汽车防盗控制系统.docx

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汽车防盗控制系统

摘要

在当代汽车作为一种快速的交通工具变的越来越普及，伴随而来的是频繁的汽车盗窃事件。

随着微电子技术、计算机技术和自动控制技术的迅速发展，性能优良汽车防盗系统不断的出现。

其中最普遍的就是基于单片机系统的汽车防盗器。

本论文主要是对汽车防盗报警系统的工作原理、主要对硬件作了详细地分析设计。

首先对国内外汽车防盗领域的现状进行了调查研究，分析了现今汽车失窃的多种模式，然后重点分析了汽车防盗系统的一般组成，研究并提出了基于8031单片机的汽车防盗器。

本设计利用ADXL202型加速度传感器对汽车状态进行检测，并对其检测信号分析方法进行了讨论。

本文还研究较为安全的滚动码无线发送与接收技术，并运用到了本设计中。

本防盗系统对接收到的信号数据进行汇总、分析，排除干扰因素造成的误报警,当汽车被盗时通知车主。

关键词：

汽车防盗，单片机，传感器

ABSTRACT

Incontemporary，asakindofconvenienttransportautomobileisbecomingmoreandmorepopular，comingwiththefrequentincidentsofcartheft.Withtherapiddevelopmentofthemicroelectronictechnology,computertechnologyandtheautomaticcontroltheory,Excellentanti-theftandalarmsystemconstantlyemerge.Themostcommonkindofvehicleanti-theftdevicesisbasedonthesinglechip.

Introductionmadehereininvolvestheworkingprincipleofanddetailedanalysisanddesignispursuedtothehardwares.First,someinvestigationsinthecartheftdeterrentdomainhadbeenfinishedbothhereandabroadandmanycarlostmodeshadbeenanalyzedtoo,analysisfocusedonthecomposedofthegeneralvehicleanti-theftsystem,thendesignthecaranti-theftandalarmsystemwhichisbasedonthe8031.ThisdesigntakestheADXL202asthesensorandanalyzesthesignal.Thisarticlealsoreasarchintherollingcodessendandreceivewirelesstechnologyapplyedinthedesign.

Thisanti-theftandalarmsystemanalyzesthecollecteddata,excludingtheerroralarmcausedbythedisturbingfactorsandinformtheownerwhenthecarisbeingstolen.

KEYWORDS:

singlechip,sensor,anti-theftsystem

前言

随着人们生活水平的不断提高，汽车越来越成为人们生活中不可缺少的一部分。

从世界上第一辆福特牌轿车被盗开始，偷车已成为现今城市里最常见的犯罪行为之一。

汽车数量增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这给社会带来极大的不安定因素，担心车辆被盗，成为困扰每一位汽车用户的难题。

随着敞篷汽车的流行，汽车门锁已无法成为万无一失的铁将军，使车门锁止系统的概念进一步被淡化，由此汽车防盗器也应运而生。

现在市场上各种电子防盗器琳琅满目，销量最好的电子防盗锁在300元至400元之间即可买到。

现在市场上许多新款轿车上都已经安装了原厂的汽车防盗器，有些车辆的钥匙上就有防盗芯片，随机变开锁密码，使盗车贼无法用科技手段解锁，而这种钥匙一旦丢失就只能凭车辆的用户登记卡到原厂再配一套钥匙。

本论文主要是对汽车防盗报警系统的工作原理、主要对硬件作了详细地分析设计。

整个系统以8031为控制核心，并用驱动芯片来驱动报警信号的输出。

单片机接收到传感器送来的信号并对数据进行汇总、分析，排除干扰因素造成的误报警，使报警器可以正常的报警并通知车主汽车是否被盗。

我们利用传感器的检测特性对车门状态、钥匙门、手刹、脚刹等进行检测，因为它是判断是否应该报警的关键。

本设计中对无线遥控接收和发射及跳码密码生成作了简单的介绍，使我们可以简单的了解一下这方面的知识。

本论文要求对无线遥控汽车防盗系统进行研究和设计，采用电子密码技术实现具有1、服务功能，包括遥控车门、遥控器东、寻车和阻吓窃贼作用等；2、警惕提示功能，具有触发报警纪录；3、报警提示功能，即当有人动车时发出警报；4、防盗功能，即当防盗处于警戒状态时，切断汽车上的启动电路，使汽车无法启动。

