系统的中央处理模块 .17 3.6.1 中央处理器的选用 .17 3.6.2 中央处理器的时钟电路和复位电路 .20 3.6.3 AT89C2051 的指令系统说明21 第 4 章 汽车防盗报警器的软件设计22 4.1 单片机软件设计概述 .22 4.2 系统防盗报警的软件实现 .22 结 论24 致 谢25 参考文献.26 附录 A 软件实现源程序 27 附录 B 红外遥控发射器的电路图 29 附录 C 红外遥控接收以及报警系统的电路图 30 成都理工大学毕业设计（论文） 1 第 1 章 前 言 1.1 选题背景 汽车这个人类工业文明的产物、现代人的代步工具、曾经被视为奢侈品 的商品，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，已经逐渐地成 为我国寻常百姓家的新成员。统计结果表明:2003-2005 年中国轿车的需求量保 持在 20%25%的年增长速度:到 2005 年，国内有能力购车的家庭约达 4,500 万 户;而到 2010 年，中国将很有可能成为全球仅次于美国和日本的第三大汽车市 场。拥有私家车已成为当今中国家庭进入时尚、现代生活的标志之一。 但是随着汽车数量的增加，盗窃分子也开始把目光投向作为高档消费品的 汽车。据“新浪网”2004 年 7 月 22 日报，我国每年发生汽车盗案件十万多起， 平均每天被盗的车辆达 300 多辆。就北京而言，北京市公安局 110 服务台每天 都会接到十余起机动车被盗的警情报告,实际情况表明防盗装置已经成为汽车不 可或缺的附件之一。 虽然 19 世纪末已经发明汽车，但是直到 20 世纪 20 年代末期，所有的汽车 才安装上了简单的机械锁。为了安全防盗、便于操纵，从 20 世纪 70 年代至今， 以轿车为突破口，汽车锁已从机械式向电子式转变。汽车防盗报警无论是对汽 车制造商还是社会保险业都具有极其重要的研究价值，如何制定出更为严格规 范的法规，开发出更为有效的汽车防盗装置，减少车主的损失是今后人们研究 的重要课题。针对目前世界范围内汽车盗窃案的上升趋势，各汽车厂家都在不 断地改进防盗技术，尤其是随着微电子技术的进步，汽车防盗技术已向着自动 化、智能化方向发展。 1.2 全球汽车防盗报警器的现状 现代汽车在出厂时大多已经安装了防盗系统，但是目前国际上通用的汽车 防盗的核心思想是防止“汽车整车”被盗，也就是说即使盗贼将车门打开进入车 内，却仍然无法将车开走。 市场上已有的汽车防盗报警器可以大致分为三种：第一种是低档的电子类 汽车防盗报警器，依靠声音振动触发，仅具有声音报警的功能，容易被剪断而 成都理工大学毕业设计（论文） 2 解除报警，因无法区分实质性盗窃和偶然干扰而误报，典型的现象就是扰民， 已基本淘汰。在已安装了这种防盗报警器后仍然被盗的现象仍然发生。第二种 是目前普遍使用的中控锁类，遥控操作，有定频和跳频两种，可闭锁点火启动 电路，效果有很大提高。使用无线电信号进行遥控控制，曾发生专业盗窃团伙 用频率扫描解锁成功而盗车的事例。第三种是已少量使用的利用 GPS 全球星定 位系统的天网类和地网类防盗报警系统，该系统具有很好的防劫持功能和被盗 后监控行踪的功能，在电子地图未能普遍应用的情况下，该类汽车防盗报警器 的应用受到限制，此外，它的初装费和年服务费很高，是它难以普及和市场化 的主要原因。该类汽车防盗报警器是目前国内外最先进的系统，但是它仍然没 有主动无线通知车主和车内摄像的功能。 “安全、可靠、环保、便捷”应该是新一代汽车电子产品的趋势;也是汽车安 防产品的未来发展方向。 1.3 本论文的主要工作 为了保护汽车，一个操作简单、功能齐全、保护性高的汽车防盗报警器将 是重要的选择。为了达到这个目的，我们将设计汽车防盗报警器,但由于条件的 限制,只能设计一种简单的汽车防盗报警器.在本设计中，用红外遥控器控制报 警系统电源的通断，避免车主进入室内产生误报警；采用现在普遍应用于报警 器中的热释电红外线传感器进行盗情信号的检测；用当今最流行的 AT89C2051 单片机控制，体积小、成本低。此报警器处于警戒状态下，发生盗窃时，传感 器将检测到的信号送到单片机，经单片机分析处理产生声光报警，并且切断汽 车点火线圈电源使汽车无法启动。 成都理工大学毕业设计（论文） 3 第 2 章 汽车防盗报警器的总体方案设计 2.1 方案设计要求 (1)遥控功能：采用红外遥控器控制报警系统电源的通断； (2)防盗功能：发生盗情时，系统自动切断点火线圈电源使汽车无法启动。 (3)报警功能：有人非法近时，产生声光报警。 2.2 系统方案设计 根据设计要求,论文提出了一个汽车防盗报警器的设计方案。整个防盗报警 系统的原理框图如图 2-1 所示。红外遥控器用来控制报警系统的电源通断,车主 离开驾驶室时通过遥控器接通报警器电源,报警器处于警戒状态,热释电人体红 外传感器开始工作。当汽车有盗情发生时，红外传感器会检测到盗贼的红外线 信号，该信号经过放大、滤波、比较电路后送至 AT89C2051 单片机的 P3.2 口, 再经单片机分析处理后,发出有效的报警信号驱动声光报警电路产生声光报警, 并切断点火线圈电源使汽车无法启动。 