基于多种传感器及89C51单片机的汽车多重防盗系统设计.doc

硕士研究生课程智能传感器技术（考查）自选课题题 目： 基于传感器的汽车防盗控制系统设计 学 院： 自动化工程学院 年级专业： 2012级信号与信息处理 2013年 5月 12日基于传感器的汽车防盗控制系统设计design of car wireless alarm control system based on sensor摘 要随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车手段，人们研制开发了不同方式结构的防盗器。本设计以单片机at89s52作为控制核心，从单片机最小系统设计、防人接近热释电检测电路的设计、玻璃防震、车身防击的振动检测电路的设计、防车门开启检测电路的设计、防接近驾驶座电路、汽车点火闭锁电路的设计、无线遥控电路及无线报警电路的设计等几个方面出发，详细研究和设计了汽车防盗报警器的各个部分内容，设计了单片机及其外围电路，并结合一套经典的程序算法。给出了一套合理的汽车防盗报警器软硬件解决方案。关键词 单片机 热释电 多普勒效应 无线报警abstractwith the development of scientific technology, in order to cope with the escalating, people develop the different ways of structure alarms. this design use at89s52 as control core, single chip microcomputer system design, the smallest people close to pyroelectric detection circuit design, body of the strike vibration testing circuit design, opening the doors of the detection circuit design and close to the drivers circuit design, wireless remote control circuit and wireless alarm circuit design and so on several aspect, gives a reasonable set of guard against theft alarm hardware and software solutions. key words scm pyroelectric doppler effect wireless alarm keil c51 at89s51目 录第一章 绪论11.1课题提出的背景11.1.1车辆防盗发展趋势分析11.1.2车辆防盗报警技术剖解21.2国内外发展现状31.3目前汽车防盗技术中存在的问题31.4课题研究任务4第二章 汽车防盗原理及总体设计52.1各监测模块电路方案的确定52.1.1车门开启检测传感器干簧管52.1.2车身冲击振动检测传感器压电陶瓷传感器52.2电路总体设计方案的确定6第三章 系统的硬件电路设计83.1报警检测电路的设计83.1.1干簧管车门开启检测电路的设计83.1.2压电陶瓷振动检测电路的设计93.2无线发射和接收电路的设计103.2.1编码芯片hs2262103.2.2解码芯片hs2272113.2.3射频发射-接收模块133.2.4无线发射-接收电路图的设计153.3点火闭锁电路设计193.4声光报警电路的设计19第四章 系统的软件设计214.1 keil c51简介214.2 at89s51单片机简介214.2.1 at89s51单片机的主要性能特点214.2.2 at89s51单片机的管脚说明224.2.3 at89s51单片机的优势244.3系统的中断服务程序244.4系统的主程序流程25第五章 总结27谢 辞28参考文献29青岛大学硕士研究生课程智能传感器技术（考查）自选课题 绪论第一章 绪论1.1课题提出的背景随着人民生活水平的不断提高，汽车以成为人们生活中不可缺少交通工具之一。而随着汽车数量的增加，特别是轿车正以很快的速度步入家庭，车辆被盗的数量逐年上升，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。人们为了车辆的安全大都安装了汽车防盗报警系统。随着经济与科技的发展，国内外汽车防盗新技术和新产品不断涌现。法国将gps卫星监控技术应用于汽车防盗装置并已进入实用化阶段，这为国内防盗技术的发展开辟了一条新思路。中国加入wto后.随着国外防盗产品不断涌入国内市场.国内在汽车防盗法规方面也制定了更为严格的标准，并投入大量资金积极开发新产品。