汽车防盗报警电路.docx
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汽车防盗报警电路
汽车防盗报警电路的设计
汽车防盗报警电路的设计
摘要
随着汽车市场的蓬勃发展，汽车已成为人们生活中不可缺少的一部分，对汽车安全防范方面的要求也随之提高，各种无奇不有的防盗设备相继问世。
如何选装防盗系统是广大车主最关心的。
电子防盗是目前高档的防盗系统。
车辆防盗报警器材与车辆的性能状态紧密关联，其安装工作应当专业化、规范化，这样才能使产品最大限度地发挥自身的防范性能。
本课题就利用模拟电子技术、数字电子技术等设计一个触摸式防盗报警器。
主要电路有:
555时基电路、语音集成电路和功率放大电路。
一旦人触摸到防盗的物品时，报警器就会发出响亮的语音报警声，喊声可持续1分钟左右，喊声停止后，如果再次触碰，喊声又会重复响起，从而达到防盗目的。
系统简单，成本低适用性强，可广泛应用。
关键词：
汽车，防盗系统，555时基电路
DesignoftheCaranti-theftalarmcircuit
Author:
LiYuling
Tutor:
GaoJingxia
Abstract
Withtherapiddevelopmentofautomobilemarket,carhasbecameindispensabletopeople'slivesaspartofthecarsecurityrequirementsalsoimprove,allkindsofstrangeanti-theftdevicesandsomehavecomeoutinsuccession.Howtooptionalanti-theftsystemarevastnumbersofownersaremostconcernedabout.Electronicsarethecurrenthigh-endanti-theftalarmsystems.Vehicleburglaralarmequipmentandvehiclescloselyrelatedtotheperformancestatus,anditsinstallationshouldbespecialization,standardization,soastoenabletheproductstomaximizetheperformanceoftheirownprecautions.Thetopicsontheuseofanalogelectronictechnology,digitalelectronictechnology,suchasthedesignofatouchanti-theftalarm.Themaincircuithas:
555timebasecircuit,voicecircuitsandpoweramplifiercircuit.Oncepeopletouchitemsthatburglary,thealarmwillsendaloudvoicealarmsound,sustainableshoutsoneminutes,shoutingtostop,ifonceagaintotouch,willshoutsoundedduplicatetoachievetheanti-theftpurpose.
Keywords:
Car，Anti-theefsystem,555thme-basecircuit
目录
1绪论1
1.1课题背景1
1.2555时基电路的作用……………………………………………………………1
1.3触摸式汽车防盗比较器的优点…………………………………………………1
1.4课题研究方法2
2防盗报警器的种2
2.1直流电动机的转速控制分类3
2.2直流电动机电枢电压的分类3
2.3直流电动的基本原理3
2.3.1直流电动机的结构3
2.3.2直流电动机的工作原理4
2.4直流电动机的调速方式7
2.4.1调磁法7
2.4.2调压法9
3单片机C8051介绍10
4C8051控制直流电极的实现11
4.1PWM的概述12
4.2PCA专用定时器／计数器与捕捉／比较模块13
4.3捕捉／比较模块及其4种工作方式14
4.3.1边沿触发的捕捉工作方式16
4.3.2比较工作方式17
4.3.3高速输出工作方式17
4.3.4脉宽调制PWM工作方式17
5总体设计19
5.1系统功能描述19
5.2方案19
5.3硬件设计20
6实现l6位PWM22
6.1C8051单片机上实现高分辨率PWM的方法22
6.2利用高速输出工作方式实现l6位PWM22
总结25
致谢26
参考文献27
1绪论
1.1课题背景