车主 盗贼 图 2-1 汽车防盗报警器原理框图 电源 人体红外 传感器 声光报警电路 切断电路 信号放大、 滤波 比 较 电 路 AT89C2051 P3.2 P1.7 P1.2 红外遥控发射 红外遥控器 红外遥控接收电源控制电路 红外遥控接收 及控制电路 成都理工大学毕业设计（论文） 4 第 3 章 汽车防盗报警器的硬件设计 3.1 红外遥控发射器 发射部分的主要元件为红外发光二极管，它实际上是一只特殊的发光二极 管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而其两端施加一定电压时，它 便发出的是红外线而不是可见光。其外与普通 5 发光二极管相同，红外线发光 二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。 红外遥控发射器原理框图如图 3-1 所示,他主要由 6V 的电池、按钮开关、 振荡器、信号放大、红外发射二极管等组成。当按下按钮开关接通电源，振荡 器就产生 20KHz 频率，其输出信号经过三极管放大后，使红外发光二极管向外 发射红外遥控信号。同理断开按钮开关，振荡器停振，则中断红外信号。 图 3-1 红外遥控发射器原理框图 3.1.1 振荡器 由于用与非门组成的多谐振荡器的电路简单易懂，使用的元件也少,所以在 本电路中采用 CD4011 与非门集成电路组成振荡频率为 20KHz 的振荡器如图 3-2 所示，通过 RC 电路的充放电使电路产生多谐振荡。其振荡频率可通过选择 R、C 的值来确定，即 f1/2.2RC，所以选用 24K 的电阻和 1000PF 的电容即可 达到要求。图中的控制端用来控制振荡器的起振，即当控制端为高电平时，电 路振荡;当控制端为低电平时，电路停振。电路中的电阻 Rs 为保护电阻，其阻 值一般要求大于或小于 2R1。 20kHz 电池（6V） (6V) 振荡器信号放大红外发光二极管 按钮开关 成都理工大学毕业设计（论文） 5 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:30-May-2007Sheet of File:C:Documents and Settings1xiuxiuProtel9911.DDBDrawn By: 1 2 3 U1A CD4011 5 6 4 U1B CD4011 R 24K RS 100KC 1000P U0 图 3-2 多谐振荡器 3.1.2 红外遥控发射器的原理图 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:21-Jun-2007Sheet of File:C:Documents and Settings1信信信2信信信信.ddbDrawn By: R3 220K R1 47K R5 24K R4 100K R2 470K R7 100 R6 4.7K C1 1u C2 1000p C3 1000p V D1 V DD 6V V T1 9013 S1 1 2 3 U1A 4011 5 6 4 U1B 4011 8 9 10 U1C 4011 12 13 11 U1D 4011 图 3-3 红外遥控发射电路原理图 红外遥控发射电路原理图如图 3-3 所示，电路中的与非门 U1C、UID 组成多 谐振荡器，其振荡频率大约为 20KHz；电路中 R1、R2 对 6V 电源电压分压,R1 两 端电压大约 4.5V。当按下按钮开关，6V 电源通过 R2 向 C1 充电,使电容 C1 两端 电压 Vc1 按指数规律上升,则与非门 U1A 的输入端就由低电平变为高电平,输出 端由高电平变为低电平，因此，与非门 U1B 的输出端变为高电平，该高电平加 在与非门 U1C 的 8 脚输入端上，使由 U1C、U1D 组成的振荡器起振，其输出的信 号经过 VT1 放大后，使红外发光二极管向外发射红外遥控信号。当按下按钮开 关时，电容 C1 放电,与非门 U1A 的输入端就由高电平变为低电平、输出端由高 电平变为低电平，则与非门 U1B 的输出端由高电平变为低电平，使振荡器停振， 中断红外发射信号。 成都理工大学毕业设计（论文） 6 3.2 防盗报警系统的电源电路 汽车防盗系统是利用蓄电池作为供电来源，而红外接遥控收控制电路和报警 系统选用的微处理器(AT89C2051 )、热释电红外传感器、处理电路以及报警执行 模块等所需电压值为 5V，需要电压转换电路为各种器件提供稳定可靠的电源。 由于现在的汽车采用的蓄电池一般是 12V，防盗系统所需求的电压为 5V，可以通 过三端固定输出集成稳压器 CW7805 来实现电压的转换。 一、W7800 系列集成稳压器的内部组成框图 输入 输出 图 3-4 CW7800 系列集成稳压器的内部组成框图2 CW7800 系列集成稳压器的内部组成框图如图 3-4 所示，它由启动电路、调 整电路、基准电路、取样电路、比较放大电路、保护电路等部分组成。