因此，国内各大厂商应把握时机，合理利用国外先进防盗技术，建立行之有效的汽车防盗技术开发体系，以促进国内汽车防盗技术的快速发展。1.1.1车辆防盗发展趋势分析1.新的发展机遇随着经济与科技的发展，国内外汽车防盗新技术和新产品不断涌现。法国将gps卫星监控技术应用于汽车防盗装置并已进入实用化阶段，这为国内防盗技术的发展开辟了一条新思路。中国加入wto后.随着国外防盗产品不断涌入国内市场.国内在汽车防盗法规方面也制定了更为严格的标准，并投入大量资金积极开发新产品。因此，国内各大厂商应把握时机，合理利用国外先进防盗技术，建立行之有效的汽车防盗技术开发体系，以促进国内汽车防盗技术的快速发展。2.必然的较长发展时期由于国内经济、科技发展不平衡及地区性差异的存在，不同档次的汽车用户对防盗产品和技术的需求各异，使汽车防盗新技术和新产品在国内大面积推广还需要一段时间。目前，虽然国内外汽车防盗技术发展相当迅速，但对于汽车防盗方面的核心技术，世界各国普遍存在对外封闭的现象，造成国内汽车防盗技术的发展速度相对缓慢，需要一个长期的发展过程去赶超发达国家。3.朝着安全、简单、智能化和功能多样化的方向发展目前，国内外广泛应用的汽车防盗装置普遍存在结构复杂、价格昂贵、功能单一和可靠性差等缺点，并不能实现真正的防盗。要实现真正的防盗，需进一步提高产品的灵活性和适用性，应将控制技术、数据通讯及网络技术等应用到汽车防盗领域，使汽车防盗装置朝着安全、简单、高智能化及功能多样化方向发展。近年来流行的遥控无锁系统只是智能化、功能多样化的初步体现，未来汽车防盗装置还将向电子密码等多样化识别方向发展。汽车防盗技术的发展水平体现了一个国家科技发展水平和文明程度，要尽快提高国内汽车防盗的技术水平，缩小与世界发达国家的差距。结合国内实际情况，坚持自主研究开发，同时引进国外先进技术及设备，重视对汽车防盗技术的研究和推广，逐步提高汽车防盗科技水平。1.1.2车辆防盗报警技术剖解车辆的防盗报警由于巨大的市场前景，出现了许多不同类型的产品，且其产品的结构和特点各不相同。1.机械式防盗装置一种比较常见的防盗装置，主要利用简单的机械式原理锁住车上的某一部件，使其不能有效发挥应有的作用，以达到防盗的目的。优点是价格便宜，安装简便；缺点是使用不隐蔽，防盗不彻底，拆装麻烦。其在经历数次技术升级后，目前有了较可靠的方向盘锁和排挡锁等。此外，为增加防盗安全系数，给车辆安装数种机械式防盗装置，可在一定程度上吓走盗车贼，增加盗贼被发现的可能性。2.电子防盗报警装置克服了机械锁只能防盗不能报警的缺点，主要靠锁定点火或起动装置来达到防盗的目的，同时具有声音报警等功能。电子防盗装置设计较为先进、结构复杂，包括起动控制、遥控车门和报警部分，主要由防盗控制单元、识读线圈、警告灯、遥控钥匙等元件组成。电子防盗器一般都具有遥控功能，安装隐蔽，操作简便。缺点是容易误报，不能从根本上解决车辆丢失问题。当然随着科技的发展，电子防盗器也增加了许多方便、实用的附加功能。现在市场上出现了具有双向功能的电子防盗器，不仅能由车主遥控车辆，车辆还能将自身状态传送给车主。3.芯片式防盗装置通过锁住制动装置、电路和方向盘达到防盗目的，若没有芯片钥匙便无法起动车辆。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，杜绝了被扫描的可能。由于特点突出且使用方便，大多数轿车均采用它作为原配防盗器。目前国产大众、广州本田、派力奥等车型都装用原j1的芯片防盗系统。其已经发展到第四代，具有特殊诊断功能，不仅比电子防盗系统更有效，还具有其他先进之处：电子芯片钥匙和数码锁之间采用独特的射频识别技术可保证系统在任何情况下都能正确识别驾驶者，当驾驶者接近或远离车辆时可自动识别其身份，打开或关闭车锁。无论在车内还是车外，独创的tms37211器件能够探测到电子钥匙的位置。4.网络式防盗系统它通过网络实现车辆的起动、截停、定位，并可根据车主要求提供远程车况报告等功能。主要使用的网络有cps，它是靠锁定点火或起动发动机达到防盗的目的。网络式防盗突破了距离的限制，覆盖范围广，可用于被盗车辆的追踪侦查，可全天候应用，破案速度快，监测定位精度高。gps防盗技术可以说是一场技术革命，它一改传统防盗器的被动、孤立无助的被动式服务，能为车主提供全方位的主动式服务，是目前其他类型防盗系统所不能比拟的。但我国的网络式防盗技术的发展水平比较落后，与发达国家还有明显差距。5.其它防盗系统我国吉林某发明家现已研制成功一种d816型全方位遥控汽车防盗器。这种防盗器适用于各种车型，有全车、全方位防盗、报警和锁定功能。除车主之外，任何人想开动或撬、拆、击打汽车、盗窃轮胎或车上货物，都会发出不小于120分贝的强力报警声。其遥控器可随身携带。1.2国内外发展现状目前防盗报警产品市场约占安防市场的15左右。初步统计，截止2007年底，全国防盗报警器从业企业约6000家，其中生产厂商约100家，工程商约3000家，代理商1300家，经销商约1000家，研发商约300家，生产汽车防盗报警器的厂家约300家，2007年行业年产值（或营业收入）达150亿元。