基于EM78P151单片机的车辆智能语音防盗报警器系统设计.docx
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基于EM78P151单片机的车辆智能语音防盗报警器系统设计
摘要
本课题介绍了以EM78P151单片机为中央控制的车辆智能语音防盗报警器系统的设计，详细阐述了它的方案设计、硬件工作原理及软件设计思想。
随着人们生活水平的不断提高，为了提倡城市环保，人们上下班很多人选择了电瓶车，这样即经济也方便快捷，但是对于社会人员的日趋复杂，车辆被盗的情况越来越多，因此市场上也出现了各种车辆防盗报警器。
本文介绍的报警器具有“正常行驶”和“防盗报警”两种工作模式，当工作在正常行驶模式时，能根据车辆的行驶状况鸣笛和左右转向等语音提示；当工作在防盗报警模式时，能在轻微振动的情况下播放高分贝的报警声音。
关键词：
智能防盗报警器EM78P151无线遥控
第一章绪论
1.1现有技术背景
近些年来,随着社会经济的发展以及工业发展的突飞猛进,人民生活水平也有了显著提高,越来越多的电瓶车进入了人们的日常生活，随着科学技术的发展，电瓶车偷盗技术越来越高，令人们防不胜防，电瓶车防盗问题也成了一个不容忽视的问题,开发出更为有效的电瓶车防盗装置，减少车主的损失是今后人们研究的重要课题。
目前高端应用主要有GPS系统（即全球卫星定位系统）、GSM系统（即通讯网络系统）和CAS系统（兼容卫星定位技术,采用、GPRS移动通信及网络传输技术）等。
高端的车辆监控报警系统价格非常昂贵。
本项目设计主要定位在报警器低端的应用，比如汽车、摩托车及电动车等。
1.2研究目的和意义
随着人们生活水平的不断提高，社会人员的日趋复杂，各种车辆的频繁被盗。
因此，各种车辆防盗报警器也就应运而生了。
目前，主流的车辆报警器主要采用单片机作为主控核心，通过一些专用编解码芯片（如：
PT2262/72）来是实现对无线信号的编码、解码,其密码是由器件的地址来决定，每套防盗系统使用一个固定不变的密码。
本项目采用台湾义隆公司生产的EM78P153单片机设计了一种车辆智能语音防盗报警器。
该报警器具有“正常行驶”和“防盗报警”两种工作模式，当工作在正常行驶模式时，能根据车辆的行驶状况鸣笛和左右转向等语音提示；当工作在防盗报警模式时，能在轻微振动的情况下播放高分贝的报警声音。
1.3设计目标及主要技术指标
报警器具有“正常行驶”和“防盗报警”两种工作模式，当工作在正常行驶模式时，能根据车辆的行驶状况鸣笛和左右转向等语音提示；当工作在防盗报警模式时，能在轻微振动的情况下播放高分贝的报警声音。
设计技术指标：
（1）工作电压要求在30～40v电压范围内能正常工作。
（2）静态电流≤10mA。
（3）播放语音分贝值≥100dB。
（4）使用单片机控制以抑制成本与减小体积。
（5）自制一台报警器功能测试仪。
第二章系统方案的设计
2.1方案设计
本设计方案主要由两大子系统构成：
中央控制子系统和遥控子系统。
中央控制子系统包括中央控制器，接收模块，电源电路模块，声响报警模块及各种检测模块电路组成。
设计主要思想：
本设计把车辆分成两种工作状态，即“行驶”和“停止”；报警器设计了两种工作模式“正常行驶”和“防盗报警”与之对应。
当工作在正常行驶模式时，报警器能根据车辆的行驶状况鸣笛和左右转向等语音提示；当工作在防盗报警模式时，报警器通过振动检测模块电路检测到轻微振动的信息，并把该信息送给单片机，单片机立即控制声响电路播放高分贝的报警声音，进行警情提示；如果是车辆的主人开锁引起的振动，单片机会通过车锁检测模块得到该信息，并在主人开锁成功后停止声音报警。
