電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)概要

1、1 緒論1.1 電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器研究背景 隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，電動(dòng)自行車已經(jīng)進(jìn)入人們 的生活，并進(jìn)一步改善了人們的出行方便。電動(dòng)自行車以電為能源，無(wú)廢氣排 放，噪音小，不污染環(huán)境，且騎行省力，經(jīng)濟(jì)適用，通用性廣，上牌手續(xù)方便， 政府也大力支持。目前摩托車，燃油助力車因污染環(huán)境而受到限制。國(guó)家出臺(tái)燃 油含稅政策，又給電動(dòng)自行車帶來(lái)了福音，因此電動(dòng)自行車成為工薪階層的最佳 選擇，也受到越來(lái)越多人青睞。然而就在電動(dòng)自行車進(jìn)入千家萬(wàn)戶的同時(shí)，其失 盜率也連連攀升，給使用者帶來(lái)了很大的經(jīng)濟(jì)損失，為解決廣大電動(dòng)自行車使用 者的后顧之憂，現(xiàn)設(shè)計(jì)一套基于單片機(jī)的關(guān)于電動(dòng)自行車用

2、無(wú)線防盜報(bào)警器的方 案，給廣大使用者裝上一把 “安心鎖 ”。1.2 電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器的研究現(xiàn)狀 為了充分掌握電動(dòng)車市場(chǎng)防盜報(bào)警類產(chǎn)品的現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)，我深入開展了市場(chǎng) 調(diào)研和文獻(xiàn)搜索，從商家提供的電動(dòng)車年銷量和報(bào)警器（包括報(bào)警鎖）年銷量數(shù) 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在購(gòu)買電動(dòng)車的用戶同時(shí)配備防盜報(bào)警裝置的約占98。目前市場(chǎng)上出售的電動(dòng)車防盜報(bào)警裝置大致有如下幾類：（1）防盜報(bào)警鎖，將報(bào)警器與車鎖集成，只要內(nèi)部振動(dòng)傳感器感知到車身振 動(dòng)，就會(huì)立即觸發(fā)啟動(dòng)鎖上報(bào)警喇叭報(bào)警。這種防盜報(bào)警鎖使用比較方便，售價(jià) 也能為大家接受，一般在 50 元左右，如杰達(dá) KL02 、新奇特 FB8224。但是用 戶反映使用

3、這種防盜報(bào)警鎖，發(fā)生誤報(bào)的頻率較高，而且發(fā)現(xiàn)是誤報(bào)還得不到解 除，同時(shí)在鎖緊狀態(tài)下無(wú)法人為撤防，造成不必要的干擾。（2）普通防盜報(bào)警器，與防盜報(bào)警鎖相比，這類報(bào)警裝置體積較小，可獨(dú)立安 裝在電動(dòng)車上較為隱蔽的地方，不易被發(fā)現(xiàn)而拆卸。其布防、撤防都是通過(guò)報(bào)警 器外殼上的同一開關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)，探測(cè)警情信號(hào)的也是各種類型的振動(dòng)傳感器，電 源一般使用兩節(jié) 7 號(hào)電池，性能比較穩(wěn)定，價(jià)格在 60元左右。但是一旦將其安 裝在車身較為隱蔽的地方，如車身底部等，那么車主啟動(dòng)布防和撤防時(shí)要按開關(guān) 就很困難，不易操作；如果安裝在方便車主啟動(dòng)開關(guān)的地方，此報(bào)警器又很容易 被盜賊發(fā)現(xiàn)而將其拆卸。（3）遙控防盜報(bào)警器，由車

4、載主機(jī)和手持遙控發(fā)射器組成，報(bào)警喇叭多是只安 裝在車載主機(jī)上，遙控器的作用主要是設(shè)防、撤防和啟動(dòng)報(bào)警功能，相當(dāng)于主機(jī) 的一個(gè)無(wú)線遙控電源開關(guān)，如新奇特 E-12，龍銳 lr-007。這類報(bào)警器是現(xiàn)在電動(dòng) 車市場(chǎng)上的主流防盜產(chǎn)品，一般靈敏度較高，性能穩(wěn)定，報(bào)警聲響可達(dá)100 分貝以上，基本可以滿足一般電動(dòng)車用戶的需要，市場(chǎng)價(jià)格在 80 元左右。漏報(bào)率和 故障率都較低，但是誤報(bào)率很高，報(bào)警噪音擾民現(xiàn)象嚴(yán)重。（4）無(wú)線智能數(shù)字報(bào)警器，如榮高 VA-2 型、旭飛報(bào)警器。這類防盜報(bào)警器一般 采用微電腦技術(shù)，智能化程度較高，除了能遙控設(shè)防撤防、強(qiáng)警尋車外，還具有 遙控熄火、自動(dòng)延時(shí)設(shè)防和智能記憶等功能。這