从业人员数为42万人，平均每家企业约70人。我国防盗报警行业呈现快速发展，防盗报警器的销售数量和总销售额均以3060的幅度高速攀升。从国内市场占有率来看，目前国内高端市场上的防盗报警系统大部分是国外品牌，无论在资金和技术上，都具备很强的优势。在中低端市场，我们权且不以代理商做比较标准，仅以达到一定规模的生产商作为考量依据，则形成了慑力、金冕王、豪恩、欧安、嘉宝等为代表的“粤军”与隆泰、宏泰、安达、科立信、时刻、酷狗等为代表的“闽军”对垒的局面。其中“粤军”以深圳为中心，“闽军”以福建泉州为中心。另据调查，北京市场上至少有50个品牌，以外埠产品为主，月销量为3-5万台。汽车防盗报警器的使用在很大程度上有效地保护了国家和人民生命财产的安全。使人们有了安全的依靠。同时车辆防盗报警器的使用也减少了盗窃犯罪事件的发生，起到了一定的威慑作用。1.3目前汽车防盗技术中存在的问题由于国内经济、科技发展不平衡及地区性差异的存在，不同档次的汽车用户对防盗产品和技术的需求各异，使汽车防盗新技术和新产品在国内大面积推广还需要一段时间。目前，虽然国内外汽车防盗技术发展相当迅速，但对于汽车防盗方面的核心技术，世界各国普遍存在对外封闭的现象，造成国内汽车防盗技术的发展速度相对缓慢，需要一个长期的发展过程去赶超发达国家。目前，国内外广泛应用的汽车防盗装置普遍存在结构复杂、价格昂贵、功能单一和可靠性差等缺点，并不能实现真正的防盗。要实现真正的防盗，需进一步提高产品的灵活性和适用性，应将控制技术、数据通讯及网络技术等应用到汽车防盗领域，使汽车防盗装置朝着安全、简单、高智能化及功能多样化方向发展。近年来流行的遥控无锁系统只是智能化、功能多样化的初步体现，未来汽车防盗装置还将向电子密码等多样化识别方向发展。汽车防盗技术的发展水平体现了一个国家科技发展水平和文明程度，要尽快提高国内汽车防盗的技术水平，缩小与世界发达国家的差距。结合国内实际情况，坚持自主研究开发，同时引进国外先进技术及设备，重视对汽车防盗技术的研究和推广，逐步提高汽车防盗科技水平。1.4课题研究任务本设计以单片机作为控制核心，需要设计单片机最小系统设计、玻璃防震、车身防击的检测电路设计、防车门开启检测电路的设计、汽车点火闭锁电路的设计、无线遥控电路及无线报警电路的设计等，需要设计单片机及其外围电路，完成系统硬件设计和软件编程。具体的设计要求包括：1、汽车玻璃振动，车受外力冲击,触发报警。2、车门与门框距离5mm,触发报警。3、车主可以在一定的范围接受到报警信号。报警信号发射距离200m,用户所持的微型遥控器接收报警信号，发出声光报警信号。29青岛大学硕士研究生课程智能传感器技术（考查）自选课题 汽车防盗原理及总体设计第二章 汽车防盗原理及总体设计 2.1各监测模块电路方案的确定2.1.1车门开启检测传感器干簧管本系统中车门开启检测采用干簧管与永磁铁的配合3。干簧管是一种磁敏的特殊开关。它通常由两个或三个既导磁又导电材料做成的簧片触点，被封装在充有惰性气体(如氮、氦等)或真空的玻璃管里，玻璃管内管内平行封装的簧片端部重叠，并留有一定间隙或相互接触以构成开关的常开或常闭接点。当永久磁铁靠近干簧管时，或者由绕在干簧管上面的线圈通电后形成磁场使簧片磁化时，簧片的接点就会感应出极性相反的磁极。由于磁极极性相反而相互吸引，当吸引的磁力超过簧片的抗力时，分开的接点便会吸合;当磁力减小到一定值时，在簧片抗力的作用下接点又恢复到初始状态。这样便完成了一个开关的作用。因此可以作为传感器用于计数，限位等等。将其装在车门上，可作为汽车车门开启的检测的传感器。2.1.2车身冲击振动检测传感器压电陶瓷传感器某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。依据电介质压电效应研制的一类传感器称为为压电传感器2。图2-1 压电陶瓷传感器结构原理图图2-1所示为压电陶瓷传感器结构原理图，压电元件一般由两片压电片组成。在压电片的两个表面上镀银层，并在银层上焊接输出引线，或在两个压电片之间夹一片金属，引线就焊接在金属片上，输出端的另一根引线直接与传感器基座相连。在压电片上放置一个比重较大的质量块，然后用一硬弹簧或螺栓、螺帽对质量块预加载荷。整个组件装在一个厚基座的金属壳体中，为了隔离试件的任何应变传递到压电元件上去，避免产生假信号输出，所以一般要加厚基座或选用刚度较大的材料来制造。测量时，将传感器基座与试件刚性固定在一起。当传感器感受到振动时，由于弹簧的刚度相当大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小，因此质量块感受到与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力作用。