基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)汽車報(bào)警電路的設(shè)計(jì)論文_學(xué)位論文

1、基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)汽車報(bào)警電路的設(shè)計(jì)摘要 人們安全意識的提高，汽車報(bào)警系統(tǒng)發(fā)揮的作用越來越重要，本課題設(shè)計(jì)了由單片機(jī) AT89S52 乍為中央控制單元的汽車報(bào)警系統(tǒng)， 包括 GSM 網(wǎng)絡(luò)汽車防盜報(bào)警、汽車倒車防撞 報(bào)警、酒后駕車報(bào)警和汽車超速報(bào)警。介紹了各報(bào)警系統(tǒng)的工作原理， 以及它們的各個功能。 結(jié)果表明，該設(shè)計(jì)能最大限度的避免人身財(cái)產(chǎn)損失。關(guān)鍵詞單片機(jī) AT89S52 GSM 網(wǎng)絡(luò)，報(bào)警系統(tǒng)1 引言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)和汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，本課題針對汽車運(yùn)行的安全性，設(shè)計(jì)了由單片機(jī)作為中央控制單元的汽車報(bào)警系統(tǒng)，主要涉及 GSM 網(wǎng)絡(luò)汽車防盜報(bào)警、 汽車倒車防撞報(bào)警、酒后駕車報(bào)警和汽車超速報(bào)警等功

2、能。該設(shè)計(jì)將單片機(jī)的實(shí)時(shí)控制及數(shù)據(jù)處理功能與傳感器的 A/D 轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，充分地利用了 AT89S52 的內(nèi)部資源，使報(bào)警系統(tǒng)工作于最佳狀 態(tài)，從而提高系統(tǒng)的綜合反映靈敏度，使報(bào)警系統(tǒng)及時(shí)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)汽車多種功能的報(bào)警控制，最大限度的保護(hù)消費(fèi)者的利益。所設(shè)計(jì)的報(bào)警系統(tǒng)對出現(xiàn)的危急情況，能及時(shí)進(jìn)行聲、光、 網(wǎng)絡(luò)報(bào)警及相應(yīng)的顯示，提醒車主或駕駛員盡快地采取相應(yīng)的措施，有效的保護(hù)自身和他人的利益和安全，盡可能地降低事故發(fā)生率。2.設(shè)計(jì)方案汽車報(bào)警電路的基本組成模塊包括：傳感模塊、控制模塊、報(bào)警模塊、無線通信模塊。 本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總架構(gòu)如圖所示。圖 1 系統(tǒng)總架構(gòu)本設(shè)計(jì)的基本思路和原理為：傳感器進(jìn)行數(shù)

3、據(jù)檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)送到放大轉(zhuǎn)換電路或模數(shù)轉(zhuǎn)換電路， 經(jīng)過分析處理之后， 將處理后的電信號送給單片機(jī)控制單元，單片機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。如果發(fā)現(xiàn)異常，單片機(jī)發(fā)出指令，驅(qū)動報(bào)警電路報(bào)警，和使用GSM通信模塊，把報(bào)警信息傳送到手機(jī)上， 并作出相應(yīng)的顯示。 系統(tǒng)的探測輸入端口由多路傳感 器構(gòu)成，輸出端口為聲、光、電、顯示報(bào)警和手機(jī)通信報(bào)警，以達(dá)到提醒駕駛員及時(shí)對異常情況進(jìn)行處理，避免造成人身和財(cái)產(chǎn)損失的目的。汽車報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總原理框圖如附錄圖A 所示。3 設(shè)計(jì)過程3.1 電源電路設(shè)計(jì)該報(bào)警電路的設(shè)計(jì)需要兩路電源：+5V 和+12V 電源。5V 電源用于給 AT89S52 等芯片供電，12V 電