5、類產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理、性能優(yōu)越，但 是作為電動(dòng)車的附屬配件，它們的價(jià)格相對(duì)較高，一般要超過(guò)150 元，普通用戶不能接受，因而在電動(dòng)車市場(chǎng)也就得不到推廣。電動(dòng)自行車之所以能走進(jìn)千家萬(wàn)戶，為廣大消費(fèi)者所青睞，一個(gè)很重要的原因就 是其價(jià)格相對(duì)于摩托車和汽車要低得多，能被一般收入的人們所接受。因此，開 發(fā)一種高性能、低價(jià)位的電動(dòng)車專用防盜報(bào)警器是適合市場(chǎng)需要的，也是目前電 動(dòng)車用戶這個(gè)消費(fèi)群體給我們提出的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。1.3 電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器的研究要求 電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器的的研究要求就是體積小，能安裝在比較隱蔽的地方，不 易被盜車賊發(fā)現(xiàn)拆卸，而車主又能操作方便；靈敏度較高，性能穩(wěn)定，漏報(bào)率、 誤報(bào)率和

6、故障率都應(yīng)比較低，報(bào)警聲應(yīng)適中，能在有效范圍內(nèi)提醒車主或路人， 達(dá)到震懾盜車賊的目的即可，以免報(bào)警聲音太大，噪音擾民；價(jià)格適中能讓普通 消費(fèi)者所接受。1.4 電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器的研究意義 現(xiàn)在市場(chǎng)上有各式各樣的電動(dòng)車防盜報(bào)警裝置出售，一些高檔的智能報(bào)警器由于 價(jià)格過(guò)高，用戶不愿意為售價(jià)僅兩三千的電動(dòng)車去配置，而得不到推廣；另外， 也有價(jià)格適中、質(zhì)量可靠的防盜報(bào)警器出售，但是此類報(bào)警器的報(bào)警喇叭一般都 只是安裝在電動(dòng)車身上，而完成警情傳遞任務(wù)的主要部件都是振動(dòng)傳感器，其靈 敏度較高，致使一些外界環(huán)境因素，如刮風(fēng)打雷，兒童嬉鬧等，都有可能使其動(dòng) 作，并觸發(fā)報(bào)警器報(bào)警，這種由于誤報(bào)警帶來(lái)的噪音污染

7、常常造成不必要的擾 民。種種原因使得大部分電動(dòng)車用戶并沒(méi)有為他們的車去配備防盜報(bào)警裝置，導(dǎo)致一 些不法分子有機(jī)可乘，電動(dòng)車被盜現(xiàn)象日益嚴(yán)重， “電動(dòng)自行車保險(xiǎn) ”也因出險(xiǎn)率 太高而銷聲匿跡。報(bào)警裝置作為電動(dòng)車的一個(gè)重要附屬配件，其防盜守護(hù)的重要 作用眾所周知。由此，一種低價(jià)位、高品質(zhì)，適合于普通用戶的防盜報(bào)警器將是 電動(dòng)自行車市場(chǎng)翹首以盼的。著眼于解決上述問(wèn)題，我們展開了一系列調(diào)查研究、開發(fā)創(chuàng)新工作，希望我們的 努力可以在報(bào)警器成本與性能之間找到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)，為電動(dòng)車增加一道理想 的安全防線，解除用戶的后顧之憂。2 總體方案設(shè)計(jì) 電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器的總體方案設(shè)計(jì)是根據(jù)其功能和設(shè)計(jì)要求，從全

8、局的角 度，以系統(tǒng)的觀點(diǎn)而進(jìn)行整體方面的設(shè)計(jì)，主要包括無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)，信號(hào)觸發(fā)模塊 設(shè)計(jì)和報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì)等內(nèi)容。2.1 框架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要依據(jù)下列框架結(jié)構(gòu) （如圖 2-1）進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中單片機(jī)作為控制單元模塊，彈簧開關(guān)作信號(hào)觸發(fā)模塊，采用遠(yuǎn)距離無(wú)線收發(fā) 裝置作無(wú)線收發(fā)模塊，揚(yáng)聲器（或蜂鳴器）作報(bào)警電路模塊。當(dāng)單片機(jī)收到無(wú)線 收發(fā)模塊發(fā)出的預(yù)警信號(hào)后，進(jìn)入預(yù)警狀態(tài)，并讓彈簧開關(guān)在收到外界振動(dòng)影響 后，接通電路使報(bào)警器報(bào)警，以此來(lái)威懾犯罪分子，達(dá)到保護(hù)電動(dòng)自行車的目 的。2.2 各功能模塊方案設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)各功能模塊主要包括無(wú)線收發(fā)模塊，信號(hào)觸發(fā)模塊和報(bào)警電路模塊等，下 面將分模塊討論各