本课题介绍了以EM78P153单片机为中央控制的车辆智能语音防盗报警器系统的设计，详细阐述了它的方案设计、硬件工作原理及软件设计思想。
2.2系统方案框图
2.2.1中央控制子系统
中央控制子系统，是以EM78P153单片机为核心，并由喇叭检测模块、车锁检测模块、振动电路、电源电路、转向检测与控制电路、接收模块和声响电路等电路组成。
喇叭检测模块：
喇叭检测模块的电路采用电阻分压的方式生检测信号，但是在电阻阻值的选取上充分考虑了防水的功能，在雨天的时候，喇叭开关很容易进水，产生误动作，通过把水中的电阻考虑进来，设计电路，从而起到了防水的目的。
车锁检测模块：
车锁检测模块的电路也采用电阻分压的方式生检测信号，然后把检测的信号送给单片机去控制车辆的行驶状态，即“正常行驶”或“防盗报警”两种工作状态。
振动检测：
振动传感器来产生振动信号，然后把产生的信号加到单片机的中断引脚，产生中断，进行中断处理。
接收模块：
无线信号的接收电路，首先由天线接收到发射模块发射的315MHz的信号，通过解调电路把信号解调出来，送给报警主机AT89S51的P0.4引脚，通过软件方式进行解码。
图7
电源电路：
电源电路主要包括四个部分，电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路构成。
2.2.2遥控子系统
遥控子系统，是以EM78P153单片机为核心，并由电源电路、发射模块电路等电路组成。
发射模块：
无线信号的发射电路，采用AT89C2051单片机作为微控制器，当无线探测器探测到盗情或者火灾信号时，把警情信号送给单片机的中断引脚，产生中断信号，单片机响应中断后，把相应探测点的编码信号（防盗探测器编码为01H，防火探测器编码为02H）通过调制电路，调制后通过天线发射出去。
第三章系统硬件电路的设计
3.1中央处理器的比较与选择
常用的微处理器有ARM、MCU和DSP等。
经过综合考虑，我们选择了价格便宜、性能可靠、能够满足本设计要求的义隆单片机，以提高整个系统的性价比。
EM78系列新一代8位单片机的主要特色：
1、具更低廉成本的OTP型或MASK型，直接可替代PIC16CXX，管脚全兼容，软件可转换，对应关系：
EM78P153-PIC12C508,EM78P156－PIC16C54/56，EM78P447－PIC12C55/57。
2、11~35个双向I/O口（10mA输入输出，具可编程的上拉、下拉电阻），具有TCC定时中断，外部中断，I/O口变化中断唤醒SLEEP。
3、具自跑式看门狗，低电压检测复位电路，程序保密位。
4、EM78P153内含RC振荡，免外接振荡器，体积更小，成本更低。
5、更快的指令周期：
RC（最高8MHZ），XT（陶瓷或晶体，0~36MHZ）振荡编程选择13位字长单字节单周期指令，0.1us/20MHZ。
6、更低功耗：
32KHZ/3V：
15uA，SLEEP：
1uA。
7、EM78P458/459具20/24个I/O口，8-bitA/D转换，一个比较器，二个PWM输出。
8、EM78P468具有28个I/O口，PWMIRLCD4*32点阵。
在本设计中我们选用了EM78P153芯片。
2、EM78P153单片机引脚如图3-1所示，其引脚功能见表3-1。
表3-1管脚说明
符号
引脚号
I/O类型
功能描述
Vdd
4
-
电源提供.
