基于单片机的汽车防盗报警系统设计.docx
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基于单片机的汽车防盗报警系统设计
基于单片机的汽车防盗报警系统设计
本设计以单片机AT89S52作为控制核心，从单片机最小系统设计、防人接近热释电检测电路的设计、玻璃防震、车身防击的振动检测电路的设计、防车门开启检测电路的设计、防接近驾驶座电路、汽车点火闭锁电路的设计、无线遥控电路及无线报警电路的设计等几个方面出发，详细研究和设计了汽车防盗报警器的各个部分内容，设计了单片机及其外围电路，并结合一套经典的程序算法。
给出了一套合理的汽车防盗报警器软硬件解决方案。
随着我国改革开放以来，人们生活水平不断提高，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T型福特车被盗开始，偷车已成为现今社会里最常见的犯罪行为之一，这已成为一个严重的社会问题。
随着汽车数量的增多，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，担心爱车被盗，成为困扰汽车用户第一位的难题。
据统计，目前汽车失窃案发最多的是美国，每年有150万辆汽车被盗，即每隔20秒就有一辆车被盗；香港每年也有4000辆高级轿车失窃。
从国内情况看，近几年盗窃汽车案件不断增多，据统计2002年全国发生盗车案件10万多起，平均每天被盗300多辆车，并且近几年还在继续增加，上升势头越来越猛。
1.1汽车防盗报警器的发展趋势
随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车的段，人们研制开发了不同方式结构的防盗器。
第一代是机械式防盗器。
主要分为方向盘锁和排挡锁两大类。
它主要是靠锁定离合、制动、油门或转向盘、变速挡来达到防盗的目的，但只防盗不报警。
其优点是价格便宜，安装简便。
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。
有时车主会给车辆装上数种机械式的防盗器，据业内人士介绍，这样做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。
此类产品防盗性能极低，现在市面上已经很少单独使用。
第二代是电子式防盗器。
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。
它主要靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。
遥控式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。
现在市场上还出现有双向功能的电子防盗器，这种防盗器在一定距离内不仅能由车主遥控车辆，车辆还能将自身状态传送给车主，例如哪一侧的车门被开启或车窗玻璃破坏等。
但是这类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。
此类防盗器具有一定的防盗功能，超出有效距离和无人看管时，其防盗功能也将丧失贻尽。
第三代是芯片式数码防盗器。
它多数用于汽车原配防盗器，虽然解决了第二代防盗器的防解码功能，但还是摆脱不了距离的限制。
小偷手段的升级，所以很多装有原配防盗器的汽车被盗走，包括高挡轿车如宝马、奔驰也时有被盗走的报道。
第四代是网络防盗系统。
GPS系统全称为“全球卫星定位系统”。
其主要用于汽车的导航与定位而衍伸出来的辅助防盗功能，它的优点是可以实时了解集团车队内每台车辆所处位置，以便有效监督。
它主要是车辆被盗后通过服务中心来控制或定位来寻获车辆，是在警情发生后的“追盗”手段。
GPS防盗的缺陷主要有：
一是没有建立卫星定位地面监控中心的地区GPS无法工作；二是由于卫星数量有限，信息扫描覆盖存在一定“盲区”，从而使监控实际上经常处于间断“丢失”状态；三是价格一般都在数千元以上，而且每年还得支付几百至上千元的服务费，使车主增加额外负担，令普通百姓望而却步。
因其是通过信息报警、网络覆盖不全和警情传达不直接，使其防盗性能大大降低，所以装了GPS汽车被盗屡屡发生。
1.2汽车防盗报警器的设计要求
汽车防盗报警器通过多个方面的信号检测电路感知汽车是否有坏人接近、是否受外力冲击、是否有人开启车门、是否有人接近驾驶座等。
系统能够通过遥控器按键操作设置布防和解除布防状态。
在系统处于布防状态下时，系统将启动发动机点火闭锁电路，防止发动机被点火。
当有任一路检测电路检测到报警信号时，系统将发出声光报警，并且报警信号能够通过无线发射，用户所持的微型遥控器接收报警信号,遥控器也将发出声光报警信号，提醒车主注意。
具体的设计要求包括：