9、個(gè)模塊擬采用方案和最終方案的確定。2.2.1 無(wú)線收發(fā)模塊2.2.1.1 HF-15/HJ-15 紅外收發(fā)組件普通紅外遙控器作用距離一般為 10m左右，且方向性很強(qiáng)。而由 HF-15/HJ-15 構(gòu) 成的紅外遙控發(fā)射 /接收電路（見圖 2-2）作用距離可達(dá) 25m，其對(duì)射夾角大于 15，且外接電路簡(jiǎn)單，安裝方便。HF-15 為紅外遙控發(fā)射組件，其工作電壓 412V，典型值 9V；工作頻率 32 50kHz 可調(diào)，由第 1、2 腳之間所接的電位器來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)射電路的載波頻率，一般選 40kHz。HJ-15內(nèi)部設(shè)有前置放大電路、整形電路和濾波電路，放大器放大倍數(shù)可達(dá)2.5 萬(wàn)倍。如果需要加大遙控距離，

10、可在紅外發(fā)射或接收管的前面加只帶凸鏡聚光片的 聚光筒，但此時(shí)應(yīng)注意調(diào)整好焦距，否則無(wú)效果。圖 2-2 HF-15/HJ-15 紅外收發(fā)應(yīng)用電路圖 當(dāng)紅外遙控發(fā)射電路的 SK開關(guān)閉合時(shí)，通過(guò) HF-15裝置的 5、6腳將 HF-15裝置 啟動(dòng)，再經(jīng) HF-15 裝置的 1、2腳之間所接的電位器調(diào)節(jié)發(fā)射電路的載波頻率， 載波頻率的大小直接影響傳輸距離。電位器調(diào)節(jié)的數(shù)值越大發(fā)射電路的載波頻率 就越小，其傳輸距離也就越短；電位器調(diào)節(jié)的數(shù)值越小發(fā)射電路的載波頻率就越 大，其傳輸距離就越長(zhǎng)，因?yàn)轭l率低衰減小，頻率高衰減大。當(dāng)載波頻率確定后 HF-15 裝置的 3、4 腳所接的型號(hào)為 PH303的發(fā)光二極管

11、，將給紅外遙控接收電 路型號(hào)為 PH303的二極管一個(gè)脈沖， HJ-15 通過(guò)內(nèi)部的前置放大電路、整形電路 和濾波電路對(duì)接收到的脈沖信號(hào)進(jìn)行分析，當(dāng)是其識(shí)別的波形時(shí)就啟動(dòng)該電路， 完成紅外收發(fā)的工作。HF-15/HJ-15 紅外收發(fā)裝置的傳輸距離和安全性的確可以滿足本設(shè)計(jì)的需要，但 是其體積比較大，價(jià)格也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了市場(chǎng)上現(xiàn)在所出售的整套電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào) 警器的價(jià)格，從產(chǎn)品的性價(jià)比考慮，不予采納。2.2.1.2 LR-T15CTM4-S 紅外接收遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)模塊LR-T15CTM4-S 系列是紅外遙控接收模塊。該模塊的最大優(yōu)點(diǎn)就是即使在很弱的 光源下也能可靠運(yùn)行、并保護(hù)、防止受到其他輸出脈沖的干

12、擾。LR-T15CTM4-S 系列所需的供電電壓在 2.4V6.5V 之間，與本設(shè)計(jì)所構(gòu)想的 5V 供電電壓很吻合；而其低電流消耗是 HF-15/HJ-15 紅外收發(fā)組件不可比擬的；其 輸出信號(hào)為 4.5V高電壓正好能被本設(shè)計(jì)中采用的 AT89C51 單片機(jī)所識(shí)別。 LR-T15CTM4-S 系列與無(wú)線發(fā)送裝置的有效作用距離為 28 米，相對(duì) HF-15/HJ-15 紅外收發(fā)組件有了相當(dāng)大的改觀，其最大優(yōu)點(diǎn)就是即使在很弱的光源下也能可靠 運(yùn)行、并能有效防止受到其他輸出脈沖的干擾。本設(shè)計(jì)就是想找到這樣的紅外無(wú)線收發(fā)模塊：體積小、重量輕， 5V 供電電壓， 4.5V 高電平輸出，低電流消耗；作用距

