本科毕业设计--汽车防盗报警器的设计

摘要

本文介绍了本次毕业设计的课题汽车防盗报警器的设计。整个系统的功能是通过检测来实现汽车防盗，当没有振动时，保持预警状态，有振动时就报警。本系统主要包括三个部分的电路：振动检测电路、单片机控制电路、报警电路。振动检测电路的主要功能是：检测汽车是否有振动，当没有振动时，输出保持低电平，当有振动时，检测电路产生数字脉冲信号，送到单片机控制电路。单片机控制电路是整个系统的核心部分，它接收检测电路传来的信号，并通过程序来加以处理和控制报警电路，当它接收到的是低电平时，就保持报警电路关闭状态，当它一旦接收到脉冲信号时就开启报警电路。报警电路主要实现声音和光两种报警。本文首先说明了本次设计所能够采用的方案，接着介绍了芯片的功能及其它器件的特性，例如，AT89S52、振动传感器等。然后描述了该系统的组成及其结构。接下来分析了各个电路及整个系统的工作原理及具体工作过程。最后阐述了调试方法以及电路的改进方案，以确保整个系统更加有效地工作和很好地完成本次设计。

关键词：振动检测电路单片机控制电路报警电路振动传感器

Abstract

This paper introduces the design of automobile anti-theft alarm system of this graduation design.The function of the system is realized by detecting car alarm,when there is no vibration, keep alert,avibration alarm.This system mainlyincludes circuit of three parts:the vibration detection circuit,single-chip microcomputer control circuit,alarm circuit.The main function of the vibration detection circuit is: testing whether the automobile vibration, when there is novibration, the output remains low, when the vibration detection circuit, digital pulse signal, is sent to the MCU control circuit. MCU control circuit is the corepart of the whole system, it receives the signal detection circuit came, and through the procedures to handle and control alarm circuit, when it receives islow, keep the alarm circuit closed state,when it receives the pulse signal whenopening the alarm circuit. The alarm circuit is mainly to achieve sound and lightalarm two. This paper first explains to the design options, then introduces thecharacteristics, the function of the chip and other devices for example AT89S52 vibration sensor. Then it describes the composition and structure of the system. Then analyzed the working principle of the circuit and the whole system and the specific work process.Finally,the debugging method and the improved scheme of the circuit, so as to ensure the whole system work more effectively and perform well in the design.

KEY WORDS:the vibration test electrical circuit the control electrical circuit of themicrocomputer the alarm electrical circuit the vibration sensor

目录

第一章引言 (1)

第一节振动信息检测 (1)

第二节车辆信息的传输与控制 (2)

第二章系统概述 (3)

第一节系统设计目标 (3)

第二节系统结构框图 (3)

第二节系统的改进与展望 (4)

第三章系统硬件 (5)

第一节MC9S08QG8单片机及其外围电路 (5)

第二节MMA7260QT加速度模块及其外围电路 (6)

第三节TC35i GSM Modem模块 (8)

第四节其它辅助电路 (8)

第四章系统软件 (10)

第一节系统软件的整体设计思路 (10)

第二节振动、倾角信息的提取和判别 (11)

第三节车辆信息的传输与控制 (13)

结束语 (19)

谢辞 (20)

第一章引言

随着我国改革开放，人们生活水平的不断提高，汽车越来越成为人们生活中不可缺少的一部分。汽车数量增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这给社会带来极大的不安定因素，担心车辆被盗，成为困扰每一位汽车用户的难题。

本项目在于实现一个可靠方便，功能强大的汽车报警器。当汽车遭遇到打开等危险情况时，立即启动警报，同时发送相应信息到指定的手机上，通知车主有异常情况。车主可以通过手机监听车内情况并控制汽车，使盗车贼即便能顺利进入车内，也无法将其开走。在此基础上只要在车内加一个紧急按钮，就可以在车主遇到抢劫或其他危险情况时，通过紧急按钮向外界求助，并帮助警方对车子目前所在的位置定位。

限于时间和成本，本文重点针对振动信息的检测、车辆信息的传输与控制进行了研究。下面分别加以详述。

第一节振动信息检测

能够检测振动信息的传感器有很多种，它们有基于霍尔效应的、压电效应的，还有基于电容检测技术的。图1所示为电容检测技术的基本原理。图中，当物体有向右的加速度时，由于惯性中间挡板与电容板间距随之变化，从而造成电容值的变化（也有通过改变电容板的面积实现电容变化的）。经过后续开关电容、单位增益放大、电荷放大电路等一系列处理就可以得到与加速度信息成正比关系的电压信号。系统采用的MMA7260QT加速度传感器就是基于上述原理。