1、汽车玻璃振动、车受外力冲击,触发报警。
2、人体接近驾驶座距离<100mm,触发报警。
3、人体接近汽车<1ｍ,触发报警。
4、车门与门框距离>5mm,触发报警。
5、车主可以在一定的范围接受到报警信号。
报警信号发射距离>200m,用户
所持的微型遥控器接收报警信号，发出声光报警信号。
本设计以单片机作为控制核心，需要设计单片机最小系统设计、防人接近检测电路的设计、玻璃防震、车身防击的检测电路设计、防车门开启检测电路的设计、防接近驾驶座电路、汽车点火闭锁电路的设计、无线遥控电路及无线报警电路的设计等，需要设计单片机及其外围电路，完成系统硬件设计和软件编程。
第二章系统的总体设计
汽车防盗报警器以单片机AT89S52作为控制核心，电路的总体结构主要包括单片机最小系统、防人接近检测电路、玻璃防震、车身防击的检测电路、防车门开启检测电路、防接近驾驶座电路、汽车点火闭锁电路、无线遥控电路以及无线报警电路等。
2.1各检测模块电路方案的确定
2.1.1人接近汽车检测传感器—热释电传感器
本设计检测人接近汽车的传感器采用热释电传感器。
任何物品均有辐射。
温度越高的物体，红外辐射越强。
人是恒温动物，红外辐射也最为稳定。
热释电红外探测器本身不发射任何能量而只被动接收、探测来自环境的红外辐射。
探测器安装后数秒种已适应环境，在无人或动物进入探测区域时，现场的红外辐射稳定不变，一旦有人体红外线辐射进来，经光学系统聚焦就使热释电器件产生突变电信号，而发出警报。
被动红外入侵探测器形成的警戒线一般可以达到数米到数十米。
热释电红外探测器主要由光学系统、热传感器（或称为红外传感器）及报警控制器等部分组成。
其核心是不见是红外探测器件，通过关学系统的配合作用可以探测到某个立体防范空间内的热辐射的变化。
红外传感器的探测波长范围是8～14μm，人体辐射的红外峰值波长约为10μm，正好在范围以内。
2.1.2车身冲击振动检测传感器—压电陶瓷传感器
某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。
当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。
相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器。
利用压电传感器的这个效应，可以做成用于检测振动的传感器。
本设计玻璃振动、车身振动的检测传感器采用压电陶瓷传感器。
2.1.3车门开启检测传感器—干簧管
本系统中车门开启检测采用干簧管与永磁铁的配合。
干簧管是一种磁敏的特殊开关。
它通常由两个或三个既导磁又导电材料做成的簧片触点，被封装在充有惰性气体（如氮、氦等）或真空的玻璃管里，玻璃管内管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭接点。
当永久磁铁靠近干簧管时，或者由绕在干簧管上面的线圈通电后形成磁场使簧片磁化时，簧片的接点就会感应出极性相反的磁极。
由于磁极极性相反而相互吸引，当吸引的磁力超过簧片的抗力时，分开的接点便会吸合;当磁力减小到一定值时，在簧片抗力的作用下接点又恢复到初始状态。
这样便完成了一个开关的作用。
因此可以作为传感器用于计数，限位等等。
将其装在车门上，可作为汽车车门开启的检测的传感器。
2.1.4接近驾驶座检测传感器—多普勒效应传感器
本设计中接近驾驶座的检测传感器采用多普勒效应传感器。
多普勒效应是为纪念奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒而命名的，他于1842年首先提出了这一理论。
多普勒认为，物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。
在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高。
在运动的波源后面，产生相反的效应。
波长变得较长，频率变得较低。
波源的速度越高，所产生的效应越大。
根据光波红/蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。
恒星光谱线的位移显示恒星循着观测方向运动的速度。
除非波源的速度非常接近光速，否则多普勒位移的程度一般都很小。
所有波动现象都存在多普勒效应。
RD627是一种新颖的多普勒效应传感器件,是利用超声波传播的多普勒效应而制成的一种传感器,它能将物体移动时的位移信号转换成相应的电信号。
该器件可广泛应用于各种自动灯具、自动门及防盗报警器等方面。
本设计采用多普勒效应传感器RD627安装在汽车驾驶座附近，用于人接近驾驶座的检测。
2.2电路总体设计方案的确定
综合以上的考虑，汽车防盗报警器采用四种方式进行报警信号的检测：
