学位论文基于单片机实现汽车报警器电路的设计Word格式.docx
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单片机;
无线防盗报警器;
传感器;
显示电路;
报警控制
Abstract
Thisarticlefocusesonthereliabilityofapplicationofsinglechipdesignandanalysissoftwareburglaralarmcircuitreliabilitydesignanalysis,thefirsttaskofasystematicdescriptionofthereliabilityrequirementsarelistedanddescribedproteusstructureandsystemsoftware,thenextfocusofthethebasicsystemreliabilityprediction,reliabilitypredictionandoptimizationofmissionprofileimprovement.
Accordingtothepresentpeople'
sneedsandmarketneeds,Idesignedamicrocontroller-basedmulti-channelwirelessburglaralarmsystem.Thesystemisthesignalprocessor,sensors,wirelesstransmissionmodule,thealarmcircuitryinasmallsystem,toachievesignaldetection,signalprocessing,signaltransmissionofthenewgenerationofautomaticintelligentwirelessalarmsystems.Thissystemusesthewirelesstransmitterandreceivermodule,thereceivedsignalisprocessedthroughthedecoderchipsenttothemicrocontroller,themicrocontrollerprocessing,transmissiontothealarmdisplaycircuitandaseriesofactions.Maincontrolmodule:
thesensorispassedthroughthesensorbody,andtheformationofhigh-lowtransitionoftheoutputtothemicrocontrollerforprocessing,andultimatelydeterminethesignal,delay,display,alarmandotherfunctions.Thesystemforthedetectionofalarm,cansimultaneouslydetectmultiplepoints,whendetectedoneormorepointshavethealarmsignal,cansoundthealarmandLEDdisplaylocation,toachievetheintelligentalarmcontrol.
Keywords:
SCM;
wirelessburglaralarm;
sensor;
displaycircuit;
alarm
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1课题分析及研究意义
1.1研究背景
随着中国入世的深入和人们生活水平的不断提高,人们对产品质量和可靠性的要求越来越高。
防盗报警器是保障汽车安全的重要部件,它的种类繁多。
目前汽车防盗装置已经由初期的机械控制,发展成为电子密码、遥控呼救、信息报警等高科技产品,早期的防盗装置主要用于控制门锁、门窗、起动器、制动器、切断供油等联锁机构,以及为防止盗贼拆卸零件而设计的专用套筒扳手。
随着科技的发展,汽车防盗装置日趋严密和完善,目前防盗器按其结构与功能可分四大类:
机械式、电子式、芯片式和网络式,各有优劣,但汽车防盗的发展方向是向智能程度更高的芯片式和网络式发展。
1.1.1机械锁
