汽车智能防盗器研究【优秀毕业课程设计】

I 汽车智能防盗器研究 摘 要 自九十年代初以来，随着汽车盗窃案的大量增加，推动了对有效防盗系统的需求，同时也推动了应答器技术的发展，出现了一种新的解决方法，利用它可以对授权及钥匙的真实性进行检测，此方法是通过对点火装置的闭锁实现电子防盗功能。 论文首先介绍了选题的背景及意义，然后提出了系统的整体设计思想，据此进行软硬的选择及系统的实现。 本文对系统的应用环境进行了分析，论述了单片机控制器的结构和工作方式。在此基础上，提出了对多功能车载通信系统的设计要求以及实现方案。论述了以 80设计和软件设计。 基于理论和技术的讨论，本文最终设计出了一个车载防盗终端设备模型，编制了设备的控制软件。 关键词： 防盗器，单片机，汽车，智能， of of of 0s, we a by At of of of be of of On we to it 0as on an of 录 摘 要 . I . 绪论 . 1 言 . 1 内外汽车防盗设备的发展现状 . 2 2 89. 4 9. 4 9特点 . 4 脚描述 . 6 殊功能寄存器 . 10 储器 . 11 述 . 11 性 . 11 荡器特性 . 11 位 . 11 功耗模式 . 12 钟停止模式 . 12 式 . 12 电模式 . 12 9断控制寄存器 . 12 断屏蔽寄存器 . 13 断优 选级寄存器 . 13 行口控制寄存器 . 14 9断响应过程 . 14 3 汽车防盗的跳码 技术 . 16 理简述 . 16 性能 . 17 用 . 18 语 . 19 4 语音报警电路 . 21 . 21 作模式 . 21 . 22 5 振动传感器 . 26 述 . 26 作原理 . 28 用设计 . 29 脚连接 . 29 置脉宽占空比信号 . 29 波器的设计 . 30 2和分辨率 . 31 定标 . 31 6 驱动器、电压比较器和稳压电路 . 33 动器 . 33 压比较器 . 33 特点 . 33 源原理图及工作原理简述 . 34 V 500压 . 34 要性能 . 35 脚图和引脚名称 . 35 7 程序框图和程序 . 37 程图 . 37 程序框图 . 37 断程序框图 . 38 出框图 . 39 间寻车方框图 . 40 序 . 40 程序 . 40 断程序 . 41 出程序 . 41 间寻车 . 42 致 谢 . 44 参 考 文 献 . 45 汽车智能防盗器研究 45 1 绪论 言 汽车 这个人类工业文明的产物、现 代人的代步工具、曾经被视为奢侈品的商品，随着国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，已经逐渐地成为我国寻常百姓家的新成员。统计结果表明： 2003中国轿车的需求量保持在 20%25%的年增长速度：到 2005 年，国内有能力购车的家庭约达 4500 万户；而到 2010 年，中国将很有可能成为全球仅次于美国和日本的第三大汽车市场。拥有私家车已成为当今中国家庭进入时尚、现代生活的标志之一。 但是随着汽车数量的增加，盗窃分子也开始把目光投向作为高档消费品的汽车。据“ 新浪网 ”2004 年 7 月 22日报，我国每年发生 汽车盗案件十万多起，平均每天被盗的车辆达 300多辆。就北京而言，北京市公安局 110服务台每天都会接到十余起机动车被盗的警情报告。实际情况表明防盗装置已经成为汽车不可或缺的附件之一。 遥控式汽车防盗系统已广泛地在中、高档汽车上安装使用，它是由司机携带的遥控发射器和汽车内的防盗控制装置组成。每次司机离车时，先用遥控发射器给汽车上“ 锁 ” ，即遥控启动汽车上的防盗警戒系统，此后如果有人推动汽车、撬砸车门窗（受振动）、非法开车（强行点火），汽车防盗系统均会发出高音警报并断开汽车点火启动系统，以保护汽车安全。合法司机会在 上车前用遥控发射器给汽车开 “ 锁 ” ，令警戒系统解除。这种遥控发射机发出的是含有一串固定密码的高频控制信号，每套防盗系统的密码均不相同，因此每个司机都能放心地遥控自己的汽车防盗系统。