随着汽车市场的蓬勃发展，汽车已成为人们生活中不可缺少的一部分，对汽车安全防范方面的要求也随之提高，各种无奇不有的防盗设备相继问世。
如何选装防盗系统是广大车主最关心的。
电子防盗是目前高档的防盗系统。
车辆防盗报警器材与车辆的性能状态紧密关联，其安装工作应当专业化、规范化，这样才能使产品最大限度地发挥自身的防范性能。
触摸式汽车防盗器结构简单易于实现，本课题就利用模拟电子技术、数字电子技术等设计一个触摸式防盗报警器，从而可以防止车辆被盗。
1.2555时基电路的作用
555时基电路是一种应用十分广泛的模拟—数字混合式（即双极型）集成电路，国外典型的产品型号有NE555、LM555、XR555、RC555、Μa555、SN52555、LC555等，国内产品型号有5G1555、SL555、FX555、FD555DENG。
它们的内部功能结构和引脚排列序号都相同，因此可以在使用时互相代换。
555时基电路最早是为了取代体积大、精度低的机械式定时器而设计的集成电路，英文名称为Timer（定时器），国内译名为时基集成电路，简称时基电路。
555时基电路具有定时精度高、温度漂移小、速度快、可直接与数字电路相连、结构简单、功能多、驱动电流较大等优点。
在汽车防盗器中用于控制电路的状态变化。
人们在应用中发现，它的用途十分广泛，可以组成性能稳定的无稳态振荡器、单稳态触发器、双稳态RS触发器和各种电子开关电路等。
在该设计中构成多谐振荡器，组成信号产生电路。
1.3触摸式汽车防盗比较器的优点
随着语音芯片性能的提高和价格的降低、电子技术的进步，目前已广泛采用语音防盗比较器来保护汽车和汽车内的物品。
汽车防盗器就是安装在车上，用来增加盗车的难度，延长盗车时间的装置，是汽车的保护神。
它通过将防盗器与汽车电路配接在一起，从而可以达到防止车辆被盗、被侵犯、保护汽车并实现防盗器各种功能的目的。
与机械式防盗器相比，电子防盗器最大的优点在于具有报警功能，但是目前的电子防盗器误报现象也较普遍。
此外，安装电子防盗器时必然会改动原车电路，如果安装不够正确，就有可能和原车的防盗系统发生冲突，还可能对空调、车内电器等的线路造成损害，所以如要安装，也必须找专业的技师来安装。
另外，触摸式汽车防盗器比较有实用性，价格合理，安装也较为方便。
1.4课题研究方法
熟悉触摸式防盗器的功能和工作原理，利用语音集成芯片，选择适合的声音作为报警声，用555时基电路控制整个电路的工作状态。
另外还要熟悉触摸式防盗器的基本实现原理。
2防盗报警器的介绍
随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车手段，人们研制出各种方式、不同结构的防盗器，目前防盗器按其结构可分为四大类：
机械式、机电式、电子式和网络式。
2.1机械式防盗器
早期的汽车防盗器材主要是机械式的防盗锁。
机械锁发展至今经过了数次技术升级，钩锁、转向盘锁和变速档锁等基本属于机械式防盗器，它主要是通过锁定离合、制动、油门或转向盘、变速档来达到防盗的目的，只防盗不报警。
其优点是价格便宜，只需几十元至几百元，且安装简便，可以在一定程度上吓阻盗车贼，或增加盗贼被发现的可能性。
缺点是防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。
目前市场上推出一种护盘式方向盘锁。
这种锁较为隐蔽，有一层防锯防钢板保护，材质比传统的拐杖锁坚固，锁芯也设计得更加精密，因而可靠性更高。
但是车主必须找一个空间藏这个拆下的转向盘；排挡锁是目前车主最欣赏的防盗装置之一，这种防盗装置简便而又坚固，材质采用特殊高硬度合金钢制造，防撬、防钻、防锯，且采用同材质镍银合金锁芯和钥匙，没有原厂配备的钥匙极难打开。
如钥匙丢失，可用原厂电脑卡复制。
2．2机电式防盗装置
随着科学的进步，出现了机电一体式的防盗装置（中央门锁）。
中央门锁是以电来控制门锁的开启或锁止，并由驾驶员集中控制所有车门门锁的锁止或开启。
中央门锁系统具有下列功能：
当锁住（或打开）驾驶员侧车门门锁是，其它几个车门及行李厢都能锁止（或打开）；如钥匙锁门也可锁好（或打开）其它车门和行李厢；在车内个别门锁需要打开是，可分别拉开各自门锁按钮。
2．3电子式防盗器
为了克服机械锁只防盗不报警的缺点，电子报警防盗器应运而生。
汽车电子防盗系统是在原有中央门锁的基础上加设了防盗系统的控制电路，在控制汽车移动的同时报警。
电子防盗器是目前较为理想的防盗装置。
如果行窃者盗窃汽车或汽车上的物品，防盗系统不仅具有切断启动电路、点火电路、喷油电路、供油电路和变速电路，将制动锁死等的功能，同时，还会发出不同的声光信号进行报警，给窃贼精神上打击。
插片式、按键式和遥控式等都属于电子式防盗器。