其中启 动电路是集成稳压器的一个特殊环节，它的作用是在输入电压 Ui 加入以后，帮 助稳压器快速建立输出电压 Uo；调整电路由复合管构成且该复合管工作在线性 放大区；基准电路为比较电路同相输入端提供基准电压；取样电路由内部电阻 分压器构成，分压为固定的，所以输出电压是固定的；比较放大主要由集成运 放构成，用来对取样电压与基准电压的差值进行比较放大；保护电路主要是用 来保护调整管，它具有过流保护、过压和过热保护功能（当输出过流或短路时， 过流保护电路动作以限制调整管电流的增加；当输入、输出电压差较大，即调 调整电路 保护电路 启 动 电 路 取 样 电 路 比较 放大 基准 电路 成都理工大学毕业设计（论文） 7 整管 C、E 之间的压降超过一定值后，过压保护电路就工作，自动降低调整管的 电流，以限制调整管的功耗，使之处于安全工作区；过热保护电路是集成稳压 独特的保护措施，当芯片温度较低时，起保护电路不起作用，当芯片温度上升 到最大允许值时，保护电路将迫使输出电流减小，芯片功耗随之减少，从而可 避免稳压器因为过热而损坏2。 一、电源电路原理 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:19-Jun-2007Sheet of File:H:信2信信信信.ddbDrawn By: C10 0.1u C12 0.33u + C9 220u Vin 1 GND 2 Vout 3 7805 +12V 5V 图 3-5 电源电路 电源电路原里图如图 3-5 所示.蓄电池的输出电压为+12V 左右,送入三端集 成稳压器的输入端,则输出端得到稳定的+5V 输出电压。输入端电容 C12 用以抵 消输入端长线的电感效应，及防止自激振荡，还可以起到高频旁路的作用；输 出端电容 C10、C9 用以改善瞬态响应，消除电路的高频噪声，也具有消振的作 用。 3.3 红外遥控接收及控制电路 红外遥控接收及控制电路框图如图 3-6 所示。它主要由红外接收二极管、 信号放大电路、锁相环集成电路、锁存器以及继电器组成。红外接收二极管接 收遥控器发射的红外信号，将其信号放大后,经过锁相环单音频率译码集成电路 LM567 进行选频，再由锁存器对 LM567 的输出信号进行锁存后来控制继电器的 通断，最后通过继电器的的通断来控制汽车报警系统电源的通断。 红外接收 二极管 锁相环 集成电 路 信号 放大 锁存 器 继电 器 成都理工大学毕业设计（论文） 8 图 3-6 红外接收框图 3.3.1 锁相环单音频率译码集成电路(LM567) LM567 内部原理图如图 3-7 所示。LM567 是一片锁相环电路，采用 8 脚双列 直插封装。其 5、6 脚外接的电阻和电容决定了内部压控振荡器的中心频率 f，f1/1.1R1C2,其其、脚通常分别通过一电容器接地，形成输出滤波网 络和环路单级低通滤波网络。脚所接电容决定锁相环路的捕捉带宽：电容值 越大，环路带宽越窄。脚所接电容的容量应至少是脚电容的 2 倍。脚是 输入端，要求输入信号25mV。脚是逻辑输出端，其内部是一个集电极开路 的三极管，允许最大灌电流为 100mA。LM567 的工作电压为 4.759V，工作频 率从直流到 500kHz，静态工作电流约 8mA。LM567 的内部电路及详细工作过程 非常复杂，这里仅将其基本功能概述如下：当 LM567 的脚输入幅度25mV、 频率在其带宽内的信号时，脚由高电平变成低电平，脚输出经频率/电压变 换的调制信号；如果在器件的脚输入音频信号，则在脚输出受脚输入调 制信号调制的调频方波信号。 成都理工大学毕业设计（论文） 9 图 3-7 LM567 内部原理图 3.3.2 锁存器 锁存器是一种用于存储二进制数据的寄存器。它的特点：在没有锁存信号 到来时，锁存器输出状态随输入信号而改变；当锁存信号到达时，锁存器将保 存信号到达前一时刻的状态。 D 触发器可构成锁存器，1 位由 D 触发器构成锁存器逻辑电路如图 3-8 所 示。图中时钟脉冲 CP 是锁存信号。由逻辑电路可看出，在 CP=1 期间，锁存器 状态跟随着输入信号一起变化，即 Q=D，相当于输出直接接到输入端，故称为 “透明” ；只有在 CP=0 时，锁存器状态才保持不变，称为“数据锁存” 。从逻辑 电路可以看出，1 位 D 触发器实际就是一个 D 触发器8。 由此可得，本设计中采用芯片 CC4013 构成锁存器，但是 CC4013 是一个双 D 触发器，所以只用它的一个就行。CC4013 的管脚图如图 3-9 所示。 图 3-8 1 位 D 触发器的逻辑图 图 3-9 CC4013 的管脚图 3.3.3 继电器的工作原理和特性 继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系 统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去 控制较大电流的一种“自动开关” 。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换 成都理工大学毕业设计（论文） 10 电路等作用。 图 3-10 继电器内部结构 继电器就是电子机械开关，它是用漆包铜线在一个圆铁芯上绕几百圈至几 千圈，当线圈中流过电流时，圆铁芯产生了磁场，把圆铁芯上边的带有接触片 的铁板吸住，使之断开第一个触点而接通第二个开关触点。当线圈断电时，铁 芯失去磁性，由于接触铜片的弹性作用，使铁板离开铁芯，恢复与第一个触点 的接通。因此，可以用很小的电流去控制其他电路的开关。整个继电器由塑料 或有机玻璃防尘罩保护着，有的还是全密封的，以防触电氧化。