P65/OSCI
5
I/O
通用I/O引脚
外部时钟输入
XT振荡器输入引脚
上拉/下拉
引脚变化将单片机从睡眠中唤醒
P64/OSCO
6
I/O
同引脚5（P65/OSCI）
P63/RESET
7
I
置RESET为低电平复位
编程电压输入端
正常工作方式电压不得高于VDD
置为RESET时有上拉
引脚变化将单片机从睡眠中唤醒
P62/TCC
8
I/O
通用I/O引脚
上拉/下拉/漏极开路
外部时钟/计数器输入引脚
引脚变化将单片机从睡眠中唤醒
P61
9
I/O
通用I/O引脚
上拉/下拉/漏极开路
引脚变化将单片机从睡眠中唤醒
P60/INT
10
I/O
通用I/O引脚
上拉/下拉/漏极开路
编程模式下斯密特触发输入出
下降沿触发的外部中断输入引脚
P66/P67
2,3
I/O
通用I/O引脚
上拉/漏极开路
引脚变化将单片机从睡眠中唤醒
P50-P52
1,14~13
I/O
通用I/O引脚，下拉
P53
12
I/O
通用I/O引脚
Vss
11
-
电源（地）
3.2部分模块电路及原理
3.2.1主机工作状态遥控设置模块
这一部分包括遥控信号的发射模块，采用软件方式进行编解码，指示灯用来指示按键是否工作了，遥控器上的发射模块电源部分采用省电模式设计方法，用一个稳压管和一个二极管串联产生5V电压，静态工作电流很小，通过实践检验发现非常省电，本部分共用单片机的6个I/O口。
3.2.2振动信号的产生与检测
此部分只采用了振动传感器来产生振动信号，然后把产生的信号加到单片机的中断引脚，产生中断，进行中断处理。
本部分采用了一个外中断口P61。
3.2.3喇叭检测模块与车锁检测模块
喇叭检测模块的电路采用电阻分压的方式生检测信号，但是在电阻阻值的选取上充分考虑了防水的功能，在雨天的时候，喇叭开关很容易进水，产生误动作，通过把水中的电阻考虑进来，设计电路，从而起到了防水的目的，本部分使用了1个I/O口。
车锁检测模块的电路也采用电阻分压的方式生检测信号，然后把检测的信号送给单片机去控制车辆的行驶状态，即“正常行驶”或“防盗报警”两种工作状态，本部分使用了1个I/O口。
图3-4喇叭与车锁检测电路
3.2.4喇叭驱动电路
图3-5喇叭驱动电路
3.2.5转向检测与控制模块
本部分电路通过检测转向开关上的信号，在单片机的P65/OSCI脚把检测信号送给单片机，然后单片机通过控制P66使左右转向灯亮，同时喇叭也鸣笛。
本部分使用了单片机的两个I/O口。
图3-6转向检测电路
3.2.6电源电路
电源电路主要包括四个部分，电源变压器，整流电路，滤波电路，稳压电路构成。
现在需要产生±5V电压我们可以用78XX与79XX系列集成稳压器获得，78XX系列集成稳压器的典型应用电路如下图3-7所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。
IC采用集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。
当输出电较大时，7805应配上散热板。
79XX系列集成压器是常用的固定负输出电压的三端集成稳压器，除输入电压和输出电压均为负值外，其他参数和特点与78XX系列集成稳压器相同。
79XX系列集成稳压的三个引脚为：
1脚为接地端，2脚为输入端，3脚为输出端。
79XX系列集成稳压器的应用电路也很简单。
下图3-8所示为输出-5V直流电压的稳压电源电路，IC采用集成稳压器7905，输出电流较大时应配上散热板。
图3-879XX系列集成稳压器的应用电路
同时运用78XX和79XX稳压器，可以组成正、负对称输出的稳压电路。
7806管脚如图3-9
因此我们同时运用7806和7906稳压器，便可得到±6V电压。
电源变压器采用双12V变压器，整流采用二极管构成的桥式整流电路，滤波电路采用电容滤波，稳压电路采用集成稳压块稳压LM7806LM7906输出+5V。
图3-10电源电路
3.2.7遥控电路
图3-11遥控电路
第四章软件设计
4.1无线信号发射与接收模块的设计
前面介绍的无线类传感器的输出量均为开关量，为将这些报警开关信息传送到报警主机微处理器，各无线探测器中都包含无线发射模块，主机报警器内含有无线接收主模块，这样当各种灾情参数达到报警阀值时，输出的开关量信号经无线发射模块发送给主机接收模块实现报警。
然而目前常用的无线信号的发送和接收是采用专用编解码芯片实现的，并且要求一对芯片的地址必须完全一致，因此一个遥控芯片控制多个解码芯片时，需要与地址端连接的多个开关同时辅助动作，以改变地址，使之与解码芯片的地址完全一致，才能实现信号的发送和接收，本课题无线信号的发送和接收采用软件实现编解码的功能，即用单片机取代编解码芯片，就可以使多个开关动作改变输出波形的功能由软件实现，同时在空闲时让单片机工作在掉电模式，这样不但操作简便而且节省了能源。
本设计采用了廉价的单片机AT89C2051代替专用的编解码芯片PT2262/2272来实现编解码功能的，用软件模拟了遥控编解码功能。