图1.1 微电容检测技术的基本原理

传统的防盗报警器侧重于瞬时振动、冲击的检测，虽然可以识别出车门遭遇暴力打开的情况，但也容易造成误判报警（比如附近的异响导致报警），结果高分贝的误报往往导致周围居民的烦恼，成为危害社会和谐的因素。针对以上问题，本文采取了以下三

点改进措施：

（1）增加了车门打开动作的检测，提取车门打开时的加速度信息作为车辆被盗的依据之一。

（2）适当选取车门暴力打开的特征时间，而不是单纯依靠加速度峰值越界作为车辆被盗的依据。

（3）增加了对车体的倾斜角度进行测量，防范拖车和整车搬运等盗窃手段。

第二节车辆信息的传输与控制

将传统防盗报警技术与现代GSM数字移动通信技术相结合，就可以实现车辆状态监控、调度、防盗报警、防劫报警、远程控制、跟踪定位、车载电话等功能。系统采用SIEMENS 公司的TC35i GSM Modem模块，这样就可以突破空间限制，将车辆信息通过GSM网络传送至全球各地。由于系统需要众多功能模块的支持，限于时间和成本，本文通过以下两点验证了系统的可行性和实用性：

（1）将车辆的当前状态发送到指定的手机上，要求能够分辨出车辆被窃的信息来源：车门振动、车辆倾角异常、非法人员进入等。

（2）手机发送指令到GSM Modem模块上，要求只有设定的手机号码才能得到系统的控制权，能够区分不同的控制指令并执行。

第二章系统概述

第一节系统设计目标

完成一个汽车防盗报警器。当汽车遭到严重震动、车门被非法打开时或者汽车非法点火等危险情况时，报警器检测到震动异常、非法人员进入等信息，系统会启动警报，同时发送相应信息到指定的手机上。

当车主收到报警信息时，可根据不同情况，选择一种方式制止盗车贼。包括打开车内的监听设备（声音和红外信息，判辩是否有人进入车内）、读取车辆的位置信息、启动高倍声光报警、通过手机启动断油断电功能，让盗贼无法启动车子，或者启动后自动熄火。

GSM Modem模块的应用大大提高了车主对意外情况的主动性。在此基础上，增加一个紧急求救按钮，当车主在车内遇到抢劫或其他危险情况时，就可以发送短信到指定的亲友的电话。可以尽快向警方求助，同时外界也可以通过手机对车子进行监听、断油断电等操作，对匪徒进行干扰。此外，当车子被盗或车主遇到危险状况时，报警器还可以定时发送车辆位置信息到指定手机上，以方便警方采取正确行动，尽早破案。

第二节系统结构框图

如图2.1所示：硬件上以MC9S08QG8单片机为核心，辅以MMA7260QT加速度模块、HOLUX GM－82 GPS模块、TC35i GSM Modem模块等功能模块实现对汽车的实时监控。电源部分平时拟采用车载蓄电池做主电源；一旦主电源被切断，即切换到内置电池供电，进入节能模式，有效工作达数月以上。

图2.1 系统结构框图

第二节系统的改进与展望

现代汽车中所使用的电子控制系统和通讯系统越来越多，如发动机电控系统、自动变速器控制系统、防抱死制动系统（ABS）、自动巡航系统（ACC）和车载多媒体系统等，这些系统之间的数据通信和控制一般是通过CAN总线实现的。所以，防盗报警系统的改进方向是通过CAN总线接入整车电子系统，使之成为现代汽车电子系统不可或缺的一部分。