如图 3-10 所示， 当控制电路中的开关 K 闭合时，电磁铁便具有磁性，将衔铁吸下，使继电器触 点接触，与触点相连接的电源电路便接通；当控制开关 K 断开时，电磁铁的磁 性被撤消，继电器触点弹开，电源电路亦随之断开。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:19-Jun-2007Sheet of File:H:信2信信信信.ddbDrawn By: R C C k S k k 信信 R 信信 D VT 信信 (a)(b)(c) S 图 3-11 继电器的三种常见连接电路 继电器的几种常见连接电路如图 3-11 所示。(1)继电器串联 RC 电路：电路 成都理工大学毕业设计（论文） 11 形式如图 3-11(a)所示，这种形式主要应用于继电器的额定工作电压低于电源 电压的电路中。当电路闭合时，继电器线圈由于自感现象会产生电动势阻碍线 圈中电流的增大，从而延长了吸合时间，串联上 RC 电路后则可以缩短吸合时间。 原理是电路闭合的瞬间，电容 C 两端电压不能突变可视为短路，这样就将比继 电器线圈额定工作电压高的电源电压加到线圈上，从而加快了线圈中电流增大 的速度，使继电器迅速吸合。电源稳定之后电容 C 不起作用，电阻 R 起限流作 用。(2).继电器并联 RC 电路：电路形式见图 3-11(b)所示，电路闭合后，当电 流稳定时 RC 电路不起作用，断开电路时，继电器线圈由于自感而产生感应电动 势，经 RC 电路放电，使线圈中电流衰减放慢，从而延长了继电器衔铁释放时间， 起到延时作用。 (3).继电器并联二极管电路：电路形式见图 3-11(c)所示，主 要是为了保护晶体管等驱动元器件。当图中晶体管 VT 由导通变为截止时，流经 继电器线圈的电流将迅速减小，这时线圈会产生很高的自感电动势与电源电压 叠加后加在 VT 的 c、e 两极间，会使晶体管击穿，并联上二极管后，即可将线 圈的自感电动势钳位于二极管的正向导通电压，此值硅管约 0.7V，锗管约 0.2V，从而避免击穿晶体管等驱动元器件。并联二极管时一定要注意二极管的 极性不可接反，否则容易损坏晶体管等驱动元器件。 本论文采用的是继电器串联二极管电路，由于报警系统电源是 5V 的直流电 源，所以选用工作电压为 5V 的继电器(HRS2H-S-DC5V)。 3.3.4 红外遥控接收和控制电路工作原理 红外遥控接收及控制电路如图 3-12 所示。电路中的与非门 U2A、U2B、U2C 组成一个高增益放大电路。当车主停车关门后，启动遥控器，红外接收二极管 VD1 收到红外遥控发射器发出的遥控指令，在 VD1 的两端便产生了与发射器信 号频率相同的电压信号，该信号经放大电路放大，在送往 IC1 的脚。IC1 是 一块锁相环单音频率译码集成电路 LM567，在它的、脚外接的电位器 RP1 和电容 C6 可确定 IC1 内部压控振荡器的中心频率，而第脚外接的 C7 则决定 了内部锁相环路频率捕捉带宽，C7 容量越大，锁相环带宽越窄，反之则越宽。 当 C6 确定后，便可通过调节电位 RP1 来调整接收选频的中心频率。IC1 的第 脚便由高电平变为低电平，在经反相器变为高电平送到 D 触发器的 CLK 端脚， 成都理工大学毕业设计（论文） 12 则 D 触发器 CC4013 的 Q 端脚输出高电平，该信号经 R25 加至 VT6 管的基极， 使 VT6 管导通，即继电器 K1 得电工作，其常开触点闭合，发光二极管 VD6 发光， 且接通报警系统 5V 电源，此时报警系统得电工作。当车主再次启动遥控器时， D 触发器电路翻转，Q 端脚输出低电平，VT6 管截止使继电器 K1 断电，常闭 合触点断开，发光二极管熄灭，报警系统的电源断开，报警系统不工作。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:22-Jun-2007Sheet of File:C:Documents and Settings1信信信2信信信信.ddbDrawn By: R8 100K R9 10K C4 0.01uC5 0.01u C6 1000p C10 0.1u RP1 51K Vin 1 GND 2 Vout 3 IC37805 OUT 8 GND 7 Ct 6 Rt 5 Ofil 1 Lfil 2 IN 3 V+ 4 IC2 LM567 VD2 IN4001 C8 0.02u C11 0.33u +C9 220u R10 1M C7 4700p 12 U2A 4069 34 U2B 4069 56 U2C 4069 98 U2D 4069 D 5 Q 1 CLK 3 Q 2 S 6 R 4 U3A 4013 VT1 8050 R11 2K K1 HRS2H-S-DC5V R12 1K VD3 LED +12V +12V +5V +5V VD1 图 3-12 红外遥控接收及控制电路 3.4 利用热释电红外传感器实现对汽车的监测 热释电红外线传感器是工业自动化控制系统中必不可缺的检测元件.被广泛 应用在各种机械,机床制造业及纺织、造纸、烟草,轻工、食品、工矿冶金、航 空工业、电力保安、汽车工业等各行各业.