13、離長(zhǎng)，能適用惡劣環(huán)境，而不至于受到其 他輸出脈沖的干擾。因此欲采用 LR-T15CTM4-S 紅外接收遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)模塊為本 設(shè)計(jì)的無(wú)線收發(fā)模塊。該模塊將在第 3 章中詳細(xì)介紹。2.2.2信號(hào)觸發(fā)模塊2.2.2.1水銀開關(guān)水銀開關(guān)（見圖 2-3），又稱傾側(cè)開關(guān)，是電路開關(guān)的一種，用一個(gè)接著電極的 小巧容器儲(chǔ)存著一小滴水銀，容器中多數(shù)注入惰性氣體或?yàn)檎婵?。因?yàn)橹亓Φ年P(guān) 系，水銀水珠會(huì)隨容器中較低的地方流去，如果同時(shí)接觸到兩個(gè)電極的話，開關(guān) 便會(huì)將電路閉合，開啟開關(guān)。圖 2-3 水銀開關(guān) 容器的形狀亦會(huì)影響水銀水珠接觸電極的條件，例如郵包炸彈使用的會(huì)是倒V 字型的，令收件人在不知情的情況下傾側(cè)郵包，

14、閉合電路、制動(dòng)爆炸，但送件人 （或郵包攜帶者）則不會(huì)。水銀開關(guān)的原理很簡(jiǎn)單，在普通固定電路中均可用于信號(hào)觸發(fā)，但在本設(shè)計(jì)中， 電動(dòng)車無(wú)線防盜報(bào)警器不可能完全保持水平狀態(tài)；并且水銀對(duì)人體及環(huán)境均有毒 害，不適合在本設(shè)計(jì)中采用。2.2.2.2振動(dòng)傳感器 振動(dòng)傳感器在測(cè)試技術(shù)中是關(guān)鍵部件之一，它的作用主要是將機(jī)械量接收下來(lái)， 并轉(zhuǎn)換為與之成比例的電量。由于它也是一種機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置。所以我們有時(shí)也稱 它為換能器、拾振器等。振動(dòng)傳感器目前廣泛應(yīng)用的報(bào)警檢測(cè)傳感器，它內(nèi)部用 壓電陶瓷片加彈簧重錘結(jié)構(gòu)檢測(cè)振動(dòng)信號(hào)，并通過(guò) LM358 等運(yùn)放器放大并輸出 控制信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)到振動(dòng)大于一定幅度時(shí)，動(dòng)作指示燈點(diǎn)亮，并

15、發(fā)出報(bào)警，振動(dòng) 檢測(cè)的靈敏度可以通過(guò)靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)，順時(shí)針靈敏度增加，逆時(shí)針靈敏度 降低。振動(dòng)傳感器并不是直接將原始要測(cè)的機(jī)械量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?，而是將原始要測(cè)的機(jī)械 量作為振動(dòng)傳感器的輸入量 Mi ，然后由機(jī)械接收部分加以接收，形成另一個(gè)適 合于變換的機(jī)械量 Mt，最后由機(jī)電變換部分再將 Mt 變換為電量 E，如圖 2-4 所 示。因此一個(gè)傳感器的工作性能是由機(jī)械接收部分和機(jī)電變換部分的工作性能來(lái) 決定的。振動(dòng)傳感器具有成本低、靈敏度高、工作穩(wěn)定可靠，振動(dòng)檢測(cè)可調(diào)節(jié)范 圍大的優(yōu)點(diǎn)，器件的內(nèi)部均含有專用的控制芯片 ,應(yīng)用非常方便 ,可直接帶動(dòng)小功率負(fù)載 ,用一只三極管進(jìn)行電流放大后 ,即可驅(qū)動(dòng)繼

16、電器或報(bào)警被大量應(yīng)用到汽 車、摩托車、電動(dòng)車的防盜系統(tǒng)上，目前 80的車輛報(bào)警器都用這類傳感器。 找不到振動(dòng)傳感器的銷售，給本設(shè)計(jì)的實(shí)物制作造成了困難。因此將在第4 章音樂(lè)集成電路報(bào)警模塊設(shè)計(jì)中對(duì)信號(hào)觸發(fā)模塊的設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。2.2.3報(bào)警電路模塊2.2.3.1蜂鳴器 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算 機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機(jī)、定時(shí)器等電 子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種，在電 路中用字母 “H”或 “HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用 “FM”、“LB”、“JD等”）表示。（1）壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組 成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電 路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ 1.515V 直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 1.52.5kHz的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