汽车防盗的机理一般有：

延长作案时间和增加作案难度，被盗劫时能发出被盗被劫信息，非车主操作能阻止起动汽车或起动一段时间后停止点火，告诉被盗汽车的方位，以便跟踪找回等。

在本设计中单片机不断控制接收和处理传感器送来的信号，当发生盗窃行为时由输出装置输出模拟信号驱动外部设备发出报警。

本设计运用的传感器是加速度传感器，经转换电路转换成0-5V模拟信号送入A/D转换器，输出数字信号送入单片机的输入口。

设计利用传感器来检测是否有被盗情形发生的主要依据，传感器是系统中不可缺少的关键部件。

论文中我们用的是无线遥控装置，即对汽车车门开闭装置的执行器进行无线遥控的装置，在远离车辆的地方，进行车门的开闭。

当驾驶员操纵遥控发射器，利用红外线或者无线电波发出身份密码，当设置在车辆两侧的接收器接收到该遥控信号，并与身份鉴定代码一致时，则按照相应的功能代码，执行器开始工作，以便执行开闭功能。

无线遥控装置主要有遥控发射器（简称遥控器）和遥控接收器（简称接收器）组成。

系统所需要的稳压电源是由汽车蓄电池提供的12V电压，经过二极管的反极性保护，在经过稳压电源为汽车防盗报警系统提供5V电压。

第1章汽车防盗系统的概述

1.1汽车防盗器的定义与类型[1]

汽车防盗器的定义：

汽车防盗器就是一种安装在车上，用来增加盗车难度，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。

随着科学技术的进步,为对付不断升级的盗车手段,人们不断研制出新的防盗器。

目前防盗器按其结构可分三大类:

机械式、普通电子式和网络系统式。

机械式防盗装置是市面上最简单、最廉价的一种防盗装置，其原理十分简单，即锁住转向盘、控制踏板或挡柄。

其优点是价格便宜，安装简便，几百元甚至几十元就能搞定。

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。

这种锁分以下几种：

（1）转向盘锁，即拐杖锁。

一般说来，该锁在5-10秒内就可以被小偷打开，如使用液压剪或激光枪，则不到1秒就被打开。

针对这个缺陷目前市场上推出了一种护盘式转向盘锁，以覆盖的方式让镍铝高强度合金钢横跨在转向盘的某二辐，在锁头上再接一根钢棒，防止歹徒使用暴力窃车。

这种锁为隐藏式，有一层防锯防钻钢板保护，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。

（2）可拆卸式转向盘，其整套配备包括底座、可拆式转向盘、专利锁帽盖。

操作时先将转向盘取下，将锁帽盖套在转向轴上。

该防盗锁的优点是不会破坏原车结构，故障率低，操作简便。

缺点是车主必须找一个空间藏这个拆下的转向盘。

（3）排挡锁，目前车主最欣赏的防盗装置之一。

这种防盗装置简便又而坚固，材质采用特殊高硬度合金钢制造，防撬、防钻、防锯，且独特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；如果钥匙丢失，可用原厂电脑卡复制钥匙。

电子防盗装置电子防盗就是给车锁加上电子识别码，开锁或配钥匙都需要输入十几位密码。

目前市场上常见的有插片式、按键式和遥控式三种电子防盗装置。

电子防盗的最大卖点在于密码解锁和声讯报警，其中，根据密码的发射方式不同密码锁又分为定码式和跳码式两种。

　网络防盗装置即利用现代电子信息技术

航天技术和网络技术，实现汽车与车主的实时信息反馈。

（1）全球卫星定位系统（GPS）GPS的工作原理是：

利用接收卫星发射信号与地面监控设备和GPS信号接收机组成全球定位系统，卫星星座连续不断发送动态目标———汽车的三维位置、速度和时间信息，从接收到的反馈信息来获知汽车当时所处的位置。