机械锁是最常见也是最早的汽车防盗器,现阶段在高中档汽车中几乎不被使用,即便是低档汽车也已经很少单独使用,主要和电子式、芯片式联合使用,主要分为方向盘锁和变速箱锁两大类。
其中方向盘锁在使用时,主要是将方向盘与制动脚踏板连接一起,使方向盘不能作大角度转向及不能制动汽车。
而安装变速箱锁是在换挡杆附近安装变速锁,可使变速箱不能换挡。
通常在停车后,把换挡杆推回(P)位或Ⅰ挡位置,加上变速箱锁,可使汽车不能换挡。
1.1.2电子式防盗系统
在现阶段,应用最广泛的是电子式防盗锁。
机械防盗装置是预防汽车被盗的装置,但这种装置不能防止他人进入驾驶室、车内,打开行李箱、发动机罩或起动发动机等。
而电子防盗装置不仅能可靠地防止汽车被盗,而且能防止他人拆卸某些汽车零件和进入车内。
电子防盗报警器(也称微电脑汽车防盗器),是目前使用最广泛的类型,包括插片式、按键式和遥控式等电子式防盗器。
它主要是靠锁定点火或起动系统来达到防盗的目的,同时具有声音报警功能。
这种防盗器共有4种功能:
一是服务功能,包括遥控车门、遥控起动、阻吓窃贼作用等;
二是警惕提示功能,具有触发报警记录(提示车辆曾被人打开过车门);
三是报警提示功能,即当有人动车时发出警报;
四是防盗功能,即当防盗器处于警戒状态时,切断汽车上的起动电路,使汽车无法起动。
该类防盗器安装隐蔽,功能齐全,无线遥控,操作简便,但需要靠良好的安装技术和完善的售后服务来保证。
电子防盗系统的致命弱点在于其电子密码和遥控操作方式,当车主用遥控器开关车门时,匿藏在附近的偷车贼可以用接收器或扫描器盗取遥控器发出的无线电波或红外线,再经过解码,就可以开启汽车的防盗系统。
1.1.3芯片式数码防盗器
芯片式数码防盗器目前在汽车防盗领域占据重要位置。
由于特点突出且使用方便,大多数轿车均采用这种防盗方式作为原配防盗器。
芯片式数码防盗器基本原理是锁住汽车的马达、电路和油路,在没有芯片钥匙的情况下无法启动车辆。
数字化的密码重码率极低,而且要用密码钥匙接触车上的密码锁才能开锁,杜绝了被扫描的弊病。
目前芯片式防盗已经发展到第四代,最新面世的第四代电子防盗芯片,具有特殊诊断功能,即已获授权者在读取钥匙保密信息时,能够得到该防盗系统的历史信息。
系统中经授权的备用钥匙数目、时间印记以及其他背景信息,成为收发器安全特性的组成部分。
第四代电子防盗系统除了比以往的电子防盗系统更有效地起到防盗作用外,还具有其他先进之处,如它独特的射频识别技术(RFID)可以保证系统在任何情况下都能正确识别驾驶者,在驾驶者接近或远离车辆时可自动识别其身份自动打开或关闭车锁;
无论在车内还是车外,独创的TMS37211器件都能够轻松探测到电子钥匙的位置。
它可以用来锁定和解锁发动机电脑,从而来实现车辆的防盗功能,当插入一把带有应答器的正确钥匙并打到“M”位时,系统自动完成对码解锁发动机电脑,否则发动机电脑处于闭锁状态,发动机点火和喷油的控制被切断,汽车无法起动。
1.1.4点火控制型防盗器
这种防盗器主要采用控制点火装置的模块,对点火系统进行控制,在车主离开汽车并打开防盗系统后,如有人非法进入车内,并试图用非法配制的点火钥匙起动车辆,这时点火电路受控制模块防盗装置的作用,拒绝提供发动机运转所需的点火功能,同时也可防止点火开关的线路短接,并通过音响报警装置向车主或车场保管人员通报。
现在很多汽车厂商在防盗系统的开发研制中主要还是采用在发动机控制电脑中设置防盗功能,并且在点火钥匙中置入一块带有起动密码的微缩电子芯片。
在起动时,发
动机控制电脑将会对点火钥匙的密码进行认证,认可后方能起动。
这种装置可有效地防止私配点火钥匙盗车。
钥匙一般是在汽车出厂时就已配备,其性能良好,且对电路和控制装置无电波信号干扰。
还有一种防盗器是用特殊的材料制成盒状,将汽车的点火器安装在内,并设置一个错误点火线路模块和开关电路,在开关钥匙上置入密码芯片,一旦密码交流认证不符,就会进入错误模式,使发动机无法起动。
这种盒状防盗器在锁止后,除使用密码开关钥匙外无法打开,且有很强的防撬、防钻、防砸功能,在发动机起动后,就可取下开关钥匙。
一旦车辆被抢,劫犯在抢劫车辆后不能熄火,熄火后就无法再次起动。
不但具备防盗功能,同时还具备防抢劫功能。
1.1.5油路防盗系统
其基本原理与点火控制防盗系统相似,在汽车的油路中安装控制供油系统的装置,只要该系统进入工作状态,有人想要偷车,发动机供油系统将会拒绝提供所需燃油,启动防盗功能。