防止人接近汽车的检测电路采用热释电传感器；玻璃撞击、车身冲击振动检测采用压电陶瓷传感器；汽车车门的异常开启检测传感器采用干簧管作为传感器；接近驾驶座检测电路采用多普勒效应传感器。
这几种检测电路监测汽车内外的安全状态，并送入单片机进行综合处理。
有任一路检测电路检测到报警信号时，系统将发出声光报警，这就需要设计声光报警电路。
系统能够通过遥控器按键操作设置布防和解除布防状态，这就需要设计遥控编码发射和接收解码电路。
此外，主机的报警信号需要能够通过无线发射，用户所持的遥控器要接收报警信号,遥控器也将发出声光报警信号，需要设计报警信号的编码发射电路和接收解码电路以及遥控器上的声光报警信号。
系统的主机部分总体设计框图如下图所示。
图2-1系统主机部分总体设计框图
系统的遥控器部分设计框图如图2-2所示。
图2-2系统遥控器部分设计框图
报警器通过遥控器上设计的按键电路来设置系统处于布防状态还是解除布防状态。
按键的操作通过编码电路进行地址编码，通过射频发射模块发射。
经主机的遥控接收解码电路接收和处理后送入单片机，由单片机处理。
在系统处于布防状态下时，系统将启动发动机点火闭锁电路，防止发动机被点火。
当有任一路检测电路检测到报警信号时，系统将发出声光报警，并且报警信号通过主机报警编码发射电路无线发射，经过用户所持的微型遥控器射频接收电路接收、再经过解码电路解码，产生报警信号,在遥控器上也将发出声光报警信号。
第三章系统的硬件电路设计
3.1报警检测电路的设计
3.1.1热释电红外传感器检测电路的设计
人接近汽车的检测采用热释电检测电路。
热释电传感器有三个引脚分别是电源正负极和信号输出。
在传感器电源正常的情况下，当热释电传感器检测到有人活动时，能够检测到人体所发出的微弱红外线，其输出端会有微弱的电流信号输出。
这一微弱信号将送到信号处理集成电路BISS0001进行处理。
系统热释电红外传感器检测电路图如图3-1所示
图3-1热释电红外传感器检测电路图
BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。
它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。
它能自动快速开启各类白炽灯、荧光灯、蜂鸣器、自动门、电风扇、烘干机和自动洗手池等装置，特别适用于企业、宾馆、商场、库房及家庭的过道、走廊等敏感区域，或用于安全区域的自动灯光、照明和报警系统。
1、BISS0001的特点
*CMOS工艺
*数模混合
*具有独立的高输入阻抗运算放大器
*内部的双向鉴幅器可有效抑制干扰
*内设延迟时间定时器和封锁时间定时器
*采用16脚DIP封装
2、BISS0001的管脚图和管脚说明
图3-2BISS0001引脚功能图
表3-1BISS0001管脚说明
引脚
名称
I/O
功能说明
1
A
I
可重复触发和不可重复触发选择端。
当A为“1”时，允许重复触发；反之，不可重复触发
2
VO
O
控制信号输出端。
由VS的上跳变沿触发，使Vo输出从低电平跳变到高电平时视为有效触发。
在输出延迟时间Tx之外和无VS的上跳变时，Vo保持低电平状态。
3
RR1
--
输出延迟时间Tx的调节端
4
RC1
--
输出延迟时间Tx的调节端
5
RC2
--
触发封锁时间Ti的调节端
6
RR2
--
触发封锁时间Ti的调节端
7
VSS
--
工作电源负端
8
VRF
I
参考电压及复位输入端。
通常接VDD，当接“0”时可使定时器复位
9
VC
I
触发禁止端。
当VcVR时允许触发（VR≈0.2VDD）
10
IB
--
运算放大器偏置电流设置端
11
VDD
--
工作电源正端
12
2OUT
O
第二级运算放大器的输出端
13
2IN-
I
第二级运算放大器的反相输入端
14
1IN+
I
第一级运算放大器的同相输入端
15
1IN-
I
第一级运算放大器的反相输入端
16
1OUT
O
第一级运算放大器的输出端
3、BISS0001的可重复触发方式
图3-3BISS0001的可重复触发工作方式下的波形
以下图所示的可重复触发工作方式下的波形，来说明其工作过程。
可重复触发工作方式下的波形在Vc=“0”、A=“0”期间，信号Vs不能触发Vo为有效状态。
在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态，并可促使Vo在Tx周期内一直保持有效状态。
