修改的汽车防盗报警器的研究设计.docx

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修改的汽车防盗报警器的研究设计

汽车防盗报警器的设计

作者姓名:

王朝秀专业班级:

电子信息科学与技术2003050203指导老师:

于真

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:

红外遥控、热释电红外传感器、AT89C2051单片机、声光报警

TheDesignOfCarWarningSystemGuardingAgainstTheft

Abstract:

Asthequantityofpersonalautomobileincreases,casesofstealingcarsrisedaybyday,causingthelostofautomobilegoesrighttowardthepeak,topreventthevehiclesfrombeingtakenrobbed,ananti-theftsystemincludingalarmingmoduleisabsolutelynecessaryforeverysingleautomobile.Thereforeanewschemeofanti-theftandwarningsystemforvehiclesisannounced.

Inthisthesis,ananti-theftalarmsystemwithfeaturesofhighperformance-to-priceratio,mucheasiermanufactureprocedureandgreatpracticalusagesisintroduced.Inthisdesign,inferredremotecontrollerisinchargeofcontrolalarmsystempowersourcesupply,toavoidthecarownertriggersthewarningbymistake.Insensingmodule,thepyroelectricinferredsensorisselectedfordetectingsignalsofstealing。

AndthemostpopularmicrocontrollerAT89C2051whichhassmallvolumeandlowcostisused.Whenthewholesystemisinguardingstatus,andstealingbehaviorhasbeendetected,sensingmodulewillsendthedetectedsignaltothemicrocontroller.Afterprocessingbythemicrocontroller,soundandlightwarningwillbeactivated.Andthevehiclewillnotbefiredanywaybecausetheautomobileignitioncoilpowersourcewillbecutoffatthesametime.

Keyword:

InferredRemoteControl,PyroelectricInferredSensor,MicrocontrollerAT89C2051,SoundAndLightAlarm

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。

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

电源

红外遥控发射

电源控制电路

红外遥控接收

切断电路

人体红外传感器

声光报警电路

盗贼

图2-1汽车防盗报警器原理框图

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。

20kHz

电池（6V）（6V）

按钮开关

红外发光二极管

信号放大

振荡器

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f≈1/2.2RC，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2R[1]。

图3-2多谐振荡器

3.1.2红外遥控发射器的原理图

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。

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

保护电路

输入输出

图3-4CW7800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

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。

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，f≈1/1.1R1C2,其其①、②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。

②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。

①脚所接电容的容量应至少是②脚电容的2倍。

③脚是输入端，要求输入信号≥25mV。

⑧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4.75～9V，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③脚输入幅度≥25mV、频率在其带宽内的信号时，⑧脚由高电平变成低电平，②脚输出经频率/电压变换的调制信号；如果在器件的②脚输入音频信号，则在⑤脚输出受②脚输入调制信号调制的调频方波信号。

图3-7LM567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3-81位D触发器的逻辑图图3-9CC4013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。

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③脚。

IC1是一块锁相环单音频率译码集成电路LM567，在它的⑤、⑥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②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⑧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③脚，则D触发器CC4013的Q端①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①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。

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3×108m/s。

红外光在介质中传播会产生衰减，在金属中传播衰减很大，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1～5μm、8～14μm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（

）

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（PyroelectricInfraredRadiationSensor,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2×1mm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2xlmm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。

用它和放大电路相配合，可将信号放大70dB以上，可以测出10～20m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AT89C205