作限位、定位检测,自动计数、测速、 自动保护,工业生产自动流水线及微机信号,数控装置等有巨大的作用.它的广泛 应用，证明了的价值。本防盗报警系统用它来设计监测系统也是出于它很好的 感测和传感器性能，能够对防盗报警系统起到稳定可靠的作用。 当汽车有盗情发生时，红外线传感器会检测到盗贼的红外线信号，从而 传给处理器处理，发出报警信号。 3.4.1 红外线 红外线即红外光是太阳光谱的一部分。红外光的最大特点就是具有光热效 应，辐射热量，它是光谱中最大光热效应区。红外光一种不可见光，与所有电 磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外光在真空中的传 播速度为 3108m/s。红外光在介质中传播会产生衰减，在金属中传播衰减很 成都理工大学毕业设计（论文） 13 大，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料，大部分液体对红外辐射吸收 非常大。不同的气体对其吸收程度各不相同，大气层对不同波长的红外光存在 不同的吸收带。研究分析表明，对于波长为 15m、 814m 区域的红外光 具有比较大的“透明度” 。即这些波长的红外光能较好地穿透大气层。红外线区 域划分如下表 3-1 所示。 表 3-1 红外光区域划分 名称波长（）m 近红外线0.75-3 中红外线3-6 远红外6-15 极远红外15-1000 3.4.2 热释电红外线传感器 热释电红外线传感器(Pyroelectric Infrared Radiation Sensor, PIR) 是 20 世纪 80 年代发展起来的一种新型敏感元件。由于其独特的优越性，所以 在近年来已被广泛应用于各种防盗报警器电路系统中。 热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、 钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 21mm 的探测元件、菲涅尔透镜组成。 3.4.3 热释电红外线传感器工作原理 红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国 防和工农业等领域获得了广泛的应用。 热释电红外线传感器主要部分是由一种高热电系数的材料制成尺寸为 2x lmm 的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元 件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。探测元件的作用是 探测、接收红外辐射并将其转换成微弱的电压信号。为了提高探测器的灵敏度 及探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜或衍射光学型聚焦镜等。 菲涅尔透镜是用透明塑料制成的一种具有特殊光学系数的透镜。用它和放大电 成都理工大学毕业设计（论文） 14 路相配合，可将信号放大 70dB 以上，可以测出 1020m 内人的活动。同时利用 透镜的特殊原理，在探测器的前方产生一个交替变化的“盲区“和“高灵敏区“。 当有人从透镜前走过时，人体发生的红外线就不断地在“盲区“和“高灵敏区“内 切换，这样就使接收到的信号以忽强忽弱的脉冲形式输入,增强了能量幅度，从 而提高了探测灵敏度。这就是热释电传感器的基本原理3。 3.4.4 热释电红外传感器对汽车的检测原理 热释电红外传感器的敏感元采用上海尼塞拉传感器有限公司的 SDO2 热释电 人体红外传感器。该传感器本身的探测半径可能不到 2m，但如果配上菲涅尔透 镜则可达到 10m,甚至更远9。热释电人体红外传感器的工作原理图如 3-13 所 示。传感器 SD02 输出的电压信号经过滤波、放大后与设定的参考基准电压相比 较，比较的结果是把模拟信号转换为数字信号并送入中央处理模块(LM358 的 1 脚输出送至 AT89C2051 的 P3.1 端)处理，即经 R15 与 RP2 分压后，双运放集成 运算放大电器 LM358 的 2 脚对地电压（参考基准电压）为 50 毫伏。当无人靠近 时，LM358 的 3 脚电位为零，3 脚电位低于 2 脚电位，则 LM358 的 1 脚输出低电 位；当有人靠近时，SD02 输出的电信号经三极管 VT2 放大后通过 C17 送到 LM358 的 3 脚，此脉冲幅度可达 150 豪伏，则此时 3 脚电位高于 2 脚电位， LM358 的 1 脚就由低电位变为高电位。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:19-Jun-2007Sheet of File:H:信2信信信信.ddbDrawn By: 1 2 3 SD02 R16 47K R15 51K R14 30K R17 1M C15 0.01u C16 4.7u C17 1u V T2 8050 3 2 1 84 IC4A LM358 R18 11K R13 33K C13 0.047u + C12 470u +5V P3.2 R19 510 图 3-13 热释电人体红外传感器的工作原理 成都理工大学毕业设计（论文） 15 3.5 声光报警电路和切断电路 3.5.1 555 多谐振荡 555 多谐振荡器如图 3-14 所示。