4、源給 LED 蜂鳴器等供電?？紤]到成本和易購性，我們選用7805 芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片，可在掉電的時(shí)候及時(shí)地保存數(shù)據(jù)，在電源的輸入端加一個1000F 的電解電容，當(dāng)電源斷開的時(shí)候，大電容可以維持單片機(jī)電源足夠長的時(shí)間，使得單片機(jī)可以完成外部中斷的服務(wù)程序。如圖所示。3.2 控制電路的設(shè)計(jì)3.2.1 汽車 GSM 網(wǎng)絡(luò)防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)基本功能1）溫差測量報(bào)警：當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動生熱，溫差值大于設(shè)定值時(shí)報(bào)警，并切斷點(diǎn)火脈沖令車無法啟動；2）觸摸式報(bào)警：當(dāng)車體受到碰擊時(shí)，系統(tǒng)會啟動揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)；3）超聲波報(bào)警：在防盜警戒狀態(tài)下若非法打開車門，1s 左右系統(tǒng)自動撥打車主設(shè)定的報(bào)警電話號碼進(jìn)行報(bào)

5、警；4）報(bào)警監(jiān)聽：車主收到報(bào)警后，手機(jī)顯示車載終端電話號碼，按接聽鍵即對車內(nèi)聲音進(jìn)行監(jiān)聽；5）車窗紅外報(bào)警：當(dāng)車窗被擊碎或非法取下時(shí)，系統(tǒng)會根據(jù)紅外感應(yīng)器的信號自動撥打車主設(shè)定的報(bào)警電話號碼進(jìn)行報(bào)警；6）報(bào)警系統(tǒng)的遠(yuǎn)程遙控起動與關(guān)閉。（2）系統(tǒng)的通信接口設(shè)計(jì)框圖把手機(jī)（GSM 通信模塊）和單片機(jī)連接起來，用手機(jī)發(fā)送短信息指令給終端手機(jī)，終端 手機(jī)通過數(shù)據(jù)線和 MAX232 電平轉(zhuǎn)換后由串口傳送給單片機(jī)，手機(jī)向單片機(jī)傳送短信息內(nèi)容時(shí)，通過軟件編程進(jìn)行編碼與解碼。單片機(jī)根據(jù)指令向電器設(shè)備發(fā)出控制信號，反之，單片機(jī)通過繼電器觸發(fā)終端手機(jī)短信息發(fā)送按鈕，發(fā)送預(yù)先設(shè)置好的文字信息給用戶。通信控制系統(tǒng)框圖

6、如圖所示：（3）GSM 網(wǎng)絡(luò)汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)工作原理利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)的 SMS 短信息平臺作為通信媒介，其功能是依靠安裝在汽車上的移動終端（GSM通信模塊加微控制器）和主機(jī)（用戶手機(jī)）之間的通信實(shí)現(xiàn)的。終端對接收到的短信息進(jìn) 行確碼和辨識，再根據(jù)主機(jī)的控制要求完成各種控制動作，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是汽車上的移動終端系終。終端系統(tǒng)由 GSM 模塊和微控制器構(gòu)成的處理系統(tǒng)模塊組成。微控制器系統(tǒng)采集 GSM 莫塊所接收到信息，并對其進(jìn)行解碼和分析，再與系統(tǒng)中存儲的命令信息相比， 判斷出主機(jī)想要執(zhí)行的動作，從而對防盜系統(tǒng)進(jìn)行操作。系統(tǒng)的探測輸入端口由多路傳感器構(gòu)成，輸出端口為聲、光、電報(bào)警和手機(jī)

7、通信。接口電路使用手機(jī)的數(shù)據(jù)線建立單片機(jī)與手機(jī)的硬件連接。手機(jī)數(shù)據(jù)線是專為連接PC 機(jī) 9 針串口而設(shè)計(jì)的：信號電平為標(biāo)準(zhǔn)的RS232 電平，只要單片機(jī)的串口也轉(zhuǎn)換為RS232 電平，就可方便連接；9 針串口引腳定義是固定的，即 2 腳為 TXD（手機(jī)發(fā)送），3 腳為 RXD 手機(jī)接收），5 腳為 GNG 這樣，無論什么型號的手機(jī)與單片機(jī)的連接就成了固定連接，不需要知道手機(jī) 數(shù)據(jù)口信號的具體定義?？梢杂肕AX232 芯片把手機(jī)由數(shù)據(jù)線輸出的RS232 電平轉(zhuǎn)換為 TTL信號，也可以把單片機(jī)輸出的 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS232 信號電平，經(jīng)數(shù)據(jù)線傳給手機(jī)， 這就 解決了單片機(jī)手機(jī)之間信號與電平