这样，质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上。由于压电片具有压电效应，因此在它的两个表面上就产生了交变电荷（电压），当振动频率远低于传感器固有频率时，传感器的输出电荷（电压）与作用力成正比，即与试件的加速度成正比。输出电量由传感器输出端引出，输入到前置放大器后就可以用普通的测量器测出试件的加速度，如在放大器中加进适当的积分电路，就可以测出试件的振动加速度或位移。利用压电传感器的这个效应，可以做成用于检测振动的传感器。本设计玻璃振动、车身振动的检测传感器采用压电陶瓷传感器。2.2电路总体设计方案的确定综合以上的考虑，汽车防盗报警器采用两种方式进行报警信号的检测：玻璃撞击、车身冲击振动检测采用压电陶瓷传感器；汽车车门的异常开启检测传感器采用干簧管作为传感器。这两种检测电路监测汽车内外的安全状态，并送入单片机进行综合处理。有任一路检测电路检测到报警信号时，系统将发出声光报警，这就需要设计声光报警电路。系统能够通过遥控器按键操作设置布防和解除布防状态，这就需要设计遥控编码发射和接收解码电路。此外，主机的报警信号需要能够通过无线发射，用户所持的遥控器要接收报警信号,遥控器也将发出声光报警信号，需要设计报警信号的编码发射电路和接收解码电路以及遥控器上的声光报警信号。系统的主机部分总体设计框图如图所示：车门开启检测电路车身振动检测电路单片机声光报警电路遥控接收解码电路报警编码发射电路发动机点火闭锁电路图2-2 系统主机部分总体设计框图系统的遥控器部分设计框图如图2-2所示：按键电路编码电路射频发射电路报警信号射频接收电路解码电路声光报警电路图2-3 系统遥控器部分设计框图报警器通过遥控器上设计的按键电路来设置系统处于布防状态还是解除布防状态。按键的操作通过编码电路进行地址编码，通过射频发射模块发射。 经主机的遥控接收解码电路接收和处理后送入单片机，由单片机处理。在系统处于布防状态下时，系统将启动发动机点火闭锁电路，防止发动机被点火。当有任一路检测电路检测到报警信号时，系统将发出声光报警，并且报警信号通过主机报警编码发射电路无线发射，经过用户所持的微型遥控器射频接收电路接收、再经过解码电路解码，产生报警信号,在遥控器上也将发出声光报警信号。青岛大学硕士研究生课程智能传感器技术（考查）自选课题 系统的硬件电路设计青岛大学硕士研究生课程智能传感器技术（考查）自选课题 系统的硬件电路设计第三章 系统的硬件电路设计3.1报警检测电路的设计3.1.1干簧管车门开启检测电路的设计本设计车门开启检测电路采用干簧管。干簧管是把两片即导电又导磁的材料组成的簧片平行的封入充有撱性气体的玻璃管中组成的开关元件。两簧片一端重叠并有一定的空隙，便于形成接点。当永久磁铁靠近单簧管或者有绕在单簧管的线圈通电形成的磁场使簧片磁化，簧片的接点部分就感应出极性相反的磁极。异性相吸，当吸引力大于弹簧的弹力时，接点就会吸合；当磁力较小到一定程度时，接点被弹簧的弹力打开。 干簧管的接点形式有两种:一是常开接点（h）型，平时打开，只有簧片被磁化时，接点才结合；二是转换接点的单簧管：结构上有三个簧片，第一片用只导电不导磁的材料做成，第二第三用即导电又导磁的材料做成，上中下依次是1，3，2。平时，由于弹力的作用，1、3相连；当有外界磁力，2、3磁化，相吸。形成一个转换开关。干簧管体积小，质量轻，簧片轻而短，有固有频率，可提高接点的通断速度，通断的时间仅为13ms，比一般的电磁继电器快510倍。接点与大气隔绝，管内有稀有气体，可减少接点的氧化合碳化；并且由于密封，可防止外界有机蒸气和尘埃杂质对接点的侵蚀。 图3-1 干簧管结构图车门开启检测电路如下图所示。控制干簧管接点闭合、打开的磁铁这里用电磁铁来实现，由三极管q3来完成电磁线圈的驱动，三极管的基极通过限流电阻r12与单片机的i/o端口相连，电磁线圈是否带磁性由单片机来控制。二极管d6这里是续流二极管，起到保护三极管的目的。干簧管通过上拉电阻r11接到高电平，干簧管的另一端接地，这样干簧管闭合时，通过限流电阻r10送到单片机端口的就是低电平，当干簧管打开时，送到单片机端口的就是高电平。在布防状态下，单片机控制引脚输出高电平，三极管q3导通，电磁线圈带电，也就有了磁性；车门关闭时，干簧管的常开接点也就闭合，这时送到单片机端口的就是低电平。如果车门被人恶意开启，干簧管闭合的接点就会打开，送到单片机端口的就是高电平。单片机通过判断输入电平的状态就可以判断车门的开关状态。图3-2 车门开启检测电路3.1.2压电陶瓷振动检测电路的设计系统振动检测电路如下图所示。压电陶瓷传感器6通过上拉电阻接到vcc， 它将接收到的振动信号装换成微弱电信号。这一微弱电信号经过共射极三极管放大电路放大后送到由lm393构成的比较器电路的输入端，比较器的门限电压取决于可调电阻r15和电阻r16，当检测到的信号电压超过门限电压时，比较器将输出状态将发生变化，这一变化送到单片机i/o端口，供单片机处理判断。