4.1.1无线信号发射电路的设计
A．无线信号发射的硬件电路
无线信号的发射电路，采用AT89C2051单片机作为微控制器，当无线探测器探测到盗情或者火灾信号时，把警情信号送给单片机的中断引脚，产生中断信号，单片机响应中断后，把相应探测点的编码信号（防盗探测器编码为01H，防火探测器编码为02H）通过调制电路，调制后通过天线发射出去。
图4-1无线信号发射电路
B．编码信号的软件实现
采用软件实现编码的方法主要是模仿PT2262专用编码芯片的位脉冲波形，实现信号的编码，PT2262的位脉冲波形如图4-2：
图4-2PT2262的位波形图
利用单片机通过编程序的方法近似产生如上图所示的波形图，脉冲宽度采用软件延时的方法来实现，在程序中可以编几段延时子程序调用即可。
4.1.2无线信号接收电路的设计
A．无线信号接收的硬件电路
图4-3无线信号接收电路
无线信号的接收电路，首先由天线接收到发射模块发射的315MHz的信号，通过解调电路把信号解调出来，送给报警主机AT89S51的P0.4引脚，通过软件方式进行解码。
B．解码的软件实现
（1）位编码信号的检测方法
信号的解码采用ATMEL公司的AT89S51单片机，利用“定时/计数器T0”
进行脉冲宽度的计时，并判断该脉宽的高字节是否相同，相同则为PT2262的0或者1位，（本设计只考虑了“0”和“1”状态，）AT89S51对0或1位编码必须进行12次判断，如果正确，则此次接收的编码信号就是本系统的信号之一。
（2）SYNC同步信号的检测方法
PT2262的同步信号的位脉冲的低电平长达124个机器周期，因此只需判断其脉宽时间是否大于8倍的“0”或“1”的脉宽。
（3）解码信号的处理
将12位解码数据中的高8位与E2PROM中地址码表的地址数据进行比较，如果相同，则报警主机通过DTMF进行报警。
4.2软件编解码
4.2.1概述
本次设计采用的是PT2262/2272编码芯片。
PT2262/2272是一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，是目前在无
线通讯电路中作地址编码识别最常用的芯片之一。
PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）
三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可
有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出。
PT2262/2272必须用相同地址码配对使用，当需要增加一个通讯机时，用户不得不
求助于技术人员或厂家来设置相同地址码，客户自己设置相对比较麻烦，尤其对不懂电
子的人来说。
随着人们对操作的要求越来越高，PT2262/2272的这种配对使用严重制约着
使用的方便性，人们不断地要求使用一种无须请教专业人士，无须使用特殊工具，任何
人都可以操作的方便的手段来弥补PT2262/2272的缺陷，这就是PT2262软件解码。
4.2.2解码原理
PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
PT2262/2272特点：
CMOS工艺制造，低功耗，外部元器件少，RC振荡电阻，工作电压范围宽：
2.6～15v，数据最多可达6位，地址码最多可达531441种。
应用范围：
车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控。
图4-4PT2262外形图
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）
图4-5PT2262测试应用图
4.2.3PT2262/2272芯片的地址编码设定和修改
在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1～8脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：
悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端PT2262和接收端PT2272的地址编码完全相同，才能配对使用，遥控模块的生产厂家为了便于生产管理，出厂时遥控模块的PT2262和PT2272的八位地址编码端全部悬空，这样用户可以很方便选择各种编码状态，用户如果想改变地址编码，只要将PT2262和PT2272的1～8脚设置相同即可，例如将发射机的PT2262的第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空，那么接收机的PT2272只要也第1脚接地第5脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。