在Tx时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个Tx周期；若Vs保持为“1”状态，则Vo一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在Tx周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti时间内，上图中，运算放大器OP1将热释电红外传感器的输出信号作第一级放大，然后由C3耦合给运算放大器OP2进行第二级放大，再经由电压比较器COP1和COP2构成的双向鉴幅器处理后，检出有效触发信号Vs去启动延迟时间定时器，输出信号Vo，可供单片机查询或者直接启动报警设备。
图3-1中，芯片处于可重复触发工作方式。
采用可重复触发工作方式的好处是：
如果传感器在延迟时间内再次检测到有人活动，芯片的输出将被继续延迟而不会终止，报警也就将一直送给单片机，这样提高了热释电检测电路的灵敏度。
输出延迟时间Tx由外部的R7和C6的大小调整，值为Tx≈24576xR7C6；触发封锁时间Ti由外部的R8和C7的大小调整，值为Ti≈24xR8C7。
电路中R7和R8设计成了可调电阻，可以根据实际需要调整电阻值的大小，改变输出延迟时间和触发闭锁时间的长短。
电路的输出送到单片机的I/O端口，供单片机判断使用。
3.1.2干簧管车门开启检测电路的设计
本设计车门开启检测电路采用干簧管。
干簧管是把两片即导电又导磁的材料组成的簧片平行的封入充有撱性气体的玻璃管中组成的开关元件。
两簧片一端重叠并有一定的空隙，便于形成接点。
当永久磁铁靠近单簧管或者有绕在单簧管的线圈通电形成的磁场使簧片磁化，簧片的接点部分就感应出极性相反的磁极。
异性相吸，当吸引力大于弹簧的弹力时，接点就会吸合；当磁力较小到一定程度时，接点被弹簧的弹力打开。
干簧管的接点形式有两种:
一是常开接点（H）型，平时打开，只有簧片被磁化时，接点才结合；二是转换接点的单簧管：
结构上有三个簧片，第一片用只导电不导磁的材料做成，第二第三用即导电又导磁的材料做成，上中下依次是1，3，2。
平时，由于弹力的作用，1、3相连；当有外界磁力，2、3磁化，相吸。
形成一个转换开关。
干簧管体积小，质量轻，簧片轻而短，有固有频率，可提高接点的通断速度，通断的时间仅为1～3ms，比一般的电磁继电器快5～10倍。
接点与大气隔绝，管内有稀有气体，可减少接点的氧化合碳化；并且由于密封，可防止外界有机蒸气和尘埃杂质对接点的侵蚀。
车门开启检测电路如下图所示。
控制干簧管接点闭合、打开的磁铁这里用电磁铁来实现，由三极管Q3来完成电磁线圈的驱动，三极管的基极通过限流电阻R12与单片机的I/O端口相连，电磁线圈是否带磁性由单片机来控制。
二极管D6这里是续流二极管，起到保护三极管的目的。
干簧管通过上拉电阻R11接到高电平，干簧管的另一端接地，这样干簧管闭合时，通过限流电阻R10送到单片机端口的就是低电平，当干簧管打开时，送到单片机端口的就是高电平。
在布防状态下，单片机控制引脚输出高电平，三极管Q3导通，电磁线圈带电，也就有了磁性；车门关闭时，干簧管的常开接点也就闭合，这时送到单片机端口的就是低电平。
如果车门被人恶意开启，干簧管闭合的接点就会打开，送到单片机端口的就是高电平。
单片机通过判断输入电平的状态就可以判断车门的开关状态。
图3-4车门开启检测电路
3.1.3压电陶瓷振动检测电路的设计
系统振动检测电路如下图所示。
压电陶瓷传感器通过上拉电阻接到VCC，它将接收到的振动信号装换成微弱电信号。
这一微弱电信号经过共射极三极管放大电路放大后送到由LM393构成的比较器电路的输入端，比较器的门限电压取决于可调电阻R15和电阻R16，当检测到的信号电压超过门限电压时，比较器将输出状态将发生变化，这一变化送到单片机I/O端口，供单片机处理判断。
图3-5振动检测电路设计
LM393作为专用比较器集成电路，其输出为集电极开路输出，两个比较器的输出可直接并联，共用外接电阻，它可以双电源供电，也可以单电源供电。
该比较器的电源电压是2~36V或
，输出电流大，可直接驱动TTL和LED。
类似型号是LM219，四电压比较器LM319。
LM139、LM239和LM339与LM119的功能基本相同。
LM393的符号见图3-6。
其中11脚为正电源，6脚为电源地，3脚为比较器1的地线，8脚为比较器2的地线。
3.1.4多普勒接近座位检测电路的设计
本设计采用多普勒效应传感器RD627安装在汽车驾驶座附近，用于人接近驾驶座的检测。
RD627多普勒效应传感器采用单列7脚直插式塑料封装,其管脚排列如图3-7所示。
图3-7RD627管脚排列图3-8RD627内部电路功能框图
图3-8是它的内部电路功能框图,可以看出,RD627由振荡器、发射器、检测器、多普勒信号放大器、限幅器及稳压电源等部分组成。
振荡器产生的微波信号经发射器由第1、2脚送至外接天线发射到空间,产生一个立体空间微波防护区,当人或其他物体在该防护区移动时,反射回来的微波信号与原信号之间将产生频移,微弱的频移信号通过检测器处理后,获得的多普勒信号再经放大,在第6脚即可得到与移动目标相应的电信号。