当振荡器接通电源后，开始因为电容 C 上 的初始电压 Vc 为 0，V1=Vc=0，使 V1(1/3)VCC,所以输出为高电平，即 Vo=Vo=1； 同时 Vo开始经电阻 R2 向 C 充电，使 Vc 按指数规律上升，电路输出保持高电 平；当充到 V1=Vc=VT+(2/3)VCC 时，输出跳变为低电平，电容 C 又经 R2、555 内部的 T1 管开始放电8。 同理，当放电使得 V1=VcVT-=(1/3) VCC 时，输出又跳变为高电平，电容 C 经 R2 重新开始充电。如此周而复始，电路不停地产生振荡，输出矩形脉冲。 在图 2-15 中，正向脉冲宽度 T10.7(R1+R2)C,负向脉冲宽度 T20.7R2C,则 T= T1+T2,振荡频率 f=1/T。本设计中，R1=10K，R2=60K，C=0.01uF，则 T1= 0.7*(10k+60k)*0.01uF=0.49ms，T2=0.7*60K*0.01u=0.42ms,f=1/(1.01ms) 1kHz。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:8-Jun-2007 Sheet of File:C:Documents and Settings1555.DDBDrawn By: TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 555 R1 R2 CC1 0.01u +VCC V1 Vo Vc Vo 图 3-14 555 多谐振荡器 成都理工大学毕业设计（论文） 16 3.5.2 声光报警电路 当车主离开车子时,按下红外遥控发射器的按钮开关使报警系统进入警戒状 态,由单片机 AT89C2051 来控制防盗控制声光报警电路。 声光报警电路如图 3-15 所示。由 555 电路、扬声器、发光二极管等组成。 555 振荡器的脚复位端与 AT89C2051 的 P1.2 端相连，受 P1.2 端输出的频率 为 1Hz 的脉冲信号控制。当 AT89C2051 的 P1.2 端为低电平， 555 振荡器处于 复位而停止振荡，没有脉冲输出，则扬声器不发声；当 AT89C2051 的 P1.2 端 输出为高电平时，允许 555 振荡器振荡，输出振荡频率大约为 1KHz 的脉冲，该 脉冲信号经过电容 C23 耦合滤除直流分量使扬声器发出报警声音，由此可见， 扬声器随 555 振荡器的断续振荡。变发出呜呜的间隙叫声。同时 P1.2 端输 出频率为 1Hz 的脉冲信号经电阻 R21 加到发光二极管上 VD5 上，VD5 将闪烁发 光。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:19-Jun-2007Sheet of File:H:信2信信信信.ddbDrawn By: C21 0.01u C22 0.01u R23 60K R22 10K TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 555 R21 470 + C23 30u VD5 LED SPEAKER +5V P1.2 图 3-15 声光报警电路 3.5.3 切断电路 当车主离开车子,按下红外遥控发射器的按钮开关是报警系统进入警戒状态， 由单片机 AT89C2051 来控制汽车的启动系统的工作情况。 一、切断电路 切断电路如图 3-16 所示。切断电路的输入端与单片机 AT89C2051 的 P1.7 成都理工大学毕业设计（论文） 17 端相连，由于单片机来控制其工作状况。当报警系统未接到报警信号时， AT89C2051 的 P1.7 端输出低电平，达林顿管截止，继电器 K2(因为此电路是用 晶体管驱动继电器工作的，所以采用并联二极管的电路接法来保护晶体管)不动 作，继电器常闭触点不动作，点火线圈能正常接通，汽车可以正常启动；当报 警系统接到报警信号时，AT89C2051 的 P1.7 端输出由低电平变为高电平，三极 管 VT3、VT4 导通，继电器 K2 得电工作，其常闭触点断开，则点火线圈就被断 开，汽车就无法启动。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:19-Jun-2007Sheet of File:H:信2信信信信.ddbDrawn By: R24 1K K2V D4 IN4148 V T3 9013 V T4 9013 +12V 点火线圈 +5V P1.7 图 3-16 切断电路 3.6 报警系统的中央处理模块 由微处理器及其外围设备组成的中央处理模块是汽车防盗系统的核心部分。 整个系统中的监测模块、声光报警电路以及切断电路都要受控于中央处理器， 热释电人体红外传感器所采集的车况信息就在这里进行处理。 3.6.1 中央处理器的选用 考虑到此汽车防盗报警系统在车上，故应该考虑车载防盗设备所应具备低 功耗、高可靠性和便携性等因素。所以选用 AT89C2051 单片机作为中央处理器。 一、单片机 AT89C2051 芯片介绍5 成都理工大学毕业设计（论文） 18 1.