图3-3振动检测电路设计lm393作为专用比较器集成电路7，其输出为集电极开路输出，两个比较器的输出可直接并联，共用外接电阻，它可以双电源供电，也可以单电源供电。该比较器的电源电压是236v，输出电流大，可直接驱动ttl和led。类似型号是lm219，四电压比较器lm319。lm139、lm239和lm339与lm119的功能基本相同。lm393的符号见图3-4。其中11脚为正电源，6脚为电源地，3脚为比较器1的地线，8脚为比较器2的地线。图3-4 lm393的符图3.2无线发射和接收电路的设计3.2.1编码芯片hs22621、hs2262概述hs2262是cmos工艺制造的低功耗通用编码电路，编码由用户可灵活改变的地址码和数据码组成8。hs2262具有省电模式，可用于无线电和红外线遥控发射；其外围应用电路元器件少，振荡电路只需外接一个电阻即可构成振荡回路；它的数据最多可达6位，地址码最多可达531441（312）种；同时hs2262具有多种封装形式和很宽的工作电压范围，它在1.3v到12v之间都可以正常工作。2 、其各个引脚的功能说明见下表名称管脚说明a0-a111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空)d0-d57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉vcc18电源正端（）vss9电源负端（）te14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效osc116振荡电阻输入端，与osc2所接电阻决定振荡频率osc215振荡电阻振荡器输出端dout17编码输出端（正常时为低电平）表3-1 hs2262引脚功能说明3、hs2262的工作过程hs2262将a0-a11，d5-d0引脚端的状态（包括地址和数据）编码为一个特殊的波形并且在te脚为0时输出波形到dout口。这个波形送到rf调制器或ir发送器处理后进行发送。对方的rf解调器或ir接收器收到发送过来的无线频率信号或红外线信号后将之整形为对应的波形，然后hs2272就可以对这个波形进行解码输出。这样就完成了遥控编码和解码的过程，下图为hs2262工作流程图:图3-5 hs2262工作流程图3.2.2解码芯片hs22721、hs2272概述解码芯片hs2272是与hs2262编码芯片配对使用的遥控解码器9,采用cmos工艺制造.它具有12位三态地址引脚,可提供最多531441(312)种地址码,因此可以显著得减少码间冲突和恶意码扫描的可能性。hs2272可在多种设置下使用,以适合各种应用需要:数据输出引脚数可改变,数据输出形式可为锁存输出或即时输出。hs2272具有以下特点：1）cmos工艺制造，低功耗 2）很高的抗噪声度 3）可达12个三态地址引脚 4）可达6个数据引脚 5）工作电压范围宽:vcc=415v 6）单电阻振荡器 7）锁存或即时输出形式 8）使用dip和sop封装，hs2272的应用范围很广泛，主要包括：汽车防盗系统、遥控风扇、车库门控制器、住宅防盗/自动化系统、遥控玩具、工业方面的遥控应用等。2、hs2272的功能框图及引脚说明hs2272解码芯片的功能框图如下图所示。主要包括三态地址数据检测、系统时钟、振荡器、控制逻辑、比较逻辑、输出逻辑、数据检测和同步检测等几个部分。图3-6 hs2272解码芯片的功能框图其各个引脚的功能说明见下表名称管脚说 明a0-a51-6地址引脚a0-a5.三态引脚(0,1或f),对应编码波形中的bit0-bit5a6/d5-a11/d07-8 10-13地址引脚a6-a11/数据引脚d5d0.用作高地址位还是数据输出取决于hs2272的使用型号.用于地址输入时,为三态引脚(0,1或f),对应编码波形中的bit6-bit11;用于数据输出时,如果收到波形的解码地址与地址引脚的地址设置相匹配,且收到的相应的数据位为1时,引脚升至vcc.否则降为vss.锁存型只有在接收到下一数据才能转换vcc18电源正端（）vss9电源负端（）din14数据信号输入端，来自接收模块输出端osc116振荡电阻输入端，与osc2所接电阻决定振荡频率osc215振荡电阻振荡器输出端vt17解码有效确认 输出端（常低）解码有效变成高表3-2 hs2272引脚3、hs2272的功能描述hs2272解码接收送入din引脚的波形，将输入的波形解码成包括地址,数据和同步位的码字，将解码的地址位与地址输入引脚设置的地址进行比较.如果2个连续的码字都匹配,hs2272置数据位对应的数据输出引脚为1,并将vt输出置为高电平。hs2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有lx /mx之分，其中l表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。