1.1.6网络式防盗系统
网络防盗是指通过网络来实现汽车的开关门、启动位以及车辆会根据车主的要求提供远程的车况报告等功能。
网络防盗主要是突破了距离的限制。
目前主要使用的网络有:
无线网络(BB机网络)、卫星定位跟踪系统(简称GPS),其中应用最广的就是GPS。
GPS系统全称为“全球卫星定位系统”。
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来达到防盗的目的,GPS应用于汽车反劫防盗服务就得益于卫星监控中心对车辆的24小时不间断、高精度的监控服务。
该系统由安装在指挥中心的中央控制系统、安装在车辆上的移动GPS终端以及GSM通信网络组成,接受全球定位卫星发出的定位信息,计算出移动目标的经度、纬度、速度、方向,并利用GSM网络的短信息平台作为通信媒介来实现定位信息的传输,具有传统的GPS通信方案所无法比拟的优势。
目前汽车上使用最多的防盗报警器是微电脑控制的防盗器,GPS系统网络防盗等在国内外都是比较先进的防盗系统。
在国内的发展方向为有可摄像的汽车无线电防盗报警装置、联网型汽车防盗报警器、GSM全球通智能汽车防盗系统等,这些报警器均为电子式防盗器,其核心部分为电子防盗报警器电路,它的可靠性对汽车的安全起着关键作用。
一旦防盗器电路发生了故障,报警器没有报警而导致车辆被盗,就会给车主造成财产损失,或者出现错误报警,影响人们的生产生活,可见保障报警器长时间可靠地工作是有必要的。
因此,在对报警器进行设计时,不仅要实现其基本的功能,还要确保其在长时间可靠地安全运行,这就必须要对其进行可靠性设计,以保证报警器电路工作的可靠性。
本课题正是在这样的背景下提出的。
1.2论文研究的目的与意义
在日常工作和生活中,汽车已成为人们理想的交通工具。
汽车报警器包括倒车报警器,防撞预警器,防盗报警器等等,作为保障汽车安全的重要部件,为确保其能长年累月地有效运行,提高其可靠性至关重要。
如汽车防盗报警器作为一项先进的汽车防盗装置,能够预报多种情况下汽车的失窃现象。
正日益推广应用于单位和家庭的汽车用户中。
随着社会经济的不断进步和高科技的飞速发展,但随之而来的机动车辆被盗的案件也逐渐增多,造成了驾驶员经济财产的损失。
为了减少汽车被盗事件的发生率,给拥有汽车的用户提供安全保障,研制一种简单可靠、操作方便,能在发现不正常情况下给驾驶员发出报警提醒和防盗警报的安全系统具有实际意义。
使用多功能汽车防盗报警器能够预防和制止犯罪,避免汽车失窃情况的发生,具有一定的社会和经济价值。
随着社会经济的发展,交通运输业日益兴旺,汽车的数量在大幅攀升,设计一种响应快,可靠性高且较为经济的汽车倒车防撞报警系统势在必行。
汽车电子防盗报警器在保护汽车安全方面起到了关键性的作用,它的可靠性程度直接关系到汽车的安全度。
通过对防盗器电路的可靠性设计,能够减少汽车电子防盗报警器发生故障的概率,提高汽车的安全性。
通过对汽车电子电路系统归纳出一种较为合理的可靠性设计方案,将其应用到电路系统的设计中,提高电子电路产品或部件的质量水平。
根据业界的分析,60%以上的生产故障是由于器件失效引起的,70%以上的市场返修也是因为器件失效引起的,而大多数公司对此却没有采用系统化的电子可靠性工程方法来解决,导致效率较低,产品质量可靠性不高。
传统电子电路系统的设计往往先考虑实现性能要求,而后通过大量试验测定其可靠性,针对其试验结果进行修改,耗费了大量的人力、物力和财力,且产品设计周期较长。
按照系统的电子可靠性工程方法,通过选择合适的器件,有效地控制器件质量,合理应用器件,进行可靠性设计,就能达到其同类产品质量的领先水平。
本文将通过研究汽车电子防盗报警器电路可靠性设计方法,为提高防盗器电路的可靠性提供一种比较接近实际的可行的可靠性设计方案。
提高电子防盗报警器的可靠性,有以下几方面的重要意义:
(1)可以防止故障的发生,尤其是减少被盗或者误报等其他故障的发生,从而保证其安全和提高其使用寿命。
(2)能使电子防盗器总的费用降低。
要提高产品的可靠性,首先要增加费用,以选用较好的元部件,研制包括部分冗余功能部件的容错结构以及进行可靠性设计、分析、实验,这些都需要经费。
然而,产品可靠性的提高使得维修费及停机检查损失费大大减小,使总费用降低。
(3)可减少停机时间,提高产品可用率,减少其故障或被盗几率。
