基于单片机的双向防盗器设计

双向防盗器设计【摘要】随着人们生活水平的提高，汽车已逐步进入家庭，对汽车防盗的要求越来越高，并且无线技术的不断发展，使得防盗系统的设计更加灵活、安全、方便、可靠。本文主要介绍基于LPC930单片机和TDA5255无线收发模块设计的双向汽车防盗系统，分遥控器和主机设计两部分。遥控器和主机进行半双工的通信，遥控器控制主机的状态，包括设防、解除、寻车、开尾门等，还具有与主机同步报警的功能；主机能够检测多个触发源自动报警并且同步通知遥控器，能根据遥控器的设定执行相应的功能，还具有自动上下锁、中控锁自动化、自动恢复、紧急解除等功能。自定义无线通信协议，协议数据采用PWM编码，使用FSK调制和解调方式。软件实现采用C语言编程和Keil编译环境。【关键词】 LPC930、TDA5255、PWM、FSK调制和解调【Abstract】Withtheimprovementofpeople’slivingstandard,privatecarshavegraduallysteppedintomoreandmorecommonfamilies,andasaresult,peoplehavebeenmoreandmoreconcernedwitheffectivevehicleguarding-against-theftsystems;andatthesametime,withthecontinuousdevelopmentofwirelesstechnology,thiskindofsystemshavebecomemuchmoreflexible,convenient,reliableandsafer.Thisarticleintroducesadesignofabi-directionalvehicleguarding-against-theftsystem,whichisbaseduponMCULPC930andradiotransmissionandreceptionmoduleTDA5255,andthedesignismadeupoftwomainparts:theremotecontrollerandthemainframe.Thecommunicationbetweentheremotecontrollerandthemainframeisbymeansofhalf-duplexdatatransmission,andthestatesofthemainframecontrolledbythecontrollerincludesettingupandreleasefromdefense,seekingcars,openingthebackdoorofcarsanditalsocangiveanalarmsimultaneouswiththemainframe;andthemainframecandetectcouplesoftriggeredsources,giveanalarmandinformthecontrollersimultaneously,andalso,itcancarryoutcorrespondingactionssetbythecontroller;besides,itcanautomaticallylockandunlock,reverttotheoriginalstate,central-controllinglockandreleasefromdefensewheninemergency.ThesystemhasaPWM-codingbasedself-definingcommunicationprotocol,anditusesFSKmodulationanddemodulation.TheprogrammingisbasedonprogramminglanguageCwithKeilasthecompilerenvironment.【Keywords】LPC930、TDA5255、PWM、FSKModulateandDemodulate目录TOC\o"2-9"\h\z\t"标题1,1"第1章引言 由图7.1和REF_Ref134849104\h图7.2分析可知，当频段在2500Hz-283Hz范围内，发送频率和接收频率基本上一致，误差率在±20%范围，根据这特性就可以定义通信协议了，速度在3KBbit/s以下。遥控器功耗的测量与分析根据遥控器的指标的要求，静态功耗为在3.3V电压下，电流为20uA，实际的测量中，分为多种不同的情况下测量功耗。具体的测量值如REF_Ref135129851\h表5.1所示：测试环境：电压3.3V，温度24℃测试对象：电流；测试工具：万用表。