遥控汽车防盗器的特点是可遥控防盗器的全部功能，可靠方便，可带有振动侦测门控保护及微波或红外探头等功能。
随着科技的快速发展，遥控式汽车防盗器还增加了许多方便实用的附加功能，如：
遥控中控门锁、遥控送放冷暖风、遥控电动门窗及遥控开关行李舱等。
现在市场上已有双向遥控车辆，车辆还能将自身状态传递给车主，例如车门被开启或车窗被破坏等。
但是电子防盗器普遍存在误报警现象，而且也没有根本上解决车辆丢失问题。
2．4GPS卫星定位汽车防盗系统
GPS卫星定位防盗系统（或其他网络系统），将报警信息和报警车辆所在的位置无声地传送到报警中心，具有车辆定位、遥控熄火、网络查询及跟踪、车内监听、路况信息查询、人工导航等多种功能，是全方位的防盗系统。
GPS卫星定位汽车防盗系统属网络式防盗器，它主要靠锁定点火或启动达到防盗目的，同时还可通过GPS卫星定位系统，将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。
可以在全国范围内实时监测车辆位置，还可以通过车载移动电话监听车内声音，必要时通过手机关闭车辆油路、电路并锁死所有门窗。
如果GPS防盗器被非法拆卸，它会自己发出报警信息，但缺点是价格较为昂贵，目前车主选用的为数不多。
3触摸式汽车防盗报警器各部分的作用
如图3.1所示，报警器主要由电源电路、555时基电路及新颖语音集成电路和功率放大电路等部分组成。
图3.1触摸式防盗报警电路
电源电路由变压器T降压、二极管VD1~VD4桥式整流、三端稳压集成块A3稳压及电容C4、C5滤波等部分组成，电路通电后C4两端可输出12V稳定的直流电压供整机用电。
稳压管VS2、电阻R3与电容C3组成二次稳压线路，主要为语音集成电路A2提供3.6V左右的工作电压。
3.1电源电路
直流电源的组成框图如图3.2所示。
其中包括电源变压器、桥式整流电路、滤波电路、稳压电路[2]等四个组成部分。
图3.2直流电源的组成框图
3.1.1电源变压器
具体电路如图3.3所示。
图3.3直流电源部分电路图
下面分别介绍各部分的具体电路和它们的工作原理。
城市电网提供的一般为220V（或380V）/50HZ的正弦交流电，而本系统所需的是12V的直流电，因此要利用变压器将220V的市电先降至合适的交流电压（本电路需先降至15V交流电压），然后再将变压器次级输出电压去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值。
如图3.4所示，按照铁芯和绕组结构不同，分为心式变压器和壳式变压器。
（a）（b）
图3.4变压器的结构
（a）心式变压器；（b）壳式变压器
铁芯是变压器的磁路部分，为减少涡流和磁滞损耗，铁芯多用厚度为0.35~0.55mm的硅钢片叠成，硅钢片两侧涂有绝缘漆，是片间绝缘。
心式变压器的绕组套在铁芯柱上，绕组装配方便，用铁量较少，多用于大容量变压器。
壳式变压器的铁芯把绕组包围在中间，这种变压器制造工艺复杂，用铁量也较大，但不必使用专门的变压器外壳，常用于小容量的变压器，如电子线路的变压器。
铁芯的叠装一般采用交错方式，即每层硅钢片的接缝错开，这样可降低磁路磁阻，减少励磁电流。
绕组是变压器的电路部分。
与铁芯线圈不同，变压器通常有两个或两个以上的线圈，多数还需要以一定方式联接。
一般小容量变压器绕组用高强度漆包线绕成，接电源的绕组称为原绕组（又称初级绕组或一次绕组），接负载的绕组称为副绕组（又成次级绕组或二级绕组）。
大容量变压器除铁芯和绕组以外，还有一些附属设备。
变压器在运行时，铁芯和绕组所产生的损耗将使其发热。
为了防止变压器过热而烧毁，必须采用适当的冷却方式。
小容量变压器多采用自冷式，通过空气的自然对流和辐射，将绕组和铁芯的热量散失到周围空气中去，大容量变压器则要用油冷式，将变压器的绕组和铁芯全部浸在油箱内，使绕组和铁芯所产生的热量通过油传给箱壁而散失到周围空气中去。
变压器的基本原理是电磁感应原理，现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理。
如图3.5所示。
图3.5单向双绕组变压器
当原边绕组加上电压u1时，流过电流i1,在铁芯中就产生交变磁通，其中绝大部分磁通经铁芯闭合，为主磁通φ。
此外还要很少一部分磁通经空气或其他非铁磁性物质闭合，为漏磁通φo，这两个磁通分别在线圈中感应主电动势e1、e2。
e1和e2也按正弦规律变化，它们的有效值分别为
E1=4.44ƒN1φm
E2=4.44ƒN2φm
式中，ƒ为频率；N为匝数；φm为主磁通最大值。
3.1.2桥式整流电路
桥式整流电路的作用是利用单向导电性的整流元件二极管，将正负交替的正弦交流电压整流成为单向脉动电压。