(4)对企业来说,提高产品的可靠性,可以改善企业信誉,增强竞争力,扩大产品销路,从而提高经济效益。
2系统硬件设计
2.1系统方案及设计要求
设计方案及要求:
该设计将单片机的实时控制及数据处理功能与传感器的A/D转换技术相结合,充分地利用了AT89C51的内部资源,使报警系统工作于最佳状态,从而提高系统的综合反映灵敏度,使报警系统及时准确,实现汽车多种功能的报警控制。
2.1.1建立可靠性模型
在一个产品的设计初期,一般要根据产品的功能及其可靠性指标,建立可靠性模型,为进行可靠性指标的分配做好准备。
系统分为非贮备、贮备和复杂系统。
其中非贮备系统指的是串联系统,贮备系统包括工作贮备系统和非工作贮备系统,前者包括并联系统、混联系统和表决系统,后者指的是旁联系统。
对于一般的电气系统,一般分为串联系统、并联系统、混联系统。
根据系统的功能模块建立可靠性模型和框图。
建立汽车电气系统可靠性模型的约定条件是:
在整个电气系统中,除了电子元器件外,认为其它部分(如机械元件、与电子元器件相关的连线和PCB、系统软件)的可靠性均是完全可靠的;
各个电子元器件的寿命服从指数分布,并且其故障模式相互独立。
2.1.2可靠性指标分配
可靠性指标分配是指把系统的可靠性指标按照一定的准则分配给各单元,并将分配的结果作为各单元可靠性定量的要求在设计中予以实现。
可靠性分配的方法很多,如评分分配法、层次分析法和工程加权分配法。
其中工程加权分配法简单易操作,且包含面广,故应用越来越广泛。
2.1.3结合RELEX软件进行元器件选择和可靠性分析
根据实现功能的要求和价格,结合RELEX的元器件库选择元器件。
接着在RELEX中构造和描述系统,进行可靠性预计。
预计分析结果和可靠性指标对比,若达不到要求再进行改进,使之满足可靠性指标的要求。
2.1.4防接近汽车驾驶检测
采用人体感应触发式检测电路,利用人体自身的杂波或电脉冲,通过感应金属片产生杂波,触发高输入阻抗的场效应管,信号由触发器输出,送到AT89C51的P1.2口进行控制。
通过调节电路中电阻阻值,可方便调节人与金属片感应的距离。
采用新颖的热释电红外传感器。
它在一定范围内能探测到人体的移动频率。
2.2系统设计方案比较与确定
(1)方案一:
可编程逻辑电路控制实现
此方案主要用数字逻辑芯片。
本方案具有延时电路、显示电路、报警模块等多个功能模块。
系统结构图如图2.1所示。
本方案主要是通过键盘控制信号,所以键盘控制的地方非常多,模块间的逻辑很转移也特别的麻烦,如果只用数字电路和一些小的可编程的逻辑电路来实现本系统困难是非常的大,因此需要用到大的可编程逻辑电路,但是大的可编程逻辑电路等模块电路的价格都非常昂贵,这样,在成本方面就消耗的太大,所以不建议使用此方案。
(2)方案二:
基于单片机的无线防盗报警系统
基于单片机的多路无线防盗报警系统原理框图如图2.2所示。
图2.2基于单片机无线防盗报警系统原理框图
该方案使用固定频率315MHz的无线发射与接收模块。
传感器接收到的信号,经编码后经过315MHz的无线信号传送给解码芯片,解码芯片经过处理判断后传送给主机,主机根据接收到的信号读出相应的信息,经过处理,一方面从显示电路中输出具体的报警区域,另一方面驱动报警电路工作,发出响亮的报警声。
(3)设计方案的确定
经过方案一与方案二的对比,综合考虑制作、功能、实现、造价等因素,方案二的防盗报警系统采用了无线遥控技术,使得防盗报警系统克服了距离的限制,具有安装简单,使用方便,隐蔽性好,成本低等特点,有很好的经济效益和广阔的发展前景。
并且从实际出发和市场的对报警器的需求,方案二比方案一的功能更优越更能满足对防盗产品的需求,并且价格更低,综合各方面的利与弊,最终选择方案二为最终方案。
2.3系统分析与硬件设计
整个系统以89C51为核心,因系统不需进行数据的存贮,故无需扩展数据存贮器。
89C51只有2个外部中断源
和
需在硬件安排的基础上,结合软件方法将其扩展为6个外部中断源,以便输入6路传感器检测信号,经分析处理,产生相应的报警信号,对汽车实施监控。
检测到6路报警信号,经过89C51处理,启动报警系统,发出相应的报警信号,是本系统的设计思想。
而传感器检测电路的设计至关重要。
报警器的线路原理图它由89C51单片机、振动传感器、放大电路和声光报警电路几部分组成。