（2）GQF汽车防盗装置某航空研究所科研人员最近开发出的一种新型高可靠网络防盗装置。

这种防盗装置的工作原理是：

利用目前覆盖面极广的电信网络，实现汽车与车主即时双向互动，从而达到防盗、阻盗的目的。

该装置采用盗贼不能恢复的电路设计结构，使用先进的进口传感器，并设有多点报警信号，盗贼触及其中任意一点，该装置都会立即锁住电路，使车内高压电路、发电机电路同时拒绝应急工作，同时通过电信网络向车主手机或传呼机发出长时间声讯和字幕报警信号，而盗车者丝毫不知觉，直至车主解除设定为止。

本论文采用的是无线遥控汽车防盗系统，采用电子密码技术实现。

遥控式汽车防盗器的特点是遥控控制防盗器的全部功能,可靠方便。

遥控式防盗系统分为遥控式和无线遥控式电子防盗系统。

1.2汽车防盗系统

1.2.1传感器[2]

a）传感器的功用

当防盗报警系统工作时，传感器检测汽车有无异常情况的发生。

当汽车被移动或车门锁打开时，传感器将检测到的信号传送给电控单元,防盗电控单元根据其内部储存的数据进行比较，判断汽车是否正在被盗。

如汽车被盗，防盗电控单元输出信号，控制报警装置发出的声报警信号，阻止汽车启动。

b）检测方法

本设计主要通过对汽车异常移动、异常振动、异常振动、异常提升和车身异常切斜信号进行检测，当信号符合系统设定时认为有盗窃行为产生，从而运行各种防盗措施。

1.2.2防盗电控电元（ECU）

防盗电控电元（ECU）的功能

防盗电控电元（ECU）如图1-1所示。

ECU是ElectronicControlUnit的简称，防盗电控电元ECU接收各种传感器（防盗传感器、压力传感器等）发送的信号，根据电控单元ECU中预先存储的数据和编制的程序，通过数学计算和逻辑判断，确定车门是否锁定、车辆是否非法移动、被盗，以便控制各个执行器（喇叭、灯光等），从而使汽车处于报警状态。

防盗电控电元ECU除了具有控制功能外，有的还具有故障自诊断功能。

图1-1防盗系统电控单元ECU

防盗电控单元的ECU的组成

防盗电控单元ECU基本构成。

它主要有输入回路、单片机、输出回路、A/D转换器等组成[4]。

a）输入回路

从传感器来的信号，首先进入输入回路。

在输入回路里，对传感器信号进行预处理，包括检波或滤波、限幅、波形变换等。

如车速传感器输入计算机信号，其幅值随车速变化的，车速升高时，输出的电压幅值增大，车速降低时，输出的电压幅值减小，电压幅值减小，电压信号较弱，为了使信号能够输入计算机并被采用，必须在输入回路中将起信号放大、整形。