因使用方便，可靠度高，安全性能好，车内安装隐蔽等特点，遥控式汽车防盗系统成为市场主流产品，仅1995年底统计这类防盗系统的销量就达 700万台，国内安装量也达 40 万台。 虽然绝大多数轿车都装有汽车防盗器，但是抽样调查显示：在失窃的汽车中，一半以上都是装有汽车防盗系统的；在北京，这些数据 足以说明现有汽车防盗装置的防盗手段并不可靠。 在近两年，防盗系统的安全性能遭到了严重的威胁，在国内外都发生了歹徒用先进仪器破解合法司机遥控发射器中的密码信号，然后以合法身份使用汽车的案例。随着电子科技尤其是单片机技术的发展，截获、破解、复制遥控密码信号已越来越容易，因此，这类遥控密码固定不变的防盗系统存在着较大的安全隐患。魔高一尺，道高一丈，科技人员针对这一问题又研制出新的防盗系统，它的遥控密码每次都在随机改变，一旦使用过的密码即告作废，不再使用，令歹徒即使截获、破解、复制成功也无法具有合法身份遥控汽车。这 其中的关键技术就是高度安全的跳变型编解码集成电路。 另外，现今的汽车防盗警报器常常使用语音报警。为了使警报声有别于环境中的背景声，汽车警报器的音量常常高达 125分贝。这种报警声音极具穿透力，无论是在万籁 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 2 俱寂的深夜，还是在人们睡意正浓的清晨，总能成功地侵入人们的双耳，打扰人们的安宁，使本来就缺少安静环境的都市居民为之疯狂。在美国纽约市警察局 “ 生活质量热线 ” 所接到的投诉电话中，有多达 85%的是关于噪声污染的，其中大部分是汽车防盗报警器的噪音投诉，汽车报警声已经成为城市噪声污染源之一。 由此看来，现有的汽车防盗系 统不但不能满足汽车防盗的需求，同时还存在着噪声污染、功耗高、误报率高等诸多缺欠。因此，设计新一代的更为可靠、环保的汽车防盗系统是汽车制造业发展一种必然趋势。 内外汽车防盗设备的发展现状 现代汽车在出厂时大多已经安装了防盗系统：如奥迪 萨特 来、桑塔纳 2000 等国产车型，奔驰、宝马、沃尔沃、福特、丰田等进口车型都自带防盗装置；另外，市面上还有 镜蛇、蓝雄兵、铁甲熊等品牌的汽车附加防盗器。 目前国际上通用的汽车防盗的核心思想是防止 “ 汽车整车 ” 被盗 ：也就是说即使盗贼将车门打开进入车内，却仍然无法将车开走。这些防盗装置常用的防盗手段为：机械式防盗、电子式防盗、芯片式数码防盗、 络式防盗以及利用车载电话系统实现防盗功能。 （ 1）机械式防盗器 机械式防盗器是市面上最简单、最廉价的一种，主要分为方向盘锁和排挡锁两大类，其原理是将方向盘和控制踏板锁住，使汽车无法开动。其优点是价格便宜，安装简便；缺点是防盗不彻底，每次拆装麻烦，不用时还要找地方放置。机械式防盗器主要起到限制车辆操作的作用，在防盗方面作用有限。这种防盗器很难抵挡住利用钢锯等重型工具的盗窃方式 。但它们却能拖延偷车贼作案的时间却是事实，一般偷车贼要用几十秒甚至几分钟才能撬开。 （ 2）电子式防盗器 电子式防盗锁是目前应用最广的防盗锁之一，分为单向和双向两种类型。单向的电子防盗系统的主要功能是：无论是发动机盖、行李舱或车门的开启，还是车辆被碰撞，或者是有人闯进车厢，警报器都会发出警报引起车主及他人的注意。双向可视的电子防盗系统相比单向的更为直观，能让车主知道汽车的实时情况，当汽车有异动警报时，遥控器上的显示器会显示汽车的状况，但缺点是有效范围只有 100。电子防盗系统的致命伤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，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。而且，这种防盗器经常会有误报警的情形发生，产生扰民噪声，人们对此也习以为常，使其防盗效果大减。 （ 3）芯片式数码防盗器 汽车智能防盗器研究 45 芯片式数码防盗器是现在汽车防盗器发展的重点，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发动机、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。