主要特性 AT89C2051 是 ATMEL 公司生产的带 2K 字节闪速可编程可擦除只读存储器 (PEROM)的 8 位单片机，该芯片体积小具有良好的性能价格比是为用户降低成本 的首选器件。它的主要特性有：(1)与标准 MCS-51 指令系统兼容；(2)内部带 2KB 可编程闪速存储器；(3)寿命为 1000 次擦/写循环；(4)数据保留时间为 10 年；(5)工作电压为 2.7-6V;(6)全静态工作频率为 0HZ-24MHZ；(7)两级程序存 储器锁定；(8)128 字节内部 RAM；(9)15 条可编程 I/O 线；(10)2 个 16 位定时 器/计数器；(11)5 个两级中断源；(12)可编程全双工串行 UART 通道；(13)直 接对 LED 驱动输出；(14)片内精确的模拟比较器；(15)片内振荡器和时钟器； (16)低功耗的休眠和掉电模式。 2.描述 AT89C2051 是一个低电压,高性能 CMOS 工艺的 8 位单片机,片内 2K bytes 的可反复写的只读程序存储器(PEROM)和 128 bytes 的随机存取数据存储器(ROM), 器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令 系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元， AT89C2051 可提供很多 高性能价格比的应用场合 AT89C2051 是一个功能强大的单片机，但它只有 20 个 引脚，15 个双向输出/输出(I/O)端口，其中 P1 是一个完整的 8 位双向 I/O 口， 两个外部中断口，两个 16 位可编程定时计数器，两个全双工串行通信口，一个 模拟比较放大器。同时 AT89C2051 的时钟频率可为零，即具备可用软件设置的 睡眠省电功能，系统的唤醒方式有 RAM、定时/计数器、串行口和外部中断口， 系统唤醒后进入继续工作状态。省电模式中，片内 RAM 被冻结，时钟停止振荡， 所有功能停止工作，直到系统被硬件复位可继续进行。 二、单片机 AT89C2051 的引脚介绍 AT89C2051 是一个有 20 个引脚的芯 片,引脚如图 3-17 所示。 AT89C2051 芯片的 20 个引脚功能为： VCC： 电源电压。 成都理工大学毕业设计（论文） 19 GND：接地 RST：复位输入。RST 一旦变成高电平并保持两个机器周期,所有的 I/O 引 脚就位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给 图 3-17 AT89C2051 引脚配 置 出 RST 引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需 12 个振 荡器或时钟周期。 4. XTAL1：反向振荡放大器的输入及其内部时钟工作电路的输入 5. XTAL2：来自反向振荡放大器的输出。 6. P1 口：P1 口 8 位双向 I/O 口。引脚 P1、2-P1、7 提供内部上拉，当作 为输入并被外部下拉为低电平时，它们将输出电流(I)。这个是因为内部上拉的 缘故。P1、0 和 P1、2 需要外部上拉，可用作片内模拟比较器的正向输入(AIN0)和 反向输入(AIN1)。P1 口输出缓冲器能接收 20MA 电流，并能直接驱动 LED 显示 器；P1 口引脚写入 1 后，可用作输入。在闪速编程和编程校验期间，P1 口也可 接受编程数据。 7.P3 口 ： 引脚 P3、0-P3、5 与 P3、7 为 7 个带内部的双向 I/O 引脚。P3、6 在内部已与片内比较器输出相连，不能作为通用 I/O 引脚访问。P3 口的输出缓 冲器能接收 20MA 电流，P3 口写入 1 后，内部上拉，可作用输入。P3 口也可用 做特殊功能口，其功能见下表 3-2。P3 口同时也可作为闪速器编程和编程校验 接收控制信号。 表 3-2 P3 口特殊功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 INTO(外部中断 0) P3.3 INT1(外部中断 1) P3.4 TO(定时器 0 外部输入) P3.5 T1(定时器 1 外部输入) 成都理工大学毕业设计（论文） 20 从上述引脚说明可看出,AT89C2051 没有提供外部扩展存储器与 I/O 设备所 需的地址、数据、控制信号,因此利用 AT89C2051 构成的单片机系统不能在 AT89C2051 之外扩展存储器或 I/O 设备,也即 AT89C2051 本身即构成了最小单片 机系统。 3.6.2 中央处理器的时钟电路和复位电路 一、时钟电路 时钟电路相对较简单，只需要外界石英晶振和电容即可。在 AT89C51 单片 机中 XTAL1 和 XTAL2 分别为反向振荡放大器的输入和输出。该反向放大器可以 配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器 件，XTAL2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此 对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 处理器外部时钟电路如下图 3-18 所示。 