但是，这种单向电压往往包含着很大的脉动成分，距离理想的直流电压还差得很远。
桥式整流电路的原理如图3.6所示。
图3.6桥式整流电路原理图
由图3.6可知，在U2的正半周内，二极管VD1、VD2导电，VD3、VD4截止；U2负半周时，VD3、VD4导电，VD1、VD2截止。
正负半周均有电流流过负载电阻RL，而且无论在正半周还是负半周，流过RL的电流方向是一致的，因此使输出电压的直流成分得到提高，脉动成分被降低。
桥式整流电路的波形如图3.7所示。
图3.7桥式整流电路波形图
描述桥式整流电路技术性能的主要参数有以下几项：
整流电路的输出直流电压即输出电压的平均值Uo（AV）,整流电路输出电压的脉动系数S，整流二极管正向平均电流ID（AV），以及整流二极管承受的最大反向峰值电压URM，以下本文集体分析上述各项主要参数。
（1）输出直流电压Uo（AV）：
输出直流电压Uo（AV）是整流电路的输出电压瞬时值Uo在一个周期内的平均值，即：
（2.1）
由此可见，在桥式整流电路中
（2.2）
上式说明，在理想情况下，负载上得到的直流电压约为变压器副边电压有效值的90%。
若考虑整流电路内部二极管正向内阻和变压器等效内阻上的压降，输出直流电压的实际数值还要低一些。
（2）脉动系数S：
整流电路输出电压的脉动系数S定义为输出电压基波的最大值UO1M与平均值UO（AV）之比，即：
（2.3）
为了估算UO1M可将图2.4中桥式整流电路的输出波形用傅立叶级数表示为
（2.4）
式中第一项为输出电压的平均值，第二项式其基波成分，由式可见，基波的最大值为：
（2.5）
因此脉动系数为
7（2.6）
即桥式整流电路输出电压的脉动系数为67％。
（3）二极管正向平均电流ID（AV）：
在桥式整流电路中，二极管VD1、VD2和VD3、VD4轮流导电，由图2.4的波形图可以看出，每个整流二极管的平均电流等于输出电流平均值的一半，即
（2.7）
当负载电流平已知时，可以根据IO（AV）来选定整流二极管的
。
（4）二极管最大反向峰值电压URM：
每个整流管的最大反向峰值电压URM是指整流管不导电时，在它两端出现的最大反向电压。
选整流管时应选耐压比这个数值高的管子，以免被击穿。
由此可以看出，整流二极管承受的最大反向电压就是变压器副边电压的最大值，即
（2.8）
3.1.3滤波电路
滤波电路由电容、电感等储能元件组成。
它的作用是尽可能地将单向脉动电压中交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
显然，这里需要利用截止频率低于整流输出电压基波频率的低通滤波电路。
电容滤波电路如图3.8所示，波形如图3.9所示。
图3.8电容滤波电路
图3.9滤波电路波形图
由整流电路可知在没有接电容时，整流二极管VD1、VD2在U2的正半周导通，负半周时VD3、VD4导通，输出电压UO的波形如图2.6中虚线所示。
并联电容以后，在U2的正半周，当二极管VD1、VD2导电时，二极管导电时，除了有一个电流io流向负载外，同时还有一个电流ic向电容充电，电容电压UC的极性为上正下负，如图3.8中所示，如果忽略二极管的内阻，则在二极管导通时，UC等于变压器副边电压U2，当U2达到最大值以后开始下降，此时电容上的电压UC也将由于放电而逐渐下降，当U2＜UC，二极管VD1、VD2反向偏置，因而不导电，于是UC以一定的时间常数按指数规律下降，直到下一个周期，当︱U2︱＞UC时，二极管VD3、VD4导通，输出电压UO的波形如图3.9中实线所示。
因为整流输出电压峰值
，所以采用电解电容
，其耐压值选为25V。
3.1.4稳压电路
随着集成技术的发展，稳压电路[3]也迅速实现集成化。
从20世纪60年代末开始，集成稳压器已经成为模拟集成电路的一个重要组成部分。
目前已能大量生产各种型号的单片集成稳压电路。
集成稳压器具有体积小，可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活，价格低廉，被广泛应用于仪器，仪表及其它各种电子设备中，特别是三端集成稳压器。
稳压电路的作用是采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
本课题采用固定正输出12V的三端集成稳压器W7812，它具有三个引出端子，分别是输入端、输出端和公共端，基本上不需外接元件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路，使用更加方便、安全。
它的封装为塑料直插式，如图3.10所示。
图3.10W7812的外形和引脚功能
W7812是一个三端集成稳压器，它的内部结构如下图3.11所示。
