基于单片机实现汽车报警电路的设计

基于单片机实现汽车报警电路的设计摘要人们安全意识的提高，汽车报警系统发挥的作用越来越重要，本课题设计了由单片机AT89S52作为中央控制单元的汽车报警系统，包括GSM网络汽车防盗报警、汽车倒车防撞报警、酒后驾车报警和汽车超速报警。介绍了各报警系统的工作原理，以及它们的各个功能。结果表明，该设计能最大限度的避免人身财产损失。关键词单片机AT89S52，GSM网络，报警系统1引言随着我国国民经济和汽车技术的飞速发展，本课题针对汽车运行的安全性，设计了由单片机作为中央控制单元的汽车报警系统，主要涉及GSM网络汽车防盗报警、汽车倒车防撞报警、酒后驾车报警和汽车超速报警等功能。该设计将单片机的实时控制及数据处理功能与传感器的A/D转换技术相结合，充分地利用了AT89S52的内部资源，使报警系统工作于最佳状态，从而提高系统的综合反映灵敏度，使报警系统及时准确，实现汽车多种功能的报警控制，最大限度的保护消费者的利益。所设计的报警系统对出现的危急情况，能及时进行声、光、网络报警及相应的显示，提醒车主或驾驶员尽快地采取相应的措施，有效的保护自身和他人的利益和安全，尽可能地降低事故发生率。2.设计方案汽车报警电路的基本组成模块包括：传感模块、控制模块、报警模块、无线通信模块。本设计的系统总架构如图所示。信号变换及信号变换及处理电路中央控制模块AT89S52驱动电路显示电路报警电路传感器用户手机GSM通信模块电源图1系统总架构本设计的基本思路和原理为：传感器进行数据检测，将检测到的数据送到放大转换电路或模数转换电路，经过分析处理之后，将处理后的电信号送给单片机控制单元，单片机对数据进行分析和处理。如果发现异常，单片机发出指令，驱动报警电路报警，和使用GSM通信模块，把报警信息传送到手机上，并作出相应的显示。系统的探测输入端口由多路传感器构成，输出端口为声、光、电、显示报警和手机通信报警，以达到提醒驾驶员及时对异常情况进行处理，避免造成人身和财产损失的目的。汽车报警系统设计的总原理框图如附录图A所示。3设计过程3.1电源电路设计该报警电路的设计需要两路电源：+5V和+12V电源。5V电源用于给AT89S52等芯片供电，12V电源给LED、蜂鸣器等供电。考虑到成本和易购性，我们选用7805芯片作为电源转换芯片，可在掉电的时候及时地保存数据，在电源的输入端加一个1000F的电解电容，当电源断开的时候，大电容可以维持单片机电源足够长的时间，使得单片机可以完成外部中断的服务程序。如图所示。图2电源电路3.2控制电路的设计3.2.1汽车GSM网络防盗报警系统的设计（1）系统基本功能1)温差测量报警：当发动机启动生热，温差值大于设定值时报警，并切断点火脉冲令车无法启动；2)触摸式报警：当车体受到碰击时，系统会启动扬声器发出警报；3)超声波报警：在防盗警戒状态下若非法打开车门，1s左右系统自动拨打车主设定的报警电话号码进行报警；4)报警监听：车主收到报警后，手机显示车载终端电话号码，按接听键即对车内声音进行监听；5)车窗红外报警：当车窗被击碎或非法取下时，系统会根据红外感应器的信号自动拨打车主设定的报警电话号码进行报警；6)报警系统的远程遥控起动与关闭。（2）系统的通信接口设计框图把手机(GSM通信模块)和单片机连接起来，用手机发送短信息指令给终端手机，终端手机通过数据线和MAX232电平转换后由串口传送给单片机，手机向单片机传送短信息内容时，通过软件编程进行编码与解码。单片机根据指令向电器设备发出控制信号，反之，单片机通过继电器触发终端手机短信息发送按钮，发送预先设置好的文字信息给用户。通信控制系统框图如图所示：微电脑控制系统微电脑控制系统外围电器设备传感器执行器GSM通信模块用户手机人机按键对话GSM网络图3通信控制系统框图(3)GSM网络汽车防盗报警系统工作原理利用GSM网络的SMS短信息平台作为通信媒介，其功能是依靠安装在汽车上的移动终端(GSM通信模块加微控制器)和主机(用户手机)之间的通信实现的。终端对接收到的短信息进行确码和辨识，再根据主机的控制要求完成各种控制动作，实现报警功能。设计的重点是汽车上的移动终端系终。终端系统由GSM模块和微控制器构成的处理系统模块组成。微控制器系统采集GSM模块所接收到信息，并对其进行解码和分析，再与系统中存储的命令信息相比，判断出主机想要执行的动作，从而对防盗系统进行操作。系统的探测输入端口由多路传感器构成，输出端口为声、光、电报警和手机通信。(4)接口电路使用手机的数据线建立单片机与手机的硬件连接。手机数据线是专为连接PC机9针串口而设计的：信号电平为标准的RS232电平，只要单片机的串口也转换为RS232电平，就可方便连接；9针串口引脚定义是固定的，即2脚为TXD(手机发送)，3脚为RXD(手机接收)，5脚为GNG，这样，无论什么型号的手机与单片机的连接就成了固定连接，不需要知道手机数据口信号的具体定义。