b）A/D转换器（模拟/数字转换器）

在汽车电控系统中，传感器的信号有两种：

一种是模拟信号，例如砸车时的信号；另一种是数字信号，如车门开关的信号。

信号的形态不同，输入计算机的处理方法也不同。

对数字信号可以直接输入计算机，而对于连续变化的模拟信号，则必须经过A/D转换器（模拟/数字转换器）转换成计算机能够识别的数字信号后才能输入计算机。

A/D转换器的功能就是将模拟信号转换成数字信号。

c）单片机系统

单片机是防盗系统的神经中枢。

它能根据需要把各种传感器送来的信号用内存的程序和数据进行运算处理，并把运算（如报警信号）送往输出回路。

微型计算机主要有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出口（I/O）等部分组成。

中央处理器（CPU）主要有进行算术、逻辑运算的运算器、暂时存储数据和计算结果的寄存器、按照程序执行信号传送和控制任务的控制器等组成。

存储器包括只读存储器ROM和随机存储器RAM。

d）输出回路

输出回路是计算机与执行器之间的中继站，其功能是根据计算机发出的指令，控制执行器动作。

由于计算机输出的控制信号是数字量，电压一般为5V,不能直接驱动执行器，因此需要输出回路进行放大。

如果执行器需要模拟量驱动，那么该需要经过数/模转换器转换之后,才能控制执行器动作。

1.2.3报警装置

报警方法通常采用喇叭鸣叫和灯光的闪亮方式，也有采用专用喇叭与普通喇叭进行组合的报警方法。

1.3汽车防盗器的发展与应用

目前汽车防盗器已由初期的机械控制，发展成为钥匙控制、电子密码、遥控呼救、信息报警的汽车防盗系统，由以前单纯的机械钥匙防盗技术走向电子防盗、生物特征式电子防盗。

电子防盗系统主要由电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、报警装置和执行机构等组成。

电子防盗系统的类型主要有:

　  ①钥匙控制式。

通过用钥匙将门锁打开或锁止，同时将防盗系统设置或解除。

    ②遥控式。

防盗系统能够远距离控制门锁打开或锁止，也就是远距离控制汽车防盗系统的防盗或解除。

　　③报警式。

防盗系统遇有汽车被盗窃时，只是报警但无防止汽车移动功能。

    ④具有防盗报警和防止车辆移动式的防盗系统。

当遇有窃车时，除音响信号报警外，还要切断汽车的起动电路、点火电路或油路等，起到防止汽车移动的作用。

    ⑤电子跟踪防盗系统。

该系统分为卫星定位跟踪系统（简称GPS）和利用对讲机通过中央控制中心定位监控系统。

　　电子跟踪定位监控防盗系统是利用电波在波朗管地图上显示被盗车位置并向警方报警的追踪装置。

设跟踪定位监控防盗系统，需有关单位专门设立这样一套机构和一套专用的设备，并需24小时不间断地监视，否则，即使安装了电子跟踪定位监控防盗系统还是起不到防盗作用。

　　1.3.1钥匙控制式防盗系统

    钥匙控制式防盗系统作用是：

当驾驶员将车门锁住的同时，接通了电子防盗系统电路，同时电子防盗系统开始进入工作状态。

一旦有窃贼非法打开车门，电子防盗系统一方面用喇叭报警求救，另一方面切断点火系统电路，使发动机不能起动，于是起到了防盗报警的作用。

    而电子钥匙编码控制装置，是靠带编码的点火钥匙来控制汽车发动机的起动，以达到防止汽车被盗走的目的。

它主要由身份代码的点火钥匙、编码器构成的控制器和发动机控制单元等组成。

带编码的点火钥匙中镶有电阻管芯，在电阻管芯内设有身份代码（电阻值）。

点火锁筒内存储有代码，当插入的钥匙与存储的代码不符，即电阻值不符合点火锁内存储的电阻值，则点火系的电路不能接通，从而起到了防盗作用。

　　1.3.2电子密码防盗系统

　　防盗器的电子密码就是开启防盗器的钥匙。

它一方面记载着防盗器的身份码，区别各个防盗器的不同；另一方面，它又包含着防盗的功能指令码、资料码，负责开启或关闭防盗器，控制完成防盗器的一切功能。

　　根据密码发射方式的不同，遥控式汽车防盗器主要分为定码防盗器和跳码防盗器两种类型。

早期防盗器多采用定码方式，但由于其易被破译，现已逐渐被技术上较为先进、防盗效果较好的跳码防盗器所取代。

下面就两种不同类型防盗器的原理、特点等分别加以介绍。

a）定码防盗器

早期的遥控式汽车防盗器是主机与遥控器各有一组相同的密码，遥控器发射密码，主机接收密码，从而完成防盗器的各种功能，这种密码发射方式称为第一代固定码发射方式（简称定码发射方式）。