图3.11三端集成稳压器的内部结构图
参数
名称
输入电压
输出电压
电压调整率
电流调整率
最小压差
输出噪声
输出电阻
峰值电流
输出温漂
符号
UI
UO
Su
Si
UI-UO
UN
RO
IOM
ST
参数值
19
12
0.008
52
2
10
18
2.2
1.2
单位
V
V
%/V
mV
V
µV
mΩ
A
mV/c
表3.1W7812的主要性能参数表
由图3.11可见，电路内部实际上包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，另外加上保护电路和启动电路。
现对各部分的作用扼要介绍一下：
调整管在电网电压或负载电流波动时，调整自身的集-射压降使输出电压基本保持不变；放大电路将基准电压与从输出端得到的采样电压进行比较，然后再放大并送到调整管的基极，放大倍数越大，稳定性越好；基准电压的稳定性将直接影响稳压电路输出电压的稳定性；采样电路由两个分压电阻组成，它将输出电压变化量的部分送到放大电路的输入端；启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，使调整管、放大电路和基准电源等建立起各自的工作电流，而当稳压电路正常工作时启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能；保护电路将三种保护电路集成在芯片内部，它们是限流保护电路、过热保护电路和过压电路。
W7812的主要性能参数如表3.1所示。
3.2555时基电路
555时基电路是一种应用十分广泛的模拟—数字混合式（即双极型）集成电路，国外典型的产品型号有NE555、LM555、XR555、RC555、Μa555、SN52555、LC555等，国内产品型号有5G1555、SL555、FX555、FD555DENG。
它们的内部功能结构和引脚排列序号都相同，因此可以在使用时互相代换。
555时基电路最早是为了取代体积大、精度低的机械式定时器而设计的集成电路，英文名称为Timer（定时器），国内译名为时基集成电路，简称时基电路。
555时基电路具有定时精度高、温度漂移小、速度快、可直接与数字电路相连、结构简单、功能多、驱动电流较大等优点。
人们在应用中发现，它的用途十分广泛，可以组成性能稳定的无稳态振荡器、单稳态触发器、双稳态RS触发器和各种电子开关电路等。
555时基电路内部一共集成了21个晶体三极管、4个晶体二极管和16个电阻器，组成了两个电压比较器、一个RS触发器、一个放电晶体管和一个由3只全等电阻组成的分压器。
555时基电路的功能框图见图3.13被线所围部分，图中，C1和C2是两个高增益电压比较器，它们的输出端分别接到触发器的R端（置“0”端）和S端（置“1”端）；VT是放电晶体管；R1、R2和R3的阻值相等（均为5kΏ并组成分压器，555的名称可能是因此而得）。
图3.13
55时基电路原理图
图3.13中C1为上比较器，C2为下比较器，由于R1、R2、R3阻值相等，因此集成块的5脚（即控制端VC）电位固定在2/3VDD（VDD为实际集成电路的工作电源电压），6脚叫做阈值输入端TH。
同理，下比较器A2的同相输入端电位被固定在1/3VDD，反相输入端（即2脚）作为触发输入端TR.。
A1和A2的输入端分别送到RS触发器（即双稳态触发器）的置位端（即“1”）S和复位端（即置“0”）R，以控制输出端OUT即（第3脚）的电平状态和放电管VT的导通与截止。
图3.14单稳态电路
图3.14示外部元件电阻R1、电容C1与555时基电路接成单稳态电路。
由于A1的基准设在反相输入端（2/3VDD）,所以当阈值端TH（即第6脚）电压高于或等于2/3VDD时，A1输出高电平，使触发器复位，输出端3脚为低电平，即Q=0,Q=1,此时放电管VT导通，时基电路的7、1两脚被VT短接，外部定时电容Ct可以通过7脚、1脚放电。
而A2的基准是设在同相输入端，因此只有触发端（即2脚）电平小于或等于1/3VDD时，A2输出高电平，触发器被置位，3脚输出高电平，即Q=1,Q=0,放电管VT截止，7脚、1脚之间断路，相当于DIS端7脚悬空，此时外电容Ct可通过电阻Rt充电。
为了便于记忆和理解，可以把阈值端6脚称为“高触发端”，它只对高电平（不小于2/3VDD）有效，低电平对它不起作用。
同理，把触发端2脚叫做“低触发端”，它只对低电平（不大于1/3VDD）有效，高电平对它不起作用。
即当低触发端2脚电位1/3VDD时，集成块3脚就输出高电位；当高触发端6脚电位高于2/3VDD（有一个先决条件：
2脚电位必须
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