当两者地址编码完全一致时，接收机对应的D1～D4端输出约4V互锁高电平控制信号，同时VT端也输出解码有效高电平信号。
用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三
2262IR是2262系列用于红外遥控的专用芯片，可以按照下面的图纸进行接线，可以通过调整发射端Rosc电阻的大小使接收距离最远，发射端电阻的调整范围390～420K。
图4-6红外遥控应用图
图4-7红外遥控接线图
4.3主要程序流程
图4-8程序流程图
第五章系统调试
5.1系统调试
5.1.1测量所需主要仪器
自制报警器功能测试仪
5.1.2测试效果
把报警器功能测试仪的电源接通，把车锁开关打到“正常行驶”状态，按住喇叭开关，喇叭就会发出一定频率的响声，把转向开关分别打到左侧和右侧，分别表示左拐弯，右拐弯，左右转向灯闪烁，同时喇叭也会发出响声。
当把车锁开关打到“防盗报警”状态，可以通过按测试仪上的喇叭按钮开关，使报警器处于预警状态，如果周围环境有轻微的振动，喇叭就会发出不同频率的报警声音。
这时可以通过车锁开关解除报警；当把车锁开关打到“防盗报警”状态时，还可以通过遥控器上的预警按键，使报警器处于预警状态，如果周围环境有轻微的振动，喇叭同样会发出不同频率的报警声音，这时也可以通过遥控器上的报警解除按键，中断报警响声，遥控器上还设置了寻车的功能，通过按寻车按键，转向灯会闪烁，同时喇叭也会发出响声，使主人很容易就能找到自己的车子。
5.1.3系统功能实现情况
完成了整个系统设计的基本和发挥部分的各项性能指标如下：
还增添了几个新功能：
增加了“无线遥控”的功能；增加了“寻车”功能；开关“防水”的功能；喇叭保护功能。
5.2设计创新点
1、增加了“无线遥控”的功能；
2、运用了全新的“软件编解码技术”对无线信号编解码，替代了专用的编解码芯片，节约了硬件电路的设计成本；
3、增加了“寻车”功能；
4、考虑到雨天行驶，我们通过对部分电路的改进，可以实现喇叭和转向开关“防水”的功能。
5、具有喇叭保护功能。
第六章总结与展望
6.1设计总结
系统使用的高性价比的义隆单片机EM78P153作为主控制器，并采用了全新的软件编程实现软件编解码技术，替代了通常专用编解码芯片，使得本系统设计具有很高的灵敏度、高性价比及高稳定度。
MCU能很好的实现对整个系统的实时控制。
在实际设计的过程当中会遇到问题，经过努力，最终使得每个难题都能够各个击破。
经过实验证明我们的车辆智能防盗报警器具有很强的稳定性，能够完成本课题的基本要求，并充分进行新功能的开发，增添了“无线遥控”的功能；增加了“寻车”功能；开关“防水”的功能，喇叭保护功能。
高性价比带来的直接效果，使得本设计产品化，可以进一步推广。
在这次毕业设计的制作中，发现了很多问题，虽问题最终都一一解决，但还是感觉到自己的所学是远远不够的，还需严格要求自己，在以后的工作中，要不断学习，把学习放在第一位，不断提高自己。
6.2设计展望
随着人们生活水平的不断提高，社会人员的日趋复杂，各种车辆的频繁被盗。
目前市场上有很多车辆防盗报警器，既有简单的,又有复杂的，有的利用无线寻呼系统,有的利用公用有线和无线通信系统,有的建立专门的无线电发射接收系统,既有高端应用也有低端应用。
目前高端应用主要有GPS系统（即全球卫星定位系统）、GSM系统（即通讯网络系统）和CAS系统（兼容卫星定位技术,采用、GPRS移动通信及网络传输技术）等。
高端的车辆监控报警系统价格非常昂贵。
本项目设计主要定位在报警器低端的应用，比如汽车、摩托车及电动车等。
目前，主流的车辆报警器主要采用单片机作为主控核心，通过一些专用编解码芯片（如：
PT2262/72）来是实现对无线信号的编码、解码,其密码是由器件的地址来决定，每套防盗系统使用一个固定不变的密码。
本项目采用的台湾义隆公司生产的EM78P153单片机所设计的车辆智能语音防盗报警器，成本低，性能好，具有很高的性价比，可以广泛生产与应用。
致谢
在论文完成之际，我首先向关心、帮助和指导我的指导老师王海燕，表示衷心的感谢并致以崇高的敬意！
在论文工作中，遇到了很多的困难与不解，一直得到王老师的亲切关怀和悉心指导，使我逐步明白并熟悉掌握了知识要点和论文写作的方式，从而顺利地完成了论文。
王老师以其渊博的学识、严谨的治学态度、求实的工作作风和她敏捷的思维给我留下了深刻的印象，尤其是她对学生的责任感与关怀，将使我终生难忘。
对于王老师对我们的帮助，我再一次向她表示衷心的感谢，感谢她为学生营造的浓郁学术氛围，以及学习、生活上的无私帮助!
值此论文完成之际，谨向王老师致以我最崇高的谢意!
在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对
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