定码发射方式在汽车防盗器中的应用并不普及，当防盗器用量不多即处于一个初期防盗器应用市场里时，其防盗器的安全性和可靠性还有所保证。

但对于一个防盗器使用已成熟的市场而言，定码方式就显得既不可靠又不安全，原因有三：

　　①密码量少，容易出现重复码，即发生一个遥控器控制多部车辆的现象。

　　②遥控器丢失后，若单独更换遥控器极不安全，除非连同主机一道更换，但费用过高。

　　③也是最大的危险即安全性差，密码易被复印或盗取，从而使车辆被盗。

　　b）跳码防盗器。

定码防盗器长期以来一直存在密码量少、容易出现重复码且密码极易被复制盗取等不安全问题，因此跳码防盗器应运而生，其特点如下：

　　①遥控器的密码除身份码和指令码外，多了跳码部分。

跳码即密码依一定的编码函数，每发射一次，密码随即变化一次，密码不会被轻易复制或盗取，安全性极高。

　　②密码组合上亿组，根本杜绝了重复码。

　　③主机无密码，主机通过学习遥控器的密码，从而实现主机与遥控器之间的相互识别。

若遥控器丢失，可安全且低成本地更换遥控器，无后顾之忧。

    1.3.3遥控电子防盗系统

　　目前这种电子防盗系统广泛应用于许多原厂配置防盗系统的汽车上使用。

遥控电子防盗系统是利用发射和接收设备，并通过电磁波或红外线来对车门进行锁止或开启，也就是控制防盗系统进行防盗值班或解除。

    遥控电子防盗系统种类繁多，常见的有电磁波遥控电子防盗系统和红外线控制防盗系统。

遥控电子防盗系统在夜间无需灯光帮助就能方便快捷的将车门锁止或开启。

a）结构组成。

一套完整的遥控汽车防盗器应由下面几个部分组成：

　　①主机部分：

它是防盗器的核心和控制中心。

　　②感应侦测部分：

它可由感应器或探头组成，目前普遍使用的是振荡感应器，微波及红外探头应用极少。

　　③门控部分：

包括前盖开关、门开关及行李舱开关等。

　　④报警部分：

喇叭。

　　⑤配线部分。

　　⑥其他部分：

包括不干胶、螺钉及继电器等配件和使用说明书及安装配线图等。

    b）遥控电动中央门锁防盗系统的功能及操作

　　①遥控锁车及防盗设定。

按遥控器上的相应按键，四个转向灯闪烁一次，示意驾驶员车门及行李厢已上锁。

防盗状态指示灯不停的慢闪，提示驾驶员车已进入了防盗状态。

此状态下起动及点火电源均被切断。

　　②遥控开锁及防盗解除。

按遥控器上的相应按键，四个转向灯闪烁两次，示意驾驶员车门及行李厢已开锁。

防盗状态指示灯熄灭，提示驾驶员车已解除防盗，起动及点火电源电路恢复正常。

同时室内灯点亮持续20s，方便驾驶员及乘员上车。

　　③自动防盗设定。

停车后将点火开关转到断开位置，如果任何一车门打开再关上，延迟3s，四个转向灯持续闪烁五次后，自动进入防盗设定状态。

5s内再次打开车门，则系统停止记时。

当又关上全部车门时，系统重新开始记时，四个转向灯又开始闪烁，5s后再次进入防盗系统设定状态。

此间如不用钥匙或遥控器锁车，中央控制门锁不会锁车，以防驾驶员或遥控器忘在车上。

　　④二次防盗设定。

如果误触动了遥控器的相应按键，使防盗解除（此时室内灯会自动点亮20s）；或有意识的解除防盗后，30s内车门没有打开，系统再次进入防盗设定状态，并将车门自动锁上。

    ⑤防窃车功能。

当点火开关转到行车档，汽车在遥控距离内遭抢或强行开走时，被抢驾驶员按住大键持续3s，四个转向灯会不停地闪烁。

同时车上的喇叭一直鸣叫，以示报警并警告抢车人停车。

如果抢车人弃车逃走，车在遥控距离内，驾驶员按下相应的按键可解除转向灯的闪烁和喇叭的鸣叫。

如果抢车人将车开走，即使将车停下拔出钥匙，四个转向灯仍一直闪烁，直至将蓄电池的电能耗完；上车再起动，车的起动及点火电源被切断，汽车不能再被开走，若钥匙转至点火位置，车上的喇叭又会开始鸣叫。