表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s11电流测量表状态电流值（平均值）完全掉电模式，关闭一切功能部件（关机状态）1.40uA完全掉电模式，RTC不掉电，外部晶振工作12.24uA正常工作模式，LED不亮（TDA5255掉电）5.31mA正常工作模式，一盏LED亮（TDA5255掉电）6.47mA正常工作模式，TDA5255处于接收状态17.35mA正常工作模式，TDA5255处于发射状态19.78mA正常工作模式，TDA5255处于接收状态，音乐LED闪烁18.71mA报警状态，一个报警源（一盏LED、振动、蜂鸣器）27.23mA开机测试状态，打开所有部件（振动电机、蜂鸣器、LED、TDA5255）28.35mA注：这些数据是通过多次测量取平均值得到由REF_Ref135129851\h表7.1所测的这些不同状态的数据，分析和结论如下所示：单片机在完全掉电（RTC掉电）的模式下，大约消耗1uA的电流，这是它的参数特性决定的，TDA5255在完全掉电的状态为5nA，几乎不消耗电流，所以大约0.4uA的电流消耗在电路中；单片机在完全掉电模式下，保留RTC唤醒源，并且使用外部的32.768KHz的低频晶振为时钟源，大约消耗电流为12.24uA，可以算得，RTC工作时大约需要10uA左右的电流（低频晶振提供时钟源）；由上面的数据可以得到一盏LED大约消耗1.16mA电流，如果是多盏LED则成线性增加。振动电机和蜂鸣器消耗的电流也较大，两个一起工作时大约消耗10mA的电流；TDA5255消耗的电流比较大，在处于接收状态时，总消耗电流为17.35mA，TDA5255消耗大约11mA；在处于发射状态时，总消耗电流为19.78mA，TDA5255消耗大约13mA，这与TDA5255的典型电流值很接近（典型值：发射13mA；接受9mA）。这些是通过测量的数据得出的一些结论，从结论中可以看出，这些测量值已经远远超过了要求的指标（静态功耗20uA），这个值代表的是遥控器在处于静态时的电流，而它静态时大部分时间在掉电状态（掉电2s，工作250ms），此时电流消耗为12.24uA，达到要求。主机功率测试与分析晶振频率越高，单片机消耗的功率越大，但对于主机而言，单片机自身的功耗并不大，可靠性是主机的主要矛盾，所以最终选用片内晶振，在不同的晶振下测得的数据如REF_Ref136023281\h表7.2所示：表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s12 主机功耗晶振型号系统电流单位最初测量值稳态值mA内部晶振7.373MHZ5.7915.782mA片外晶振6MHZ2.6982.790mA片外晶振32.768KHZ.03740.340mA防盗器功能测试在防盗器的设计中主要是以实现功能为目的，因此针对给出的要求（见系统指标要求）测试的结果如下表所示：表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s13遥控器功能测试功能名称遥控器实现程度按键功能根据按得时间长短实现不同的状态跳转，包括短按（小于2S）、长按（大于2S）、复合按键、开关机按键，能够实现比较精确的跳转音乐根据不同的需要，有按键音、回传音、开关机音乐、低电压提示音乐、报警音，LEDLED根据不同的提示有不同的循环顺序，开机LED提示、开尾门提示、低电压提示。报警响应功能当接收到主机的报警信号时，遥控器报警提示，包括LED提示、振动提示和音乐提示，报警时间为30S，在30S内接收到新的报警信号重新报警；可以同时报警多个触发源报警停止功能在报警状态下，任何一个按键都可以停止报警，按解除键还可以进入解除状态。学习成功提示复合键可以发送学习数据，并接收主机的回传，有音乐提示低电压提示当检测到电压低于3.3V时有音乐提示，LED闪烁，电压低于3.1V，自动关机，充电大于3.6V自动开机信号强度指示一盏LED指示信号的强度，以闪烁的次数不同来指示信号的强度，分三级，闪烁一次为弱信号，两次为中强度信号，三次为高强度信号。监控范围指示每两分钟，发送测试数据帧给主机，收到回传后并指示警戒状态，有声警戒2S闪烁两次，无声警戒2S闪烁一次，如果没有收到测试的回复帧则在两分钟内警戒指示关闭，表明现在不在监控范围内。