可以用MAX232芯片把手机由数据线输出的RS232电平转换为TTL信号，也可以把单片机输出的TTL电平转换为RS232信号电平，经数据线传给手机，这就解决了单片机手机之间信号与电平转换问题。其单片机与GSM接口电路如图所示：图4单片机与GSM接口电路3.2.2汽车倒车报警器设计超声波测距系统由Polaroid600系列传感器、Polaroid6500系列超声波距离模块和AT89S52单片机、报警电路、LED等构成。单片机通过P1.0引脚经反相器来控制超声波的发送（P1.0接INIT），然后单片机不停的检测INT0（ECHO接INT0）引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。超声波测距的硬件示意图如图所示：单单片机声光报警反相器收/发Polaroid6500超声波传感器Polaroid60074LS164LED图图5超声波测距的硬件示意图经过AT89S52对接收到的信息进行处理后，被测的距离在LED上显示，显示的数据由串口线RXD和TXD输出到74LSl64，转化为并行数据控制LED的动态显示。两位LED可表示4.9～0.1m的距离，满足显示精度；若该距离小于预置的汽车低速安全刹车范围(如：0.1m或0汽车倒车报警系统超声波模块与单片机接口电路如附录图B所示。3.2.3汽车酒精报警器的设计本设计是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气酒精浓度，并具有声光报警功能及LED显示功能的空气酒精浓度监测报警器。其可监测出空气环境中酒精浓度值，并根据不同的环境设定不同的阈值，对超过的阈值进行声光报警来提醒驾驶员。具体是采用MQ3气敏传感器，AT89S52单片机实现空气酒精浓度实时测量及报警，通过LED显示屏实时显示。可以通过键盘设定阈值，超过阈值具有声光报警功能。（1）硬件方案硬件设计时，考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是0-5V的电压值且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值经过ADC0809采集数据送入单片机进行处理。此外，还需接入LED显示，8279键盘/显示器接口芯片，声光报警电路等。其总体框图如图所示。被测环境气敏被测环境气敏传感器A/D转换电路单片机LED声光报警8279接口芯片键盘图6硬件方案总体框图（2）模数转换电路模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数字信号，并输入给单片机。本课题采用的是ADC0809A/D转换芯片。（3）键盘电路8279对键盘部分提供一种扫描工作方式，能对64个按键键盘阵列不断扫描，自动消抖，自动识别出闭合的键并得到键号，能对双键或N键同时按下进行处理。显示部分为显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，可以显示多达16位的字符或数字。此外，酒精浓度监测仪的阈值浓度的设置是由键盘输入的，因此需有一个键盘/显示器接口电路。键盘有两种工作方式：编码式键盘和非编码式键盘。显然，非编码键盘的软件是比较复杂的，并且要占用较多的CPU时间，这是非编码键盘的不足之处。但非编码键盘可以任意组合、成本低、使用灵活，因而智能仪器大多采用非编码式键盘。本课题选用非编码键盘，键盘工作方式为编程扫描方式。（5）显示电路显示器利用酒后驾车报警电路中的LED，驱动采用74LS138。酒后驾车总体电路图如附录图C所示。3.2.4汽车超速报警器设计从驾驶员角度出发，设计了一种超速报警系统。该报警系统允许驾驶员通过系统自带键盘设置本车辆安全行驶的最高速度。当车辆处于行驶状态中，该系统通过测速传感器时刻监测机动车辆，并通过6位LED显示车辆的实际车速和用户设置的安全参数，当发现车辆速度超过驾驶员设置的最高值时，蜂鸣器开始报警，警告灯不断闪烁，提醒驾驶员减速，达到防患于未然的目的。（1）系统的组成该系统硬件主要包括以下四大模块：89S52单片机主控模块、传感器模块、报警模块和显示模块等。其中89S52主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能；传感器完成信号的采样功能；报警模块主要负责声音报警和灯光报警；显示模块完成字符、数字的显示功能。AT89S52单片机查询传感器的输出信号和按键信号，并进行相应的处理，包括通过LED数码管实时显示车速，判断是否应该发出警示音等。