最新面世的 第四代电子防盗芯片，具有特殊诊断功能。即己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。 （ 4） 这是一种目前最先进，也是相对最有效的防盗产品。其原理是在车上安装一个小型的 过无线通信网络和 种装置具有定位准、监控范围广、主动报警、反应快、找回率高的特点，在车辆被偷之前能够主动通知车主，即便车辆被偷走，该装置也能够协助警方探测出车辆的下落，很快便可以找 回失窃车辆。另外，该装置在夜间车主熟睡的时候或车主不在车旁的时候，能够自动识别警情并提醒车主。使用该装置的优点是被盗车辆寻回率高，便于跟踪、控制车辆，缺点是此装置需要一套庞大完善的跟踪系统、 24 小时的人工监控车辆，相对那些简单的防盗器价格要昂贵一些。 （ 5）车载电话系统 车载电话是兼顾行车安全且又方便时尚的产品，在欧美等发达国家和地区已作为轿车的标准装置而广泛应用在智能防盗功能方面。该系统除正常通讯功能外，当受到异常开启车门或起动等现象时，会按照预设的报警电话语音提示警情报警。即使切断车辆的电源，通讯防盗主 机的后备电池也可持续工作 8小时，确保防盗功能的持续性。 以上几种防盗装置各有优劣，汽车防盗的发展方向是朝着智能程度更高的芯片式和网络式发展，而这也是我们所选择的方向。 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 4 2 89片机简介 9介 89一种带 4K 字节 编程可擦除只读存储器（ 低电压，高性能 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100次。 该器件采用 工业标准的 令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 闪烁存储器组合在单个芯片中， 一种高效微控制器。 9特点 （ a） 8中央 处 理 单 元 ） 。 （ b）具有布尔代数处理能力（位元逻辑运算指令） 。 （ c）内部有 4 （ d）内部有 128 （ e）内部有 2组 16 （ f）有 32 条（ 4 组 8 位元）双向输入输出（ I/O）线，且每条输入输出线，可以单独被定址。 （ g）具有全双工（同時可以双向传送资料）的串列通讯。 （ h）可接受 5个中断来源。 （ i）内部有时钟振荡电路。（最高频率 12 （ j） 4 部结构 图 29汽车智能防盗器研究 45 （ 1） 算术逻辑运算部件主要用来完成数据的算术和逻辑运算。 2 个输入端和 2个输出端，其中一端接至累加器，接收由累加器送来的一个操作数；另 一端接收 加运算的操作数在 算结束后，一方面将结果送至累加器，同时将操作结果的特征状态送标志寄存器。 （ 2） (a)16位寄存器 (b)存放下一条将要执行的指令地址 每条指令都有自己的地址 ,据 的指令地址从存储器中取出将要执行的指令 有自动加 1功能 ,从而指向下一条将要执行的指令地址 般程序是按顺序执行指令的 C 的值 ,则程序将不再按顺序执行。 （ 3） 用来存放当前正在执行的指令代码 。 （ 4） 用来对指令代码进行分析、译码，根据指令译码的结果，输出相应的控制信号。 （ 5） 产生出各种操作电位、不同节拍的信号、时序脉冲等执行此条命令所需的全部控制信号 。 （ 6） A: (a)8位寄存器 (b)累加器是一个特殊的寄存器，它的字长和微处理器的字长相同，它具有输入输出和移位功能，微处理器采用累加器结构可以简化某些逻辑运算。 (c)由于所有运算的数据都要通过累加器，故累加器在微处理器中占有很重要的位置。 （ 7） B: (a)8位寄 存器 (b)在进行乘除法运算时，存放参与运算的一个操作数 (c)除此之外，作为一般 （ 8） 一个 8位寄存器。 （ 9） (a)8位寄存器。 (b) （ 10） 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 6 (a)数据指针 一个 16 位的专用寄存器 , 其高位字节寄存器用 示 ,低位字节寄存器用 示。 (b)既可作为一个 16 位寄存器 处理 , 也可作为两个独立的 8 位寄存器 (c) 要用来存放 16位地址，当对 64 作为间址寄存器用。在访问程序存储器时 , 用作基址寄存器。 （ 11） 89够用时可以外扩 64K 脚描述 表 29脚描述 助计符 管脚号 类型 名称和功能 0 22 16 I 地 ： 0v 为标准 0 44 38 I 电源 ： 提供掉电空闲正常电压 937： 是开漏双向口，可以写 1 用作高阻抗悬浮 。 也可以作多路转换，在访问外部程序存储器 时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，当送 1，通过内部强上拉 。 0： 是带内部上拉的双向 I/O 口，向写 1 时， 1 口被内部上拉为高电平，并且可以用作输入口 管脚被外部拉低，因为外部上拉而产生电流 .（ 见 功能 ： 定时器 2/计数器 2 的外部输入 /时钟输出 （ 见可编程输出 ） 定时器 2/计数器 2 重装载 /捕捉 /方向控制 148，向 写 1 时， 1 口被内部上拉为高电平，并且以用作输入口，当作为输入脚时， 管脚被外部拉低，因为外部上拉而产生电流 .（ 见电特性 ） 据 时 作 16 位 地 址 的 高 字 节汽车智能防盗器研究 45 （ ，当向口送 1 时采用强内部上拉 位外部数据存储器时（ i） ， 的内容送到 特殊功能寄存器中 00 11 12 13 14 15 16 17 11， 131 13 14 15 16 17 18 19 5， 7 7 8 9 10 11 12 13 I/O 是带内部上拉的双向 I/O 口，向 写 1 时， 1 口被内部上拉为高电平，并且以用作输入口，当作为输入脚时，口 脚被外部拉低，因为外部上拉而产生电流 （ 见电特性 ） 9993 口脚也提供特殊功能 ： 串行输入口 串行输出口 外部中断 0 外部中断 定时器 0 外部输入 定时器 1 外部输入 外部数据存储器写信号 外部数据存储器读信号 10 4 I 复位 ： 当晶振在运行，只要复位管脚出现 2个机器周期高电平即可复位，内部带电阻连接到 需要一个外部电容接到 . 3 30 27 O 地址锁存使能 ： 在访问外部存储时，输出脉冲用来锁存低地址的字节，在正常情况下，输出 1/6 的振荡频 率可以当作外部时钟或定时，注意每次访问外部数据一个 冲将被忽略 以通过设置 置后 能在 9 32 27 O 程序存储使能 ： 读外部程序存储 个机器周期被激活两次，在访问外部数据器 效，访问内部程序时 效 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 8 1 35 29 I 外部寻址使能 /可编程电压 ： 须置低在访问整个外部程序存储器时，如果 高时，将执行内部程序，除非程序计数器可以大于 0以访问 4K 器件， 1以访问 8K 器件， 3以访问 16K 器件，7以访问 32K 器件 2V 编程电压 9 21 15 I 晶体 1： 晶振和内部时钟周期输入 8 20 14 O 晶体 2： 晶振输出 890条引脚，共分为端口线、电源线和控制线三类。 （ 1） 端口线（ 4*8=32 条） 89有四个并行 I/O 端口，每个端口都有八条端口线，用于传送数据 /地址。由于每个端口的结构各不相同，因此它们在功能和用途上的差别颇大。现对它 们综述如下： 组引脚共有八条，为 中 八条引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同情况之下。第一种情况是89， 输出数据。这时，输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性。第二种情况是 89位地址，然后传送 储器的读写数据。 0口的八条引脚类似， 作为通用 I/用于传送用户的输入 /输出数据。 