m表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀中x表示有几路并行的控制通道，当采用4路并行数据时（hs2272-m4)，对应的数据编码是4位，地址编码是8位；如果采用6路的并行数据时(hs2272-m6)，对应的数据编码是6位，地址编码是6位。4、hs2272有效接收确认当hs2272收到编码信号时，它会检查该信号是否有效。有效的输入满足以下两个条件：1）它必须是一个完整的字码；2）码地址必须与接收电路的码地址端子上的设置一致。当进行两个连续有效的码字后，hs2272会将接收到的数据在相应的数据输出端输出，并将vt置为高电平。它们的定时关系见下图：图3-7 hs2272 接收有效时序图3.2.3射频发射-接收模块随着现代电子技术的飞速发展，越来越多的通讯产品大量涌现出来，尤其是无线通讯领域的新产品，更是琳琅满目。目前，天线通讯方式有无线电、红外线、微波等多种方式，而且可供选择的模块也有很多种。考虑到应用环境和价格等因素，本设计选择其中廉价的发射模块（f05c）和接收模块（j05c）进行介绍。它们价格便宜、传输距离较远、可靠性高，特别适合于低成本的无线通讯设备使用。1、射频发射模块发射模块f05c原理如图3-8所示6。f05c采用声表谐振器稳频，smt树脂封装，频率一致性较好，免调试，特别适合多发一收无线遥控及数据传输系统；而一般lc振荡器频率稳定度及一致性较差，即使采用高品质微调电容，误差变化及振动也很难保证已调好的频点不会发生偏移。f05c具有较宽的工作电压范围及低功耗特性。当发射电压为3v时，发射电流约为2ma，发射功率较小；12v为最佳工作电压，具有较好的发射效果，发射电流约为58ma，大于12v时直流功耗增大，有效发射功率不再明显提高。f05c系列采用am方式调制以降低功耗，数据信号停止发射时发射电流降为零，数据信号与f05c之间采用电阻而不能采用电容耦合，否则f05c将不能正常工作。数据信号电平应接近f05c的实际工作电压以获得较高的调制效果，f05c对过宽的调制信号易出现调制效率下降、收发距离变近的现象。当脉冲高电平宽度在0.081ms时发射效果较好，大于1ms时效率开始下降；当脉冲低电平宽度大于10ms时，接收到的数据第一位极易被干扰（即零电平干扰）而引起不解码。如采用cpu编译码，可在数据识别位前加一些乱码以抑制零电平干扰；如采用通用编解码器，可调整振荡电阻使每组码中间的低电平区小于10ms以抑制零电平干扰。f05c输入端平时应处于低电平状态，输入的数据信号应是正逻辑电平，幅度最高不应超过f05c的工作电压。图3-8 发射模块f05c原理图f05c天线长度可在0250mm之间调节，也可无天线发射，但发射效率下降。f05c为改进型，体积更小，内含隔离调制电路以消除输入信号对射频电路的影响，信号直接耦合，性能更加稳定。f05c应垂直安装在抑制板边部，并应离开周围器件5mm以上，以免受分布参数影响而停振。f05c发射距离与调制信号频率及幅度、发射电压及电流容量、发射天线、接收机灵敏度及收发环境有关。f05c加240mm小拉杆天线发射时，在开阔区最大发射距离约250m，在障碍区相对要近，由于折射反射会形成一些死区及不稳定区域，不同的收发环境会有不同的收发距离。如需要远的可靠距离，可在f05c的输出端增加一级射频功率放大器。2、射频接收模块芯片内含低噪声射频放大器、混频器、本地振荡器、中频放大器、滤波器及限幅比较器，输出为数据电平信号，可直接接至标准解码器或cpu解码器，适合与ask方式的发射器配套使用，适用于各种遥控报警器及单片机短距离数据传输设备。j05c接收频率分为315mhz及433.92mhz两种，并具有较好的频宽及温度补偿特性，可与一般精度的声表谐振器稳频的发射机及lc发射机配套使用而不需要调整接收频率，较宽的工作温度范围可适应各种工作环境。j05c对电源要求不太苛刻，可以使用开关电源，并具有较宽的工作电压范围及低功耗特性，2v时只消耗约2ma电流，3v消耗约2.5ma电流，但5v以下供电接收灵敏度要下降35dbm，5v供电可处于最佳接收灵敏度状态。j05c模块具有休眠功能，当芯片9脚为高电平（vdd-3v以上）时，接收机可处于休眠状态，此时耗电约25a。通常芯片9脚已接为低电平（0.8v以下），处于正常接收状态，若需休眠功能可自行改动。j05c接收天线的长度为接收频率的1/4波长，约22cm，阻抗约37，为最佳匹配天线，但在实际应用中会受到各种条件限制，具本需试验确定。当信号较弱而干扰点又引起信号不稳时，可将天线剪去5cm也许会有所改善。也可采用螺旋天线或将天线直接做在pcb板上，甚至无天线接收，当然接收灵敏度要下降。匹配良好的收发天线能使收发模块性能达到最佳状态，而匹配不良的收发天线会使收发距离变得很近。