第三章系统硬件

第一节 MC9S08QG8单片机及其外围电路

该型号单片机是Freescale公司主推的8位单片机，它的几项内置功能与汽车防盗报警系统的要求正好吻合，所以用它作系统核心。

内置10位ADC，最多能支持8通道。使用了其中3 通道采样加速度模块X、Y、Z三维电压信号输入。

SCI串口通信功能。简单的设置即可实现与GSM Modem模块的通信。

8路KBI（键盘中断）功能。使用了其中两路作为遇抢求救和非法人员进入信号输入端。

内置512B RAM、8KB Flash Memory，可方便进行较大规模计算，存储大量的程序和数据。

内置ICS（内部时钟系统）和省电模式，方便实现系统低功耗、小型化。

内置COP 模块，非常方便地完成watchdog功能，防止软件死锁。

单片机的最小系统使用Synhayato公司的CT298开发板。基板的系统框图如图3.1所示，主要有一下几部分组成：单片机（MC9S08QG8）、USB-mini B型连接器、电源和复位开关、USB-COM转换器（FT232R）、BDM工具连接头、输入输出器件（按钮键，LED 灯，蜂鸣器）、MM-2860用插座、外部扩展连接槽（栅距为1mm、16引脚扁电缆连接槽）和测试端口。

图3.1 CT298的系统框图

第二节 MMA7260QT加速度模块及其外围电路

现代汽车的防盗系统通常采用对车体的冲击、振动监测的方式防盗预警，常用的器件多为磁效应传感器。虽然磁效应加速度传感器的敏感性能很好，但由于磁传感器存在装配、安装误差，其频率响应不稳定，会造成后续信号处理电路和微控制器接口电路比较复杂，致使系统报警的可靠性降低，误报率较高。另外，拖车或整车搬运的方法也是目前窃赋盗窃汽车常用的手段，对付这种盗窃方式最有效的方法是对车体的倾斜角度进行监测，而磁效应传感器无法测量静态加速度，不能对车体的倾斜角度进行测量，也就无法对这种盗窃方式进行监测预警。总之，利用磁效应传感器不能很好地完成防盗监测的任务，这就需要一种更合理、更可靠的传感器件来替代。

MMA7260QT是Freescale公司设计生产，采用MEMS工艺制作的低价格、低功耗、单芯片集成三轴加速度传感器，2.2～3.6V单电源供电，工作电流小于800uA，可以测量0～350Hz、±6g范围内动态或静态加速度，1.5g量程时分辨率为800mV/g，以模拟电压信号形式输出，体积仅为6mm×6mm×1.5mm；可以对车体微小振动和整车的倾斜角度同时进行监测。将其应用于汽车防盗系统不但扩大了系统的监测范围，而且简化了系统，提高了防盗系统报警的可靠性。因此，选定其作为汽车防盗系统的传感器件。

MMA7260Q的内部模块结构如图3.2所示，它是在单一芯片上集成三个相互独立、测量方向相互垂直的敏感元的测量模块，是由多晶硅微加工表面工艺制成的电容式加速度传感器；由硅片表面的弹性结构支撑起的质量块下面贴附电容的一个极板，电容的另一极扳固定。当加速度引起质量块的相对位置变化时，电容值也发生变化，然后经过电容电压转化电路和放大滤波电路后输出与加速度成正比的电压信号。

图3.2 MMA7260Q的内部模块结构

MMA7260QT的最小系统采用Synhayato公司的MM-2860开发板，其电路原理图如图6所示。开发板主要由以下几三部分构成：MMA7260QT加速度传感器、g-SELECT开关、3.3V稳压器、MM-2860用插座（与CT-298连接）以及一些滤波、阻抗匹配用的电阻电容。

图6 MM-2860开发板的电路原理图

第三节 TC35i GSM Modem模块

TC35i 是Siemens公司推出的新一代GSM通信模块。TC35i无线模块尺寸小巧，安装设计灵活，易于集成以及低功耗，这都是TC35i无线模块的基本特性。最初设计用于高速M2M的TC35i模块现在正被应用在更广阔的领域，例如测量和远程维护，交通系统，仓储运输，保安系统，无线网关及接入设备，自动售货机，卫生保健和建筑技术。

模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k、4.8k、9.6k的非透明模式。此外，该模块还具有电话簿功能、多方通话，漫游检测功能，常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器，实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器，可分别连接SIM卡支架和天线。TC35i模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35i的核心，基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR、HR和EFR语音信道编码。其主要特性如下：