组引脚功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用 I/的第二功能和 引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高 8 位地址，共同选中片外存储器单元，但并不能像 那样还可以传送存储器的读写数据。 的第一功能相同。第二功能作控制用，每个引脚并不完全相同，如表 2 表 23口各位的第二功能 的位 第二功能 注释 0 行数据接收口 1 行数据接收口 汽车智能防盗器研究 45 2 0 输入 3 1外中断 1 输入 4 数器 0 计数输入 5 数器 1 计数输入 6 外部 选通信号 7 外部 选通信号 （ 2）电源线（ 2条） 5 （ 3）控制线（ 6条） 地址锁存允许 /编程线 ， 配合 访问片外存储器时， 89引脚线上输出片外储存器低 8 位地址 的同时还在 上输出一个高电位脉冲，用于把这个片外存储器低 8 位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出引脚专用线去传送 随后而来的片外存储器读写数据。在不访问片外存储器时， 89动在 上输出频率为 的脉冲序列。该脉冲序列可用作外部时钟源或作为定时脉冲源使用。 许访问片外存储器 /编程电源线，可以控制 89 1，则允许使用片内 0，则允许使用片外 片外 通线，在执行访问片外 89动在 于为片外 片的选通。其他情况下， 均为高电平封状态。 位 /备用电源线，可以使 89于复位（即初始化）工作状态。通常89 2单片机应用系统中，除单片机本身需要复位以外，外部扩展 I/等也需要复位，因此需要一个包括上电和按钮复位在内的系统同步复位电路，图 2 主电源 保证片内 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 10 图 2 a）上电复位 图 2b） 按键 复位电路 内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接 89英晶体起振后要能在 输出一个 3V 左右的正弦波，以便使 89内的 路按石英晶体相同频率自激振荡。通常， 。 5型值为 121。 0592容 型值为 30节它们可以达到微调 殊功能寄存器 表 2殊功能寄存器 殊功能寄存器列表（适用于同一架构的芯片） 符 号 地 址 注 释 *0H 累加器 *B 法寄存器 *0H 程序状态字 1H 堆栈指针 2H 数据存储器指针低 8位 3H 数据存储器指针高 8位 *8H 中断允许控制器 *8H 中断优先控制器 *0H 端口 0 *0H 端口 1 *0H 端口 2 *0H 端口 3 汽车智能防盗器研究 45 7H 电源控制及波特率选择 *8H 串行口控制器 9H 串行数据缓冲器 *8H 定时器控制 9H 定时器方式选择 时器 0低 8位 时器 1低 8位 时器 0低 8位 时器 1高 8位 注：带 “*” 号的 位寻址 带 “#” 号的 示从 80“ ” 表示保留位 1 复位值由复位源确定 2 此位不受复位影响 5 储器 述 89 1000 次擦除和编程之后仍能可靠保存 储器的内容存储单元的设计使擦除和编程结构最优化此外先进的沟道氧化工艺和低内部电场的结合使擦除和编程操作更加可靠。 性 片内擦除的内部程序存储器禁止时 外部程序存储器最多可达64000次擦除 /编程周期数据最少可保存 10年。 荡器特性 配置为使用内部振荡器时 位 在振荡器工作时将 保持至少两个机器周期高电平 24 个振荡器周期可 实现复位为了保证上电复位的可靠 须保持足够长时间的高电平以使振荡器产生两个机 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 12 器周期的脉冲通常为几个微秒上电时 I/2和 3不同步复位当 功耗模式 钟停止模式 静态设计使时钟频率可以降至 0止）当振荡器停振时 值保留该模式允许逐步应用并可将时钟频率降至任意值以实现系统功耗的降低如要实现最低功耗则建议使用掉电模式。 