硬件系统结构框图如图所示。RAMRAMAT89S52单片机扬声器报警灯LED显示速度传感器键盘图7系统总体设计（2）系统的工作原理机车速度用由磁钢、霍尔元件等组成的速度传感器进行测量。将霍尔元件固定在距磁块平面1mm-3mm处，当磁块与霍尔元件相对位置发生变化时，通过霍尔元件干磁面的磁场强度会发生变化。车辆行驶时，在磁铁的作用下，当磁块靠近霍尔元件时，穿过霍尔元件的磁场较强，当霍尔元件位于磁块之间时，磁力线分散，霍尔元件输出低电平，经过整形被直接输入到单片机计数器1的P3.5引脚，作为计数器1的计数脉冲信号。89S52利用定时器TD定时一段时间后，然后提取T1中的脉冲个数，经过公式计算就可测量出车辆行驶的瞬时速度。具体算法如下：设单片机每秒计数值为N，即Nr/s。则Nr/s=6ONr/min。即只要将计数值乘以60，便可得到每分钟机车车轮的转速。设机车车轮的周长为dm，则机车的时速V=d×60N×3车的上限速度Vm通过键盘设置并存储起来，单片机检测霍尔传感器输出的信息，计算出机车当前的速度V，并送LED显示。当V≥Vm时，输出高电平，警报灯亮并进行声音报警；反之，输出低电平时，警报灯灭，不进行声音报警。当车辆超过设置的安全参数时，系统通过该引脚不断的输出高低电平，达到警报的效果。超速报警器的总体电路图如附录图D所示。3结论汽车防盗报警器的设计是利用传感器对车载设备的数据采集，将数据传入单片机进行分析处理，如果发现异常情况，就通过GSM网络传入车主手机上，以便随时监控车辆，达到防盗的目的，设计结果与设计要求符合。倒车防撞报警器经过实验与分析，此报警电路基于单片机设计，具有高可靠性、使用方便的特点，作为汽车倒车时的报警装置，有效地提高了汽车倒车时的安全性。酒后驾车报警器是设计一个基于单片机的空气酒精浓度监测仪。实验结果满足设计的基本要求，达到设计的指标，实现可用键盘输入阈值，并用LED显示，对超过阈值的浓度值进行声光报警。超速报警器系统的设计思想是主动式的。考虑的是时刻提醒驾驶员的自我安全意识，在最大限度上避免因为车辆超速造成的交通事故。该系统的创新在于测速传感器由霍尔开关、磁铁组成，在安装设计中位置的技巧性。参考文献[1]张幽彤，陈宝江．汽车电子技术原理及应用[M]．北京：北京理工大学出版社，2006.[2]黄继昌．实用报警电路[M]．北京：人民邮电出版社，2005.[3]刘喜昂,周志宇.基于多超声传感器的机器人安全避障技术[J].测控技术,2003.[4]王幸之，钟爱琴.AT89系列单片机原理与接口技术.北京航天航空大学出版社，2004.[5]赵德安.单片机原理与应用.机械工业出版社，2005.[6]王伟艺．机动车行驶记录仪[J]．电子技术，1997.[7]闫志宽等．汽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Group1XiongKangyingInstructor:WuGangAbstract：Withtheimprovementofpeople'ssafetyawareness,caralarmsystemisplayingamoreandmoreimportantrole,thesubjectdesignsacaralarmsystemusingsinglechipAT89S52asthecentralcontrolunit,whichincludestheGSMnetworkofcaranti-theftalarm,autoreverseanti-collisionalarm,drinkingcaralarmandover-speedingcaralarm.Itintroducestheworkingprincipleofthealarmsystem,aswellastheirvariousfunctions.Theresultsshowthatthedesigncanmaximizetheavoidanceofthelossesofpersonalproperty.Keyword：Single-chipAT89S52；GSMnetwork；Alarmsystem附录部分框图及电路图单片机单片机AT89S52超声波发送接收模块反相器超声波传感器车载传感器设备GPS定位地面接收装置及显示系统GSM/GPRS通信模块气敏传感器被测环境8279接口芯片键盘A/D转换电路灯光报警及LED显示声音报警速度传感器RAM键盘多功能报警酒后驾车报警车报警倒车防撞报警GSM无线防盗报警图A汽车报警系统设计的总原理图图B超声波模块与单片机接口电路图C酒后驾车报警电路图图D汽车超速报警电路图基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Intern