j05c最大数据传输速度为5kbps，调整内部电容值可达到20kbps，但过高的数据速率会降低接收灵敏度及增大误码率。用于单片机收发系统，速率可取4.8kbps或2.4kbps，同时应兼顾到收射效率。当数据中有连续几个“1”且脉宽超过1ms时，会引起发射效率下降，而且太大的占空比及大低的频率易引起过调制。高电平脉宽在0.11ms范围内，收发效果较好。不合适的数据速率同样会影响到收发距离，甚至收不到信号。j05c输出端可直接与标准解码器及单片机接收。j05c在未收到发射信号时可输出随机噪声，幅度为vdd-0.3v值；当收到信号时，噪声被抑制；当信号变弱时，出现声干扰点，此时信号处于不稳定区，若采用单片机解码则会因误码率增大而出现数据错误，此时可在数据位前加乱码抑制零电平状态干扰，最好工作在可靠区域以减小误码率。3.2.4无线发射-接收电路图的设计1、hs2262与hs2272的匹配1） hs2262与hs2272芯片的地址编码设定设置地址编码的原则是：同一个系统地址码必须一致；不同的系统可以依靠不同的地址码加以区分。在通常使用中，我们一般采用8位地址码和4位数据码，这时编码电路hs2262和解码hs2272的第18脚为地址设定脚，有三种状态可供选择：悬空、接正电源、接地三种状态，3的8次方为6561，所以地址编码不重复度为6561组，只有发射端hs2262和接收端hs2272的地址编码完全相同，才能配对使用。例如将编码芯片hs2262的第1脚接正电源，其它引脚悬空，那么解码芯片hs2272只要也第1脚接正电源，其它引脚悬空就能实现配对接收。当两者地址编码完全一致时，hs2272对应的d1d4端输出高电平控制信号，同时vt端也输出解码有效高电平信号。用户可将这些信号加一级放大，便可驱动继电器、功率三极管等进行负载遥控开关操作。2）hs2262与hs2272振荡电阻的匹配hs2262和hs2272除地址编码必须完全一致外，振荡电阻还必须匹配，否则接收距离会变近甚至无法接收。hs2272的内置振荡电路通过外接一个电阻就可构成精确的振荡器.为了使hs2272能正确解码接收到波形,rf工作方式下hs2272的振荡频率通常是hs2262发送频率的2.58倍。一般典型振荡电阻值如下表：hs2262hs22724.7m820k3.3m680k2.2m390k1.5m270k表3-3 hs2262、hs2272编解码芯片典型振荡电阻值本设计编码编码电路hs2262的振荡电阻值选取:4.7m; 解码电路hs2272的振荡电阻值选取820k。2、遥控发射-接收电路图图3-9 系统遥控按键编码及发射电路图3-10 遥控无线发射-接收电路图3-9为系统遥控按键编码及发射电路，图3-10为接收解码电路电路图。hs2262地址引脚全部为悬空状态，与解码电路中hs2272的地址位状态对应。当有布防或者解除按键按下时，作为数据送到了数据输入引脚，经hs2262处理，编码信号从dout输出送给射频发射模块f05c，通过天线发射出去。发射电路中只有当有按键按下时，编码芯片hs2262 和发射模块f05c的电源才会通过二极管d4或d5接通。这样在遥控器没有按键按下时，发射电路的功耗就为零，这样最大限度降低了遥控器的功耗。当发射端有信号发出时，由接收端天线接收，射频接收模块对接收到射频信号进行解调、放大、滤波等处理后送hs2272的din引脚，由hs2272进行解码。将解码的地址位与地址输入引脚设置的地址进行比较.如果地址匹配,hs2272置数据位对应的数据输出引脚为1,并将vt输出置为高电平。这三个输出端送单片机供单片机判断处理。3、报警信号无线发射-接收电路图图3-11报警信号编码及发射电路图3-12 报警无线发射-接收电路图3-11为报警信号编码及发射电路，图3-12为报警信号接收解码电路电路图。电路的基本原理与遥控发射-接收电路相同。不同的是送到发射编码电路的不是按键操作而是单片机送出的报警信号。编码和解码电路的地址设置也与遥控发射-接收电路不同，都将地址引脚a0和a1接为低电平，其他全部为悬空状态。接收电路中二极管d2、d3和电阻r29 构成了二极管与门电路，当数据输出引脚为1,并且vt输出也为高电平时，电路才输出高电平，这一高电平信号分别通过三极管q4和q5驱动蜂鸣器和高亮发光二极管，发出声光报警，提醒汽车主人注意。3.3点火闭锁电路设计系统在布防状态下，电火电路是被闭锁的，也就是说系统布防后，汽车的点火电路被断开。即使车钥匙也无法启动汽车，点火闭锁电路采用继电器控制，这部分电路图如图3-16所示。点火闭锁由单片机控制，通过三极管q2驱动继电器j1， 继电器的一对常闭接点串入发动机点火回路，由单片机控制是否切断点火回路。二极管d1为续流二极管。图3-13系统点火闭锁电路3.4声光报警电路的设计自动遥控报警系统的声光报警电路部分电路图如下图所示。光报警电路采用高亮发光二极管，通过npn型三极管9013驱动，三极管的基极通过电阻接至单片机的i/o端口。