一种双向汽车防盗器的设计
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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。
图1 主机的系统框图
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。
图2 边门检测电路图
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。
图3 振动检测电路图
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。
图4 报警输出模块
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。
图5 遥控器部分的系统框图
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。
图6 模块的系统框图
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。
图7 总体的流程框图
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。
图8 软件设计流程图
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。