支持EGS900和GSM1800双频通信数据传输内容：语音和数据短信息：MT、MO、CB和PDU模式音频接口：模拟信号（麦克风、耳麦、免提手柄）

通讯接口：RS232（指令和数据的双向传送）

模块复位：采用AT或掉电复位

串口通讯波特率：300bps — 115kbps

自动波特率范围：4.8kbps — 115kbps

电源：单电源 3.3V-5.5V

低功耗：处于睡眠状态时仅3.0mA电流支持三种语音编码的传送速率基本免提操作，标准协议的认证采用GSM Phase2/2+标准支持语音、数据、短消息和传真服务

第四节其它辅助电路

除了上述主要功能电路外，系统还包括一些辅助电路。它们主要是：3.3V稳压电源（CT-298开发板上的稳压电源提供的电流有限，不能负担整个系统的供电），由TI公司的TLV2217-33 LDO和一些电容构成，能够提供500mA的电流；串口电平转化电路（方便

与TC35i进行连接通信），主要由MAXIM公司的MAX3232构成，提供TTL电平与232C电平的转化；LED指示灯驱动电路以及按键电路等。

第四章系统软件

第一节系统软件的整体设计思路

系统主要包含四种工作状态：停车状态、行驶状态、被盗状态和被抢状态。图7为系统的软件设计框图，单片机首先判别停车状态和行驶状态，这主要依靠密钥识别技术实现。密钥识别有很多种，本文设想采用射频识别技术（RFID，Radio Frequency Identification）。它的基本原理是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的，并交换数据。RFID系统的射频卡和读卡器之间不用接触就可完成识别，通过对RFID 卡进行读写操作，可实现对各类物体或设备（人员、物品）在不同状态（移动、静止或恶劣环境）下的自动识别和管理。RFID卡可存储128字节的数据，前4字节为ID号，该ID号是全球唯一的，可作为车主身份识别标志，剩余字节可用于存储一些辅助的校验信息。

在停车模式下，单片机会依次检测振动信息、倾角信息、车门信息、点火信息、人员信息是否正常，系统将综合上述信息判断车辆状态。如果判断结论为车辆被盗，则系统进入被盗模式。系统会首先将信息发送给车主，然后控制权交予车主，车主可以查询车辆的位置、车内的人员信息，还可以启动高分贝声光报警，关闭发动机、断油断电等操作。如果结论是车辆正常，则系统回到起始状态，再次循环。在行驶模式下，系统将不断查询求救按钮是否按下，一旦求救按钮按下，车辆将进入被抢模式。系统会首先将信息发送到指定的手机号码上（例如车主朋友），然后控制权交予控制中心（通过指定的手机号码），控制中心同样可以执行上述控制操作。

图4.1 系统的软件设计框图

第二节振动、倾角信息的提取和判别

有上文可知，我们需要从加速度信息中提取出以下三种信息：撬锁时车体振动、车门打开时的加速度信号、车辆的倾角变化。它们的波形如图4.2所示，在正常情况下，如图中的平稳区所示，X、Y、Z三个方向的加速度基本不变（但是有轻微的扰动）。有人撬锁时，加速度值会出现一个减幅震荡的过程，震荡的周期很短，只有十几个mS。而在车门打开的过程中，加速度值会出现一个很大的变化，并且持续的时间较长，能达到上百个mS。

图4.2 不同状态下的加速度信息

经分析我们可依发现，撬锁振动和车门打开时的加速度值都与加速度变化的速度有关，更适合用差分来表示；倾角的变化只与加速度值变化的大小有关，而与变化的速度无关，可以直接用当前的加速度来表示。针对声波振动所造成的误报，本文采用两种办法：由于声波振动的频率远高于撬锁振动的频率，适当降低ADC的采样频率就可以滤去大部分，系统的采样频率是1000Hz；若干项相邻差分值加权平均，这相当于低通滤波的作用，也可以滤除声波造成的振动，系统采用3项加权平均。假设ADC采样量化后的值为

A=a(1)+…+a(i-1)+a(i)+a(i+1)+…

加权系数为M1、M2、M3，则加权平均处理的公式为

b(i)=[M1*a(i-1)+M2*a(i)+M3*a(i+1)]/(M1+M2+M3)

对于倾角的检测通过现在的加速度值与平稳状态下的加速度值作差得到，设初始加速度值为a(0)，则当a(i)-a(0)的绝对值大于设定值时即可认为倾角变化超标，启动报警。ADC初始化的部分程序如下：

//ADC初始化程序

EnableInterrupts; /* enable interrupts */

PTBDD_PTBDD5=1; /* Set PTB5 as an output */

PTBD_PTBD5=0; /* Power the MM-2860 */

ADCCFG=0x18; /* (%00011000)

Bit 7 ADLPC 1 Configures for low power (lowers maximum clock speed)