式 式 见表 2 入睡眠状态但片内外围器件仍然保持工作状态正常操作模式的最后一条指令执行进入 式下 容片内 所有 持原来的值任何被使能的中断此时程序从中断服务程序处恢复并继续执行或硬件复位与上电复位使用相同的方式启动处理器均可终止 式 。 表 2式 模式 程序存储器 0口 部 1 1 数据 数据 数据 数据 部 1 1 悬浮 数据 地址 数据 电源降低 内部 0 0 数据 数据 数据 数 据 电源降低 外部 0 0 悬浮 数据 数据 数据 电模式 为了进一步降低功耗通过软件可实现掉电模式，该模式中振荡器停振并且在最后一条指令执行进入掉电模式降到 须升至规定的最低操作电压硬件复位或外部中断均可结束掉电模式硬件复位使复到正常操作电压范围之前复位或外部中断不会被执行并且要保持足够长的时间（通常不小于 10使振荡 器重新启动并稳定下来使用外部中断时 后所执行的是进入掉电模式指令的后一条指令 。 9断控制寄存器 介绍一下中断控制寄存器，主要有中断屏蔽寄存器 断优选级寄存器 汽车智能防盗器研究 45 时 /计数器控制寄存器 行口控制寄存器 断屏蔽寄存器 断屏蔽寄存器 制对中断源的开放或者屏蔽，每一个中断源是否被允许中断，都由它来设置， 其 格式如表 2的地址为 表 2断屏蔽寄存器 称 6 4 2 E / 址位 9H A： 。开放所有中断； ，屏蔽所有的中断。 行口中断允许位。 ，允许串行口中断， ，禁止串行口中断。 时器 /计数器 出中断允许位， ，允许 断； ，禁止 外部中断 1 中断 允许位。 ，允许外部中断 1 中断： ，禁止外部中断 1中断。 时器 /计数器 ，允许 ，禁止 部中断 0 中断允许位。 ，允许外部中断 0 中断； ，禁止外部中断 0中断。 断优选级寄存器 断优选级寄存器 以用来设置中断的优选级，只要用程序修改其内容，就可以实现各中断源级别的设置，其格式如表 2示，它的地址 表 2断优选级寄存器 S：串行口中断优选级控制位。 ，串行口中断定义为高优选级中断； ，串行口中断定义为低优选级中断 时器 出中断优选级控制位， ，定时器 ，定时器 部中断 1中断优选级控制位， ，外部中断 1定义为高优选级中断； ，外部中断定义 为低优选级中断。 时器 出中断优选级控制， ，定时器 ，定时器 名称 6 4 2 0 / / 址位 9H 陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 14 部中断 0中断优选级控制位， ，外部中断 0定义为高优选级中断； ，外部中断 0定义为低优选级中断。 行口控制寄存器 行口控制寄存器 地址为 98H， 低 2 位是接受中断标志位和发送中断标志位。 表 2行口控制寄存器 称 6 4 2 0 / / / / / I 地址位 99H 98H 行口工作方式控制位。 行口工作方式控制位，和 机通信控制位。 许串行接收控制位。由软件来设置，置 1时允许接收，清零时禁止接收。 行发送数据的第 9位，由软件来设置 0或者 1。 行接收数据的第 9位。 送中断标志位，由片内硬件在方式 0串行发送第 8位结束时置位，或在其他方式串行发送停止位的开始时置位。在中断服务程序 中要清零才能发送下一次数据。 收中断标志位，由片内硬件在方式 0串行接收到第 8位结束时置位，或在其他方式串行接收到停止位的中间时置位。在中断服务程序中要清零才能接收下一次数据。 9断响应过程 89片机在每个机器周期顺序检查每一个中断源，在机器周期的 行采样，在下一个周期对采样的中断请求信号按优选级处理。如果屏蔽中断操作出现，则系统内产生一条子程序调用指令，转入被响应的中断服务程序入口。如果有下面 3种情况出现，则不进入中断，丢弃中断查询结果，系统停止产生长调用操作 。 （ a） （ b）当前的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期； （ c）正在执行的指令是中断返回指令 者是对 单片机的 执行下一条由硬件产生的子程序调用指令 制程序转入相应的中断服务程序中，并先将中断标志清零。这里要注意，串行口的中断标志需要最后把中断服务程序入口