RD627型多普勒效应传感器的工作电源电压为12V;有效发射面积大于100m2;静态时第6脚的输出电压为6V;在有效发射区内,当有目标移动时,第6脚动态输出电压变化不小于±50mV,移动目标离天线愈近,输出电压变化幅度越大,最大时可达±5V以上。
本设计检测靠近驾驶座位的电路如图3-9所示。
图3-9接近座位检测电路
RD627产生的微波信号经外接环状天线发射到空间后形成一个立体微波警戒
网。
当有人在网内走动时,从人体反射回到天线的微波信号与原发射信号就会产生频移。
此频移经RD627内部监测放大后,从6脚输出超低频信号经电压跟随器送到比较器LM393进行鉴别。
如果信号电压达到比较器的门限电压则比较器的输出状态将发生变化。
送给单片机判断。
R38用来调节电压比较器的阈值电平,以调整报警器的警戒范围。
微波发射天线可用<3mm的金属线弯成<120mm～150mm的圆环状。
3.2无线发射和接收电路的设计
3.2.1编码芯片HS2262
1、HS2262概述
HS2262是CMOS工艺制造的低功耗通用编码电路，编码由用户可灵活改变的地址码和数据码组成。
HS2262具有省电模式，可用于无线电和红外线遥控发射；其外围应用电路元器件少，振荡电路只需外接一个电阻即可构成振荡回路；它的数据最多可达6位，地址码最多可达531441（312）种；同时HS2262具有多种封装形式和很宽的工作电压范围，它在1.3V到12V之间都可以正常工作。
2、HS2262的引脚说明
图3-10为HS2262的引脚排列图
图3-10HS2262引脚图
其各个引脚的功能说明见下表
表3-2HS2262引脚功能说明
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）,
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
3、HS2262的工作过程
HS2262将A0-A11，D5-D0引脚端的状态（包括地址和数据）编码为一个特殊的波形并且在TE脚为0时输出波形到Dout口。
这个波形送到RF调制器或IR发送器
处理后进行发送。
对方的RF解调器或IR接收器收到发送过来的无线频率信号或红外线信号后将之整形为对应的波形，然后HS2272就可以对这个波形进行解码输出。
这样就完成了遥控编码和解码的过程，下图为HS2262工作流程图
图3-11HS2262工作流程图
3.2.2解码芯片HS2272
1、HS2272概述
解码芯片HS2272是与HS2262编码芯片配对使用的遥控解码器,采用CMOS工艺制造.它具有12位三态地址引脚,可提供最多531441（312）种地址码,因此可以显著得减少码间冲突和恶意码扫描的可能性.HS2272可在多种设置下使用,以适合各种应用需要:
数据输出引脚数可改变,数据输出形式可为锁存输出或即时输出.
HS2272具有以下特点
1）CMOS工艺制造，低功耗
2）很高的抗噪声度
3）可达12个三态地址引脚
4）可达6个数据引脚
5）工作电压范围宽:
VCC=4～15V
6）单电阻振荡器
7）锁存或即时输出形式
8）使用DIP和SOP封装
HS2272的应用范围很广泛，主要包括：
汽车防盗系统、遥控风扇、车库门控制器、住宅防盗/自动化系统、遥控玩具、工业方面的遥控应用等。
2、HS2272的功能框图及引脚说明
HS2272解码芯片的功能框图如下图所示。
主要包括三态地址数据检测、系统时钟、振荡器、控制逻辑、比较逻辑、输出逻辑、数据检测和同步检测等几个部分。
图3-12HS2272解码芯片的功能框图
图3-13为HS2272的引脚排列图
图3-13HS2272引脚图
其各个引脚的功能说明见下表
表3-2HS2272引脚功能说明
名称
管脚
说明
A0-A5
1-6
地址引脚A0-A5.三态引脚（"0","1"或"f"）,对应编码波形中的bit0-bit5
A6/D5-
A11/D0
7-8
10-13
地址引脚A6-A11/数据引脚D5～D0.用作高地址位还是数据输出取决于HS2272的使用型号.用于地址输入时,为三态引脚（"0","1"或"F"）,对应编码波形中的bit6-bit11;用于数据输出时,如果收到波形的解码地址与地址引脚的地址设置相匹配,且收到的相应的数据位为"1"时,引脚升至Vcc.否则降为Vss.锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
DIN
14
数据信号输入端，来自接收模块输出端
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
VT
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