8、轉(zhuǎn)換問題。其單片機(jī)與GSM 接 口電路如圖所示：VCCTXDVCCC3C1 +v+Cl-C2+C2V-VCCGNDTioirrR1INR10UTT1INGND iT2OUT T2IN亠IR2IN R2OUTATS? S52 rMAX232圖 3 通信控制系統(tǒng)框圖VCC9I11To連接GEMMODEM圖 4 單片機(jī)與 GSM 接 口電路3.2.2 汽車倒車報(bào)警器設(shè)計(jì)超聲波測距系統(tǒng)由 Polaroid 600 系列傳感器、Polaroid 6500 系列超聲波距離模塊和AT89S52 單片機(jī)、報(bào)警電路、LED 等構(gòu)成。單片機(jī)通過 P1.0 引腳經(jīng)反相器來控制超聲波的發(fā) 送（P1.0接 INIT），

9、然后單片機(jī)不停的檢測INT0（ ECHO 接 INT0）引腳，當(dāng) INT0 引腳的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)就認(rèn)為超聲波已經(jīng)返回。計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)據(jù)就是超聲波所經(jīng)歷的時(shí)間，通過換算就可以得到傳感器與障礙物之間的距離。超聲波測距的硬件示意圖如圖所示：圖 5 超聲波測距的硬件示意圖經(jīng)過 AT89S52 對接收到的信息進(jìn)行處理后， 被測的距離在 LEDh 顯示，顯示的數(shù)據(jù)由串口線 RXDTXD 俞出到 74LSI64 ,轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)控制 LED 勺動態(tài)顯示。兩位 LED 可表示 4.90.1m 的距離，滿足顯示精度；若該距離小于預(yù)置的汽車低速安全剎車范圍（如：0.1m 或 0.5m），報(bào)警電路發(fā)出適當(dāng)

10、的警告提示音，由P1.0 和 P2.0 的輸出控制報(bào)警電路。汽車倒車報(bào)警系統(tǒng)超聲波模塊與單片機(jī)接口電路如附錄圖B 所示。3.2.3 汽車酒精報(bào)警器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測空氣酒精濃度，并具有聲光報(bào)警功能及LED 顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測報(bào)警器。其可監(jiān)測出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并根據(jù)不同 的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對超過的閾值進(jìn)行聲光報(bào)警來提醒駕駛員。具體是采用 MQ3 氣敏傳感器，AT89S52 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)空氣酒精濃度實(shí)時(shí)測量及報(bào)警，通過LED 顯示屏實(shí)時(shí)顯示?？梢酝ㄟ^鍵盤設(shè)定閾值，超過閾值具有聲光報(bào)警功能。（1）硬件方案硬件設(shè)計(jì)時(shí)，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電

11、量，傳感器輸出的是0-5V 的電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過ADC0809采集數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外，還需接入LED 顯示，8279 鍵盤/顯示器接口芯片，聲光報(bào)警電路等。其總體框圖如圖所示。圖 6 硬件方案總體框圖（2）模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感器電路輸出的模擬量信號轉(zhuǎn)換為適合單片機(jī)處理的數(shù)字 信號，并輸入給單片機(jī)。本課題采用的是ADC0809 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。（3）鍵盤電路8279 對鍵盤部分提供一種掃描工作方式，能對 64 個按鍵鍵盤陣列不斷掃描，自動消抖,自動識別出閉合的鍵并得到鍵號，能對雙鍵或N 鍵同時(shí)按下進(jìn)行處理。顯示部分