振动传感器是自制器件,当汽车外壳被触摸时,它把接收到的信号传送给放大电路。
放大电路由二级放大器组成,用于把振动传感器传送来的小信号电平放大成PIC芯片接口所要求的电平信号。
为了提高电路抗干扰能力,减少误动作的出现,设计一个可调电位器RW,用于调节检测信号的灵敏度,它可根据汽车被触摸程度的强弱而设定。
声光报警电路由发光二极管和蜂鸣器组成。
按键SW是起触发电路启动复位的作用。
系统上电后,89C51单片机复位,完成对各P0端口的初始化工作。
按动SW后,报警器进入工作状态。
当振动传感器检测到振动信号,经K1、K2放大后送入单片机,单片机接受到信号后,接通声光报警电路进行声光报警。
此时,即使振动传感器信号消失,报警电路也不会停止工作,只有再次触发SW后,声光报警电路才被切断。
2.3.1传感器电路原理与应用
本设计具有多种险情报警的功能,主要是体现在对多种不同传感器的选择使用上,不同的传感器就能满足不同的安全防范要求,根据实际现场环境和用户的安全防范要求,合理的选择和安装各种传感器,才能较好的达到安全防范的目的。
等一系列的动作传感器通过感应人体移动,然后形成高低电平的跳变,输出给单片机进行处理,最终实现信号的判断、延时、显示、报警等功能主要使用的传感器有以下几种。
(1)无线门磁传感器
无线门磁传感器是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动,通常有木门磁、窗磁、卷帘门磁、铁门磁等类型。
它是由无线发射模块和磁块两部分组成,在无线发射模块两个箭头处有一个“钢簧管”的原器件,当磁块与钢簧管的距离保持在1.5cm时钢簧管处于断开状态,一旦磁块与钢簧管分离的距离超过1.5cm时钢簧就会闭合造成短路,报警指示灯亮的同时向主机发射报警信号。
(2)玻璃破碎传感器
玻璃破碎探测器是一种特殊的声控探测器,它只对玻璃破碎时发出的特殊的高频声响敏感,对一般的声音没有反应。
当入侵者打碎门、窗或玻璃展柜的玻璃时,传感器受到机械振动,会给一个信号,这信号经放大、处理后可发出报警信号。
玻璃破碎传感器要尽量靠近所要保护的玻璃,尽量远离噪声干扰源,如尖锐的金属撞击声、铃声、汽笛的啸叫声等,减少误报警。
热释电红外线感测器是利用温度变化的特徵來探测红外线的幅射,采用双灵敏元互补的方法抑制温度变化产生的干扰,增加了EMI元件,提高了抗电磁干扰的能力,使感测器的工作更加稳定。
产品应用广泛,如:
保险装置,防盗报警器,感应门等。
等效电路图如图2.3。
图2.3等效电路图
双元感测器的灵敏平衡度是通过测量每个单元的灵敏度(即单个输出峰值电压),并采用下列公式计算得出。
(2.1)
(3)超声波传感器
超声波是人耳听不到的一种声波,人耳的听音范围是20~20000Hz,本设计采用的超声波是40000Hz。
超声波的纵向分辨率较高,对色彩和光照度不敏感,对外界光线和电磁场不敏感,可以用于测量较近目标的距离.本设计采用的超声波传感器往返距离为15m,在有灰尘、烟雾、强磁场干扰、有毒等各种环境下都能稳定工作。
超声波测距是根据超声波传播过程中遇到障碍物会发生反射这一原理来测量距离的,即用发射超声波和接收其回波之间的时间差来计算距离,计算公式为
(2.2)
式中,V为超声波在空气中传播速度;
T为环境温度。
(2.3)
式中,S为被测距离;
Δt为发射超声脉冲与接收其回波的时间差;
t1为超声回波接收时刻;
t0为超声脉冲发射时刻,用单片机可以很方便地测量t0时刻和t1时刻,根据以上公式,用软件编程即可得到被测距离S。
测量过程是由单片机部分和超声波信号处理电路共同完成的,一次测量的全过程为40ms。
发射时,将40kHz的超声波信号和一个同步脉冲信号加到与门,同步脉冲信号通过与门控制发射超声波。
单片机将同步脉冲的起始时刻定为t0,超声波接收电路将接收到的信号加到单片机中,若检测到信号,则记下该时刻t1,由时间差Δt=t1-t0,即可算得障碍物与超声探头之间的距离。
若单片机系统接收不到超声波回波信号,则到40ms时重复上述过程开始下一轮的循环.在超声波发出后,如果直接进入检测状态,则势必浪费时间,因为此系统有最小测量距离,当距离最小时,即为时间差Δt最小,记为Δtmin,所以此时间可以用来处
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