功耗控制功耗的实现程度见7.2所示表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s14遥控器功能测试功能名称主机实现程度声光警戒设定进入声光警戒，方向灯闪一次，喇叭响一次静音警戒设定进入静音警戒，方向灯闪一次，喇叭不响报警ACC、边门、振动、脚刹中的一个触发或者损坏都会产生报警音乐，并传送给遥控器以提示报警情况开尾门当接收到开尾门信号时进入开尾门状态，并且屏蔽防盗30分钟紧急解除当在报警时遇到遥控器失效时，可以踩住脚刹，打开ACC，同时按紧急短按按钮三次，最后一次2S以上，解除报警，并进入紧急解除状态，现在只有遥控器解除键可以解除。此功能不是很稳定自动恢复功能如果遥控器按了解除键，25S内没有打开车门，则认为是误解除，会自动恢复到原报警状态遥控寻车根据遥控器的按键不同，分声光寻车和静音寻车，通知车主，喇叭响10S，LED闪烁10S中控锁自动化汽车行驶15S后踩脚刹会自动锁门，当停车熄火时，门锁自动打开。LED警戒提示进入防盗状态，LED警示灯2S快闪两次，当触发报警后连续快闪；触发报警解除后LED2S快闪4次，直到解除警戒，向车主提示以被触发传感器触发报警当某个传感器触发时，报警40S，报警的同时可以触发其他报警源，并能同时报警传感器损坏报警当某个传感器连续触发时，报警只报4分钟，之后自动停止，在检测到其他传感器连续触发时又报警4分钟。被动设防和解除主机有设防和解除按键，可以进入防盗和解除状态，并且同步通知遥控器更新状态状态掉电记忆当主机掉电时可以记住掉电前的状态，上电后恢复状态ID学习主机可以学习两个遥控器，记住两个ID号，并可以交替控制。功耗见7.3主机功耗测试与分析结束语通过对以上文章的阅读，大家应该了解了汽车防盗器设计的原理，这类防盗器是现在汽车防盗器的主流，在性能功能上满足了大部分车主的要求，在价格上相对低廉，普遍让人接受。本系统设计从开始到完成包括文档的编写总共花了两个月左右的时间，设计的难点在于通信协议的制定、数据可靠的传输、低功耗的设计、大量的功能状态处理以及半双工的实时通信等。本系统基本上完成了设计指标的基本要求和扩展要求，从设计的开始就从产品设计的角度考虑，在硬件选型上，充分考虑的价格和性能的因素，选择了性价比较高的LPC930单片机和TDA5255无线发射模块作为主控部分，选择了多功能的控制器件可以减少外围电路的设计，从而减少系统的体积，这对遥控器的设计非常有必要；从客户角度考虑，功能的实现是主要的考虑因素，所以在设计时把客户需要的大部分要求都考虑在内，满足不同人的需求；其次低功耗的设计又是客户的另一方面要求，特别是遥控器的设计，所以硬件选型和软件设计中都考虑了这点，把功耗尽量降到最低，延长电池的使用寿命。但是由于时间的局限性以及本人能力的有限性，本系统还有许多需要改进和完善的地方，未能真正达到产品化的要求，具体有以下几点可以改进的地方：在通信协议上。本系统采用PWM编码，虽然编码和解码相对简单，但是它的可靠性是通过降低传输的速率来换得的，发送一帧数据的时间过长。虽然曼切斯特编解码未能很好的调试成功，但是它仍然是比较理想的编码方式。不但可以提高传输速率，而且由于每个码元都有跳变，有较好的抗干扰性，加上TDAA5255有检测曼切斯特编码速率的功能，实现相对简单。安全性。本系统采用的协议相对简单，每个主机用24位的ID来识别遥控器，一旦被人截取了无线数据就可能破解此防盗系统，安全性较弱。所以可以在发射端对数据进行加密，在接收端再解密，加密的方法可以有软件加密或硬件加密。人机界面。本系统以LED作为信号的指示，指示的级别和类型相对较少，可以用液晶显示代替LED，用图形界面更加得直观，还可以附加有日期、闹钟等功能。在报警音乐上，现在是用交流蜂鸣器产生一定的音乐，提示音乐较难区分，可以用专门的语音芯片产生人声提示。新一代技术的改进。现在遥控无匙系统还是具有一定不可靠的因素，使用不是非常的方便，新一代的射频识别(RFID)技术不但可以进行便利操作，只需靠近汽车就能自动识别车主，而且准确度非常的高。其他还有更先进的GPS等网络防盗器。致谢 在本次设计中，首先要感谢我的指导老师**老师，不仅在此设计中给了我许多指导性的意见，更多的是前几年对我的细心指导和关心，一直以来*老师非常关心学生动手能力的培养，很多的时候亲临和学生一起研究，他丰富的经验、严谨的治学态度、精湛的学术造诣以及和蔼的态度，对我知识的积累、动手能力和兴趣的培养有非常大的帮助，正是这样的铺垫才使得我能够非常顺利的完成我的毕业设计。本次设计大部分内容是在公司里完成的，所以得到了部门经理和很多同事的帮忙，特别是阮庆渝师兄，在此对他们表示感谢。此外我还要感谢周围的老师和同学对我一直以来的支持和帮助，是他们使我能够坚持到最后。最后非常高兴能在宁波大学学习生活了四年，在这四年中我学到了很多很多，也得到了很多，是宁大以及信