基于LPC930的双向汽车防盗器设计

摘要：设计了一种双向汽车防盗器。该防盗器由主机和遥控器组成，采用半双工通信方式。主机可检测车身内的多个触发源，实现防盗自动报警，并通知遥控器进行远程报警。此外主机还能完成遥控器设定的车门自动上下锁、报警自动恢复、报警紧急解除等功能。使用自定义的无线通信协议，数据传输采用PWM编码，并使用FSK调制和解调。该防盗器具有实时性强、可靠性高、功耗低等优点。
关键词：汽车防盗器；半双工通信；单片机；FSK调制和解调

0 引言
汽车目前是人类主要的交通工具，也是现代文明的标志。全世界每年汽车销量达6 000多万，保有量已超过5亿辆。用车越多被盗的汽车也越多，因此汽车防盗已成为一个重要的社会问题，它已经与安全、环保、节能三者一起被列为汽车技术发展的四大课题。
    汽车防盗设备按其结构与功能可分三大类：机械式、网络式和电子式。机械式防盗原理是用机械锁锁住汽车上某一结构，如变速器、方向盘等。该类防盗器安装简便，价格便宜，但其体积较大，且该类防盗设备只防盗不报警，无法确保防盗。网络式防盗主要依靠社会的公共网络监控车辆的行驶，如GPS定位系统、GSM或GPRS等，该类防盗器技术先进，功能强大，但价格较高，需要支付服务费，而且通信信号容易受到干扰，使防盗性能降低。电子式防盗器是目前汽车市场上最为流行的防盗装置，利用钥匙中的无线电发射芯片与车身内的ECU通信即可实现单向甚至双向报警。当汽车遭到外界侵扰时，在附近的车主能通过随身携带的钥匙上的显示屏了解汽车的状况，但其缺点是误报率较高。
    本文给出了一种基于单片机的双向电子式汽车防盗系统，由主机和遥控器两部分组成。遥控器由车主随身携带，主机置于车内检测报警信号源，自定义两者间利用无线收发模块进行半双工通信。

1 主机的硬件设计
    主机置于车内，由MCU、电源、传感器输入、高频模块、报警输出五大模块组成，系统框图如图1所示。主控制器MCU采用LPC930，用于检测传感器的触发，并产生报警信号；同时更新遥控器的状态实现同步报警。由于传感器输入模块中需要12 V的直流电压，而LPC930工作电压在2．4～3．6 V之间，固在电源模块中利用SPX1117稳压器产生3．3 V的直流电压。声音报警控制电路采用RT0100电路，RT0100是一个可以产生单一报声的晶体电路，采用CMOS技术制造，内建RC振荡电路，工作电压为2～5 V，低静态电流。

1．1 传感器模块设计
    传感器模块包括边门检测电路，振动检测电路。在各种报警触发时，均导致汽车喇叭报警30 s，方向灯闪烁，车辆熄火无法启动。报警完成后，防盗系统自动回到报警前的状态。若短时间内连续检测到同一传感器被触发，防盗系统只报警4 min后自动停止报警。直到其他传感器被触发时重新检测所有检测点，此时仍检测到同一传感器被触发，再次报警4 min。
1．1．1 边门检测电路
    在主机处于警戒状态时，用边门检测电路检测边门是否被打开。若边门被无故打开，主机便进入报警状态。检测电路如图2所示，图中A点接边门，B点接单片机。当边门关闭，由于二极管D2反向截止，B点被充电至高电平。当边门被打开，A点变为低电平，二极管D2导通，继电器开关接地，C1和R2组成的RC电路迅速放电，B点被拉为低电平，向单片机产生一个低电平信号，单片机控制报警输出电路报警。

    C2用于过滤低电平毛刺脉冲，避免系统产生误动作。二极管D1和继电器线圈组成泄放电路，当边门被关上后，由于继电器线圈存在电感，通过D1将剩余电荷泄放。
1．1．2 振动检测电路
    在主机处于警戒状态时，振动检测电路用于检测外界干扰是否造成车身损坏，若外界的干扰导致的车身振动超出车身所能承受的限度，主机进入报警状态。电路图如图3所示，其中A点接振动检测传感器，B点接单片机。当检测到振动时，A变为低电平，D1导通，C1和R2组成的RC电路通过D1迅速放电，使得B点迅速变为低电平。C1两端电压不能跳变，因而利用此特性将振动产生的低电平毛刺脉冲过滤，确保准确检测振动跳变信号。
1．2 报警输出模块
    报警输出模块除了简单的喇叭跟车灯的声光报警外，还采用了熄火输出控制电路。当主机处于报警状态时，使车辆熄火，无法启动。电路图如图4所示，其中A点接熄火输出控制器，B点接单片机。当单片机输出高电平时，三极管Q1导通，A点变为高电平，产生熄火输出信号，汽车不能启动。三极管Q2起到分流保护作用。当三极管Q1射极电流超过上限时，Q2就会自动导通，避免Q1因过流而导致损坏。压敏电阻RU1起到保护Q1和Q2作用，当Q1集极电压未超过上限时，RU1不会导通，但当Q1集极过压时，RU1自动导通，避免Q1在过压时损坏。

2 遥控器硬件设计
    遥控器部分由MCU、无线收发模块、电源、键盘、报警模块组成。以LPC930作为核心器件控制周围的各模块运行。以TDA5255为核心的无线收发模块，接收主机传来的数据并转发给LPC930进行处理。遥控器部分的系统框图如图5所示。
    无线收发模块由天线、高频发送、高频接收、TDA5255四部分组成。TDA5255芯片是德国Infineon公司生产的有着强大功能的低功耗的FSK／ASK单片收发芯片，工作在433～435 MHz频段，具有FSK／ASK调制和解调功能。集成度高，有完整的VCO(压控振荡器)和PLL(锁相环)合成器、FSK调制器、RSSI的限制器、FSK解调器、数据滤波器、数据分割器等，减少了外围电路的设计。更重要的是该芯片具有节电模式功能，可通过不同方式设置节电模式，符合遥控器低功耗的要求。模块的系统框图如图6所示。

3 系统软件设计
3．1 主机软件设计
    主机的软件部分主要包括无线数据的传输、数据处理并回传、传感器检测、报警输出并回传四部分组成，要处理的状态和功能有20余种，并且做到实时性，能与遥控器有很好的交互性，用两个变量STATUS和D-STATUS分别来存储系统和报警的状态，根据状态来跳转，总体的流程框图如图7所示。

3．2 遥控器软件设计
    遥控器软件设计以按键作为第一响应，数据的接收为第二响应，除了数据的传输、报警、按键设防、解除等功能外，还需要有音乐产生、低电压检测、低功耗控制、信号强度检测等附加功能。软件设计流程图如图8所示。

4 结语
    本系统以单片机为主控件，采用自定义的通信协议，实现主机与遥控器间的半双工通信，从而达到了防盗报警的功能。遥控器控制主机的状态，可与主机同步报警；主机可检测多个触发源实现主机自身和遥控器远程报警，并能完成遥控器设定的车门自动上下锁、报警自动恢复、报警紧急解除等功能。经测试，本系统具有实时性强、可靠性高、功耗低等特点。