12、為顯示器提供了按掃描方式工作的顯示接口，可以顯示多達(dá)16 位的字符或數(shù)字。此外，酒精濃度監(jiān)測儀的閾值濃度的設(shè)置是由鍵盤輸入的，因此需有一個鍵盤/顯示器接口電路。鍵盤有兩種工作方式：編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。顯然，非編碼鍵盤的軟件是比較復(fù)雜的，并且要占用較多的 CPU 時(shí)間，這是非編碼鍵盤的不足之處。但非編碼鍵盤可以任意組合、成本低、使用靈活，因而智能儀器大多采用非編碼式鍵盤。本課題選用非編碼鍵盤，鍵盤工作方式為編程掃描方式。（5）顯示電路顯示器利用酒后駕車報(bào)警電路中的LED,驅(qū)動采用 74LS138。酒后駕車總體電路圖如附錄圖C 所示。3.2.4 汽車超速報(bào)警器設(shè)計(jì)從駕駛員角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種

13、超速報(bào)警系統(tǒng)。 該報(bào)警系統(tǒng)允許駕駛員通過系統(tǒng)自帶鍵 盤設(shè)置本車輛安全行駛的最高速度。當(dāng)車輛處于行駛狀態(tài)中，該系統(tǒng)通過測速傳感器時(shí)刻監(jiān)測機(jī)動車輛，并通過 6 位 LED 顯示車輛的實(shí)際車速和用戶設(shè)置的安全參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)車輛速度超過駕駛員設(shè)置的最高值時(shí)，蜂鳴器開始報(bào)警，警告燈不斷閃爍，提醒駕駛員減速，達(dá)到防患于未然的目的。（1）系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)硬件主要包括以下四大模塊：89S52 單片機(jī)主控模塊、傳感器模塊、報(bào)警模塊和顯示模塊等。其中 89S52 主要完成外圍硬件的控制以及一些運(yùn)算功能；傳感器完成信號的采 樣功能；報(bào)警模塊主要負(fù)責(zé)聲音報(bào)警和燈光報(bào)警；顯示模塊完成字符、數(shù)字的顯示功能。AT89S52

14、單片機(jī)查詢傳感器的輸出信號和按鍵信號，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，包括通過LED 數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示車速，判斷是否應(yīng)該發(fā)出警示音等。硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖 7 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)（2）系統(tǒng)的工作原理機(jī)車速度用由磁鋼、 霍爾元件等組成的速度傳感器進(jìn)行測量。將霍爾元件固定在距磁塊平面 1mm-3mr 處，當(dāng)磁塊與霍爾元件相對位置發(fā)生變化時(shí)，通過霍爾元件干磁面的磁場強(qiáng)度會發(fā)生變化。車輛行駛時(shí)，在磁鐵的作用下，當(dāng)磁塊靠近霍爾元件時(shí)，穿過霍爾元件的磁場較強(qiáng)，當(dāng)霍爾元件位于磁塊之間時(shí)，磁力線分散，霍爾元件輸出低電平，經(jīng)過整形被直接輸入到單片機(jī)計(jì)數(shù)器 1 的 P3.5 引腳，作為計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)脈沖信號。89S52 利

15、用定時(shí)器 TD 定 時(shí)一段時(shí)間后，然后提取 T1 中的脈沖個數(shù)，經(jīng)過公式計(jì)算就可測量出車輛行駛的瞬時(shí)速度。 具體算法如下：設(shè)單片機(jī)每秒計(jì)數(shù)值為N,即 Nr/s。貝 U Nr/s=60Nr/min。即只要將計(jì)數(shù)值乘以 60,便可得到每分鐘機(jī)車車輪的轉(zhuǎn)速。設(shè)機(jī)車車輪的周長為dm,則機(jī)車的時(shí)速 V=dx60Nx3.6km/h。車的上限速度 Vm 通過鍵盤設(shè)置并存儲起來，單片機(jī)檢測霍爾傳感器輸出的信息，計(jì)算 出機(jī)車當(dāng)前的速度 V,并送 LED 顯示。當(dāng)VVm 時(shí)，輸出高電平，警報(bào)燈亮并進(jìn)行聲音報(bào)警； 反之，輸出低電平時(shí)，警報(bào)燈滅，不進(jìn)行聲音報(bào)警。當(dāng)車輛超過設(shè)置的安全參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)通 過該引腳不斷的輸出高