当单片机端口输出高电平时，三极管导通，发光二极管点亮，当单片机端口输出低电平时，三极管截至，发光二极管熄灭。系统的大功率声音报警电路重要由报警音乐集成电路kd9561和音频功率放大电路tda2003构成。单片机输出的报警信号加到报警音乐集成电路kd9561的sel1脚上，当输入为高电平时，触发报警，kd9561输出报警音响信号；当输入为低电平时，停止报警音响输出。kd9561是专用报警音乐集成电路，只需要简单的外围元件就可以输出报警音频信号，sel1脚是报警音响选择端，报警音频信号从out引脚输出，通过电容c11耦合给后级电路。但kd9561输出的这一音频信号还比较微弱。需要音频功放电路才可以使输出的报警功率足够大。tda2003是专用音频功率放大电路。输出功率达10w，图3-17中功放部分是tda2003的典型应用电路，元件参数选取典型数值，音频信号通过2脚输入，通过改变可调电阻r29，可以调整报警音量的大小。报警电路音量调整及扬声器的安装要注意其防破坏的措施，避免报警装置被盗车者轻易破坏，失去报警作用。图3-14 系统声光报警电路青岛大学硕士研究生课程智能传感器技术（考查）自选课题 系统的软件设计第四章 系统的软件设计4.1 keil c51简介c51程序大体上是一个函数定义的集合，在这个集合中有仅有一个名为main的函数(主函数).主函数是程序的入口，主函数中的所有语句执行完毕，则程序执行结束.c5l提供的数据结构是以数据类型的形式出现的，我们最常用的keil c5l编译器具体支持的数据类型有：位型(bit)、无符号字符(unsigned char)、有符号字符(signed char)、无是一种源于编写unix操作系统的语言，它是一种结构化语言，可产生紧凑代码.c结构是以括号()而不是字和特殊符号的语言。c可以进行许多机器级函数控制而不用汇编语言.与汇编相比，有如下优点：1）对单片机的指令系统不要求了解，仅要求对8051的存贮器结构有初步了解；2）寄存器分配、不同存贮器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理；3）程序有规范的结构，可分为不同的函数，这种方式可使程序结构化；4）具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力，改善了程序的可读性；5）关键字及运算函数可用近似人的思维过程方式使用；6）编程及程序调试时间显著缩短，从而提高效率；7）提供的库包含许多标准子程序，具有较强的数据处理能力；8）已编好程序可容易地植入新程序，因为它具有方便的模块化编程技术。8051系列单片机作为工业标准地位，从1985年开始就有8051单片机的c语言编译器。简称c51。基于单片机编程语音的上述特点，本设计采用c语言编程。因为本设计共有四路报警信号需要输入并且选择中断输入的方式。因此，系统软件主要包括中断服务程序流程和主程序流程。4.2 at89s51单片机简介at89s51是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes isp(in-system programmable)的可反复擦写1000次的flash只读程序存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准mcs-51指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和isp flash存储单元，at89s51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 4.2.1 at89s51单片机的主要性能特点1、4k bytes flash片内程序存储器；2、128 bytes的随机存取数据存储器（ram）；3、32个外部双向输入/输出（i/o）口；4、2个中断优先级、2层中断嵌套中断；5、6个中断源；6、2个16位可编程定时器/计数器；7、2个全双工串行通信口；8、看门狗（wdt）电路；9、片内振荡器和时钟电路；10、与mcs-51兼容；11、全静态工作：0hz-33mhz；12、三级程序存储器保密锁定；13、可编程串行通道；14、低功耗的闲置和掉电模式。4.2.2 at89s51单片机的管脚说明vcc：电源电压输入端。gnd：电源地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。图 4-1 at89s51管脚图p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口除了作为普通i/o口，还有第二功能：p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /