基于单片机的汽车多功能报警器设计.docx

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基于单片机的汽车多功能报警器设计

ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY

本科毕业设计

基于单片机的多功能汽车报警器的设计

TheDesignofAutomotiveMulti-functionAlarmBasedonMicrocontroller

系（院）名称：

电子信息与电气工程学院

专业班级：

自动化专升本班

学生姓名：

端木亚斌

学号：

200902060027

指导教师姓名：

杜章永

指导教师职称：

讲师

2011年5月

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

基于单片机的多功能汽车报警器的设计

摘要:

汽车是目前人类主要的交通工具，也是现代文明的标志。

全世界每年汽车销售量达6000多万辆，保有量已超过4亿辆。

在用的车辆越多，但随之而来的交通事故和被盗的汽车也越来越多，造成了人员伤亡及经济财产的损失。

人们对机动车辆的使用性能和防盗性能提出了更高的要求。

汽车安全成为一个重要的社会问题。

为了减少汽车事故的发生率，给拥有汽车的用户提供安全感,研制一种简单可靠、操作方便,能自动检测汽车各部分状况，发现不正常情况能给驾驶员发出报警提醒和防盗警报的安全系统，具有实际的设计意义。

本文设计了一种基于单片机的汽车多功能报警装置。

利用单片机的低成本、高精度、微型化性能及特点设计以其为核心的一种汽车多功能报警器，利用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统对汽车防盗报警、轮胎欠压的检测报警和冷却系统温度检测报警。

该多功能报警器有着经济实用的优点且符合普通大众的消费水平，能够被大多汽车消费者所接受，渐渐成为普通大众汽车用户的优先考虑安装的报警系统。

该系统利用各种传感器对警情和汽车各部分设备进行检测，通过遥控实现汽车防盗报警设防和撤防。

当报警器处于设防状态时，若警情采集电路采集到警情信号时，AT89S51立即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并切断点火系统的电源。

车辆行驶中，对汽车各部分各系统工作状况进行自动检测，当汽车设备出现不正常时，单片机根据传感器检测到各种警情信号分别进行报警，提醒车主进行处理，避免事故发生。

关键词：

汽车，单片机，传感器，报警

TheDesignofAutomotiveMulti-functionAlarm

BasedonMicrocontroller

Abstract:

Carsarethecurrenthumanmajortraffictools,butalsothemodernsignofcivilization.Carsalesworldwideeachyearmorethan6,000alreadymorethanthousandunits,andpossessionof4millioncars.Inthevehiclewithmore,butfollowingthetrafficaccidentandthestolencarmoreandmore,causedthecasualtiesandeconomicproperty.Peopleofmotor-drivencarperformancecharacteristicsandpropertiesofsecurityputforwardhigherrequest.Autosafetybecomeanimportantsocialproblem.Inordertoreducetheincidenceofcaraccidents,toprovidetheuserwithcarsecurity,developingasimple,reliable,easytooperate,canautomaticallydetectautopartsstatus,foundnotnormalsituationcangivedriversalarmremindandanti-theftalarmsecuritysystem,withtheactualdesignsignificance.

ThispaperintroducesadesignbasedonSCMcarmultifunctionalalarmdevice.Ofthemicrocontrollerlowcost,highprecision,miniaturizationpropertiesandcharacteristicsinitsdesignforthecoreofacarmultifunctionalalarm,ofthemicrocontrollerreal-timecontrolanddataprocessingfunctions,completesystemofautoanti-theftalarm,tireundervoltagedetectionalarmandcoolingsystemstemperaturedetectionalarm.Themultifunctionalalarmhaseconomicadvantagesandconformstothegeneralpublicconsumptionlevel,canbeacceptedbymostautoconsumers,graduallybecomecommonVolkswagenuser'spreferredinstallationalarmsystem.

ThesystemUSEStoalertandvarioussensorsdetectcarpartsequipment,throughremotecontroltomaketheanti-theftalarmfortifyandremoval.Whenthealarminfortificationcondition,ifacquisitiontoalertwarningsignalacquisitioncircuit,drivecircuitAT89S51immediatelyconnectalarmacousto-opticalarm,meanwhileAT89S51realizedthroughwirelesssignalalarmsignalstolaunchcircuit,andcutoffthecarignitionsystem,thepower.Vehicleforautoparts,eachsystemworkingstatusofautomaticdetection,whenautoequipmenttoappearabnormal,SCMaccordingtodetectvariousacousticsensorsignalseparatelyalarm,remindownerprocessing,avoidaccidents.

Keywords:

Cars,microcontroller,sensor,alarm

第1章概述

1.1汽车报警器研究背景及其意义

汽车是目前人类主要的交通工具，也是现代文明的标志。

全世界每年汽销售量达8000多万辆，保有量已超过6亿辆。

在用的车辆越多，但随之而来的交通事故和被盗的汽车也越来越多，造成了人员伤亡及经济财产的损失。

人们对机动车辆的使用性能和防盗性能提出了更高的要求。

汽车安全成为一个重要的社会问题。

为了减少汽车事故的发生率，给拥有汽车的用户提供安全感,研制一种简单可靠、操作方便,能自动检测汽车各部分状况，发现不正常情况能给驾驶员发出报警提醒和防盗警报的安全系统，具有实际的设计意义。

1.2汽车报警器国内外发展状况

目前，市场上的GPS卫星定位系统是目前国内外最先进的防盗装置，GPS系统具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、路况信息、人工导航、车辆查询等多种功能。

GPS卫星定位汽车防盗系统属于网络式防盗器，它主要靠锁定点火或起动达到防盗目的，而同时还可通过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。

专家提醒，这种防盗技术名字叫起来很响亮，虽然有防盗的作用，但使用起来不是很实用，而且价格也昂贵，实际功用不大。

卫星追踪防盗系统，主要是汽车装备回报系统，经由卫星屏幕，显示车辆位置，因此根据失窃车中有安装卫星追踪系统者，无不是发报系统被破坏，即是电源被切断，使卫星无法追踪到汽车的具体位置，即失去防盗效用，而且价格昂贵，光安装一套不带显示屏的GPS就需要花费6000-7000元，而每年还需向GPS系统服务公司交纳近千元的服务费，高昂的购买费和使用费让许多车主望而却步，经济效益差。

利用单片机的低成本、高精度、微型化性能及特点设计以其为核心的一种汽车多功能报警器，利用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统对汽车防盗报警、轮胎欠压的检测报警和冷却系统温度检测报警。

该多功能报警器有着经济实用的优点且符合普通大众的消费水平，能够被大多汽车消费者所接受，渐渐成为普通大众汽车用户的优先考虑安装的报警系统。

1.3汽车报警器的发展趋势

在汽车电子设计方面，系统越来越复杂，因此系统厂商、软件厂商、芯片厂商通力合作非常重要。

数字汽车时代与以往不同的是很多技术得到迁移与转变，以前的汽车仪表精度取决于传感器，但传感器精度不高、寿命不长，而数字汽车时代意味着不用传感器，而是应用网络协议；在故障诊断方面，未来汽车出现什么故障，没有网络协议解释，就不知道如何解决故障问题；这些技术提供给我们很多新的市场机会。

在实现方面，为提高可靠性，可在单芯片里把软件硬件化。

数字汽车时代的一个特征就像手机，3个月就会有一个新产品推出，需要大量的可重构，可能来不及做ASIC，标准、协议就又变了，因此FPGA会得到更大的发展。

过去，网络协议用C语言实现，现在用HDL语言写入内核，可靠性提高很多。

过去产业分工较细，软件、硬件、设计分开，各做各的，而数字汽车时代需要协同设计，这是其面临的一个挑战。

第2章汽车多功能防盗报警器总体方案设计

2.1汽车多功能报警器的设计原理

最基本的汽车报警系统一般由一个或多个传感器和与之相连的警报器组成。

最简单的报警系统就是在驾驶员侧车门上安装开关并接好线路，如果有人开门，警报器就会鸣响。

安装这种汽车报警系统需要一个开关、几根电线和一个警报器。

现在，多数汽车的报警系统要比这复杂得多。

这些报警系统一般包括：

一组传感器，包括开关、压力传感器和运动探测器；可以发出多种声音的警报器；由密钥卡无线控制的无线电接收器；在主电池断开的情况下也可以保证报警系统正常工作的备用电池；计算机控制单元，也是报警系统的“大脑”，可以对周围的情况进行监控并发出警报。

许多先进的报警系统的“大脑”实际上是一台小型电脑。

当传感器察觉到异常情况时，“大脑”就会合上开关，激活报警装置（即喇叭、车前灯或警报器）。

不同的安全系统使用不同的传感器，而且传感器接入控制器的方式也不同。

控制器和报警系统一般与车的主电池相连，通常还配备有备用电源。

如果有人切断主电源（如剪断电池线缆），这个隐藏的备用电源就会介入供电。

电源被切断很可能是有人在盗车，此时控制器将启动并拉响警报。

2.2汽车多功能报警器的设计方案

该多功能汽车报警器，采用AT89S51单片机和各种传感器的组合，构成汽车多功能报警系统。

其系统主要由以下几个部分组成：

遥控电路、传感器信号检测电路，单片机处理电路，声光报警和无线报警电路。

本设计的汽车多功能防盗报警器工作原理：

车辆停放，当报警器处于设防状态时，若警情采集电路采集到警情信号时，AT89S51立即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并同时切断点火系统的电源；车辆行驶中，对汽车各部分各系统工作状况进行自动检测，汽车报警器用各种传感器进行数据采集，传感器采集信息数据被送到AT89S51单片机，AT89S51单片机控制电路根据传感器检测到信息做出判断，当某一系统出现故障时，其传感器检测的相应信号，经放大和模数转换后输入单片机，单片机进行比较判断输出信号，驱动报警电路，实现声光报警，以提醒司机及时处理，避免事故发生。

汽车报警器用来遥控器实现设防与撤防的切换。

2.3汽车多功能防盗报警器的总体框图

汽车多功能防盗报警器由电源电路、传感器检测电路、遥控电路、声光报警器电路、点火系统电源切断电路、无线报警电路和单片机组成。

图2.1为汽车多功能防盗报警器方框图。

图2.1汽车多功能防盗报警器方框图

第3章系统的具体设计与实现

系统的硬件设计包括中央处理单元、电源电路、遥控电路、防盗检测电路、轮胎欠压检测电路、冷却系统温度检测、无线信号发送电路、声光报警和点火系统电源切断电路组成。

系统的总体电路见附录1。

3.1中央处理单元设计

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

本次设计是用89S51单片机为核心实现报警控制，所以我们要先对89S51的各个引脚及其功能有一个全面的认识。

3.1.189S51单片机的引脚功能介绍

如图3.1所示为89S51单片机40引脚双列直插形式，各引脚功能如下：

图3.189S51引脚图

1电源和晶振：

Vcc——运行和程序校验时加+5V。

Vss——接地。

XTAL1——输入到振荡器的反相放大器。

XTAL2——反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。

当用外部振荡器时，XTAL2不用，XTAL1接收振荡器信号。

2控制线，共4根。

（1）输入：

RST——复位输入信号，高电平有效。

在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。

EA/Vpp——片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。

在编程时，其上施加21V的编程电压。

（2）输入，输出：

ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出。

用做片外存储器访问时，低字节地址锁存。

ALE以1/6的振荡频率稳定速率输出，可用做对外输出的时钟或用于定时。

在EPROM编程期间，作输入。

输入编程脉冲。

ALE可以驱动8个LSTTL负载。

（3）输出：

PSEN——片外程序存储器选通信号，低电平有效。

在从片外程序存储器取指期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。

PSEN可以驱动8个LSTTL负载。

3I/O口：

4个口，32根

单片机51系列共有四个8位双向并行I/O通道口，分别是P0、P1、P2、P3，各具有特殊的电路结构，每位均有自己的锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。

这种结构，在数据输出时可锁存，即输出新的数据之前，通道口上原数据一直保持不变，但对输入信息是不锁存的，因此从外部输入的信息必须保持到取数指令执行完为止。

在这四个8位双向并行I/O通道口中，我们应该选择哪一个通道口作为输入信号和输出信号的端口呢？

下面我们先来了解一下四个通道口的结构。

（1）P0口介绍

P0口在访问外部存储器时，P0口既是一个真正的双向数据总线口，又是从分时输出8位地址口。

它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路

（2）P1口介绍

P1口是专门为用户使用的I/O口，是准双向口，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。

在编程校验期间，用做输入低位字节地址。

P1口可以驱动4个LSTTL负载。

（3）P2口介绍

P2口也是双向口。

它是供系统扩展时输出高8位地址。

如果没有系统扩展时，也可以作为用户的I/O口使用。

P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。

外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为216=64k，所以89S51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器

（4）P3口介绍

P3口是个双功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作变异功能用，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。

由于第二功能信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。

P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能寄存器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。

表3.1P3口的第二功能

端口引脚

功能特征

P3.0

串行输入口（RXD）

P3.1

串行输出口（TXD）

P3.2

外中断0（INT0）

P3.3

外中断1（INT1）

P3.4

定时/计数器0的外部输入口（T0）

P3.5

定时/计数器1的外部输入口（T1）

P3.6

外部数据存储器写选通（WR）

P3.7

外部数据存储器读选通（RD）

现在我们已经对四个8位双向并行I/O口有了初步的了解。

根据以上的介绍我们知道只有P1口是标准的I/O口，所以我们选用P0口作为数据端口，P0口可逐位分别定义各口线为输入或输出线。

3.1.289S51单片机的中断系统

本次毕业设计的汽车多功能报警器是利用外部中断触发单片机中断处理程序，以实现防盗报警的功能。

所以，以下内容是对89S51单片机的中断系统的介绍。

1中断：

程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处理内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务的程序后，CPU继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断过程。

2中断源：

能产生中断的外部和内部事件。

89S51有5个中断源：

（1）INT0：

外部中断0请求，低电平有效。

通过P3.2引脚输入。

（2）INT1：

外部中断1请求，低电平有效。

通过P3.3引脚输入。

（3）T0：

定时器/计数器0溢出中断请求。

（4）TI：

定时器/计数器1溢出中断请求。

（5）TXD/RXD：

串行口中断请求。

当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。

每一个中断源都对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。

当这些中断源请求中断时，相应的标志分别有TCON和SCON中的相应位来锁存。

389S51中断系统有以下4个特殊功能寄存器：

（1）定时器控制寄存器TCON（用6位）；

（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；

（3）中断允许寄存器IE；

（4）中断优先级寄存器IP。

其中，TCON和SCON只有一部分用于中断控制。

通过对以上各特殊功能寄存器的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中断控制功能。

4中断的响应过程及中断矢量地址

中断处理过程可分为3个阶段：

中断响应、中断处理和中断返回。

89C51的CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志。

如查询到某个中断标志为1，则将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理。

中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。

表2既是各个中断源对应的中断矢量地址。

由于89S51系列单片机的两个相邻的中断源中断服务程序入口地址相距只有八个单元，一般的中断服务程序是容纳不下的，通常是在相应的中断服务程序入口地址中放一条常跳转指令LJMP，这样就可以转到64KB任何可用区域了。

表3.2中断源及其对应的矢量地址

中断源

中断矢量地址

外部中断0（

）

0003H

定时器/计数器0（T0）

000BH

外部中断1（

）

0013H

定时器/计数器1（T1）

001BH

串行口中断（RI、TI）

0023H

中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令RETI为止。

RETI指令的操作一方面告诉中断系统该中断服务程序已执行完毕，另一方面把原来压入堆栈保护断点地址从栈顶弹出，装入程序寄存器PC，使程序返回到被中断的程序断点处继续执行。

5在编写中断服务程序时应注意：

（1）在中断矢量地址单元处存放一条无条件转移指令（如LJMP××××H），使中断程序可灵活的安排在64KB程序存储器的任何空间。

（2）在中断服务程序中，用户应注意用软件保护现场，以免中断返回后丢失原寄存器、累加器中的信息。

（3）若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，则可先用软件关闭CPU中断或禁止某中断源中断，在中断返回前在开放中断。

3.1.3定时器/计数器

定时器/计数器是单片机中重要部件，其工作方式灵活、编程简单。

89C51单片机片内有两个16位定时器/计数器，即定时器0（T0）定时器1（T1）。

它们都有定时和事件记数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。

两个16位定时