16、低電平，達(dá)到警報(bào)的效果。超速報(bào)警器的總體電路圖如附錄圖D 所示。3 結(jié)論汽車防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)是利用傳感器對車載設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)進(jìn)行 分析處理，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，就通過GSM 網(wǎng)絡(luò)傳入車主手機(jī)上，以便隨時(shí)監(jiān)控車輛，達(dá)到防盜的目的，設(shè)計(jì)結(jié)果與設(shè)計(jì)要求符合。倒車防撞報(bào)警器經(jīng)過實(shí)驗(yàn)與分析， 此報(bào)警電路基于單片機(jī)設(shè)計(jì)， 具有高可靠性、 使用 方便的特點(diǎn)，作為汽車倒車時(shí)的報(bào)警裝置，有效地提高了汽車倒車時(shí)的安全性。酒后駕車報(bào)警器是設(shè)計(jì)一個基于單片機(jī)的空氣酒精濃度監(jiān)測儀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)的 基本要求，達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)可用鍵盤輸入閾值，并用LED 顯示，對超過閾值的濃度值進(jìn)行聲光報(bào)警。超速報(bào)

17、警器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是主動式的?？紤]的是時(shí)刻提醒駕駛員的自我安全意識， 在最大限度上避免因?yàn)檐囕v超速造成的交通事故。該系統(tǒng)的創(chuàng)新在于測速傳感器由霍爾開 關(guān)、磁鐵組成，在安裝設(shè)計(jì)中位置的技巧性。參考文獻(xiàn)1 張幽彤， 陳寶江 汽車電子技術(shù)原理及應(yīng)用 M 北京： 北京理工大學(xué)出版社，2006.2 黃繼昌實(shí)用報(bào)警電路M 北京：人民郵電出版社，2005.3 劉喜昂 , 周志宇 . 基于多超聲傳感器的機(jī)器人安全避障技術(shù) J. 測控技術(shù) , 2003.4 王幸之，鐘愛琴 .AT89 系列單片機(jī)原理與接口技術(shù) .北京航天航空大學(xué)出版 社，2004.5 趙德安.單片機(jī)原理與應(yīng)用 .機(jī)械工業(yè)出版社， 2005.王偉

18、藝機(jī)動車行駛記錄儀J 電子技術(shù)，1997.7 閆志寬等汽車遙控防盜報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)與檢修M 機(jī)械工業(yè)出版社，20048 GPRS 數(shù)據(jù)傳送服務(wù)的無線通信控制器設(shè)計(jì) .http: ， 20059 王幸之 .AT89 系列單片機(jī)原理與接口技術(shù) .北京航空航天大學(xué)出版社， 2004.10 朱定華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.電子工業(yè)出版社，2001.11 孫孺石等.GSM 數(shù)字移動通信工程J.人民郵電出版社，1996.12 路康等.無線電汽車報(bào)警系統(tǒng)的研制 .13 Jang Jonghun, Hong Kisang.Fast line segment grouging method for findi

19、ngglobally more favorable J.Patterm recoginition, 2002.Based on the design of single-chip to achieve car alarm circuitElectronic and Information Engineering Group 1 Xiong KangyingInstructor:Wu GangAbstract：With the improvement of peoples safety awareness, car alarm system isplaying a more and more i

20、mportant role, the subject designs a car alarm system using single chipAT89S52 as the central control unit, which includes the GSM network of car anti-theft alarm, autoreverse anti-collision alarm, drinking car alarm and over-speeding car alarm. It introduces the workingprinciple of the alarm system, as well as their various functions. The results show that the design canmaximize the avoidance of the losses of personal property.Key word:Single-chip AT89S52 ; GSM network ; A