    ⑥防盗系统被触动，自动报警，系统再次进入防盗设定状态

　　车在防盗设定过程中，未经遥控器解除，强行打开车门及行李厢或强行起动发动机，四个转向灯会自动继续闪烁30s以示报警。

若系统恢复正常，30s后转向灯自动熄灭，系统再次进入防盗设定状态。

若系统未恢复正常，90s后转向灯自动熄灭，系统再次进入防盗设定状态。

    ⑦停车自动开锁。

停车后，点火开关转到关断位置，中央控制门锁系统自动开锁、室内灯自动点亮20s，方便驾驶员和乘员下车。

　　⑧自检功能。

防盗设定后，四个转向灯闪烁一次，系统自动进入防盗设定的同时也处于自检状态。

即如果任何一车门未关好或出现故障造成车门联动开关短路时，四个转向灯闪烁4次；如果行李厢未关好或行李厢开关出现故障造成开关短路时，四个转向灯闪烁6次，提示驾驶员检查故障点。

自检系统还将四个车门及行李厢分为两个检测区。

即：

四个车门为一个检测区，行李厢是一个独立的检测区。

如果其中有一个检测区出现故障不会影响另一个检测区执行防盗功能。

　　⑨防盗被触动，自动记忆、自动显示。

在防盗设定时间，系统中任一部位被触动过，在防盗解除时，状态指示灯将快闪，以提示驾驶员引起注意。

　⑩防盗系统的恢复。

将点火开关转到行车档，将解除开关断开，四个转向灯闪烁3次，状态指示灯闪烁3次后熄灭，表示防盗系统可以正常使用。

　防盗系统不是万能的，现在许多轿车都在出厂前预装了车用电脑防盗系统。

当钥匙芯片数据与车载电脑预存数据相符，电脑才会通知相关系统开始工作，允许发动机启动。

自带车载电脑防盗系统的轿车不需要再安装电子防盗器。

如果重复安装，容易和原车所安装的防盗系统发生系统冲突；如果一定要额外安装电子防盗器，请注意与点火系统分离，否则会造成发动机无法启动等故障。

若出现了故障，不要自行拆卸，请到专业维修店使用专业解码器清除故障码并解除故障。

第2章系统硬件

随着单片机应用领域的不断开拓，单片机应用技术应根据不同的测控对象，不同的环境选择使用不同型号和功能的单片机。

目前，单片机市场呈现着缤纷多彩的世界，新型单片机层出不穷，使得我们有更多的余地来选择性能价格比都适合于自己的应用系统的单片机，在本课题中所研究的汽车防盗报警系统中，使用的是8031单片机。

2.1存储器的分类和应用[3]

　存储器是单片机的又一个重要组成部分，储存器的每个存储单元对应一个地址，用16进制数表示。

存储器中每个存储单元可存放一个八位二进制信息，通常用两位16进制数来表示，这就是存储器的内容。

单片机的存储器分为RAM（randomaccessmemory，随即存储器）和ROM（readonlymemory,只读存储器）两大类。

RAM又称只读存储器。

正常工作时信息既可以读又可以写：

数据读出后原数据不变；数据写入后，原数据自然丢失，并被新数据所代替，因此RAM可以用来存储实时数据、中间结果、最终结果或作为程序的堆栈区使用。

按照信息存储的不同原理，RAM通常可以分为静态RAM和动态RAM两类。

ROM中的信息不因停电而消失，故它又称为非挥发性存储器。

ROM主要用来存储固定程序、常数和表格等，这些程序、常数和表格是用特殊手段固定进去的，但是在正常工作状态下只能读不能写，因此而得名。

由于8031没有内部的ROM，所以在使用时一般外接一个外部的ROM，本设计中连接了一片2764。

图2-12764和8031的连接图

2.2复位系统

当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：

上电复位和上电或开关复位。

本设计采用的是上电或开关复位电路。

如图2-2

图2-2上电或开关复位电路

上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位。

当单片机