图 3-18 时钟电路 二、复位电路 单片机复位电路分上电复位和外部复位电路两种方式。如图 3-19 所示， 图 3-19 (a)为上电复位电路，在上电瞬间 RST 端与 VCC 电位相同，随着电容上 电电压的逐渐上升，RST 端电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器 振荡建立时间加 2 个机器周期。本设计中采用的是上电复位，R=10K、C=10u 计 算得上升沿时间为 T=RC=10K*10u=100ms，可在 RST 端提供足够的高电平脉冲， 使单片机能够可靠的上电自动复位。 图 3-19(b)为既可进行上点复位，也可外部手动复位的电路，当需要外部 成都理工大学毕业设计（论文） 21 复位时，可按下复位按钮即可达到复位目的。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:20-May-2007Sheet of File:C:Documents and Settings122.DDBDrawn By: RR R1 C C VCCVCC S RST RST (a)(b) 图 3-19 单片机复位参考电路 (a) 上电复位电路(b)上电/外部复位电路 3.6.3 AT89C2051 的指令系统说明 一、与 MOVX 的相关的指令，数据存储器 89C2051 包含 128BRAM，这样栈地址空间就相应的为 128 个有效范围。不支 持外部 RAM 器件和外部编程器件，所以，没有 MOVX 指令相关的功能。 二、分支指令 LCALL、LJMP、ACALL、AJMP、JMP A+DPTR 这些无条件转移指令按照 89C2051 寻址范围（00H-7FFH）执行分支转移，超出的地址范围将产生不可预 知的程序动作。 CJNE,DJNZ,JB,JBC,JNC,JZ,JNZ 等条件转移指令作用范围也是跟存储器的 长度有关，超出范围将会产生错误的运行。 成都理工大学毕业设计（论文） 22 第 4 章 汽车防盗报警器的软件设计 由于器件的功能性、经济性等原因，系统的硬件电路不可能完全实现设计 者所期望实现的系统的全部功能，许多功能仍依赖于软件设计来实现。利用软 件对防盗系统进行设计可以提高系统的可靠性、灵活性，并能大大地降低系统 的成本。可以说系统能否正常可靠地工作，除了硬件的合理设计外，与功能完 善的软件设计是分不开的。 4.1 单片机软件设计概述 单片机的程序设计有其自身的特点。首先，单片机的系统程序与应用程序 密不可分，系统程序与应用程序必须放在一起考虑;其次，在单片机系统中，硬 件与软件紧密结合，软件直接操作硬件，硬件设计的优劣直接影响到软件设计 的难易和质量。第三，在很多时候，在付出额外占用 CPU 时间的代价的条件下， 软件可以替代硬件的某些功能。 4.2 系统防盗报警的软件实现 AT89C2051 单片机是该报警器的核心部分，根据硬件设计思路可得到 AT89C2051 单片机控制电路框图如图 4-1 所示。 123456 A B C D 654321 D C B A Title NumberRevisionSize B Date:27-Jan-2004Sheet of File:H:信2信信信信.ddbDrawn By: R19 10K C19 30p C20 30p P1.7 19 P1.6 18 P3.5 9 P1.5 17 P1.4 16 P1.0 12 P1.1 13 P1.2 14 P1.3 15 RST 1 P3.0 2 P3.1 3 X2 4 X1 5 P3.2 6 P3.3 7 P3.4 8 VCC 20 P3.7 11 GND 10 AT89C2051 信信信信信信 Y1 6M 信信信信 信信信信 +C18 10u +5V 图 4-1 AT89C2051 单片机控制电路框图 成都理工大学毕业设计（论文） 23 当车主离开车时，按下遥控器开关接通报警系统电源，AT89C2051 单片机 得电开始工作，并对 P1 口、P3 口进行初始化设置，即置 P1 口、P3 口为低电平 为正常状态。当传感器检测到盗窃信号（即 P3.2 由低电平变为高电平）时，置 P1.7 为高电平驱动切断电路切断点火线圈电源使汽车无法启动,同时 P1.2 口输 出频率为 1Hz 的脉冲信号去驱动声光报警电路,产生声光报警。这可通过使 P1.2 口每隔 1S 取反一次实现.而 1S 时间可通过让定时器 T0(工作于定时方式 1)重 复定时 100ms 十次实现。用工作寄存器 R1 循环计数器，初值为 10(0AH)。采用 中断方式编程，整个软件由主程序和中断服务程序两部分构成，程序流程图如 图 4-2 所示。源程序见附录 A 成都理工大学毕业设计（论文） 24 图 4-2 程序流程图 结 论 通过这次设计得到以下几点结论： (1)此报警系统制作容易、性价比高、成本低。 (2)该汽车报警器的通断由无线红外遥控器直接控制，当车主离开车子时，按下 遥控发射器开关汽车报警系统就工作，使车子进入警戒状态；如车主要进入车 子只需再次按下遥控发射器开关，报警系统断开，这样就避免了车主进入汽车 时产生误报警。 成都理工大学毕业设