双向电子式汽车防盗系统

【摘 要】汽车目前是人类主要的交通工具,也是现代文明的标志.全世界每年汽车销量达6000多万,保有量已超过5亿辆.用车越多被盗的汽车也越多,因此,汽车的防盗也已经成为人们关注的重要问题,也是社会发展的结果,它已经与安全、环保、节能三者一起被列为汽车技术发展的四大课题.

【关 键 词】汽车防盗系统组成主机部分设计

汽车的防盗设备在汽车行业也是种类繁多.一般按照功能和结构分类为网络式,机械式和电子式.

网络式防盗在现在的发展,多数是通过GPS定位系统或者G和GPRS网络.网络式的优点是定位精准,技术先进,但是也伴随着成本高,费用昂贵等等因素.

机械式,顾名思义,是通过某个机械装置来实现防盗.通常在行业是锁住发动机,变速箱,方向盘等等这些需要触动的装置.机械式优点是成本低,便宜.但是也伴随着体积较大.同时也只做到防盗不报警.从而这点也无法满足人们的要求.

电子式防盗是目前行业中较多的也最为流行的防盗装置.这类的防盗的原理是通过钥匙中的芯片发送无线电,与汽车内的ECU交互信息,就可以完成双向报警.当汽车遭到外界扰动时就会触发报警,如打雷,有人晃动车辆,等等都会触发报警.其优点就是方便,更人性化,随身携带,灵敏度高,但也伴随着误报率高的缺点.电子式防盗系统同时具有防盗和声光报警功能.它的特点是可通过遥控来实现防盗器的全部功能,可靠方便,还可带振动侦测、门控保护及微波或红外探头等功能.不少产品还增加了许多方便适用的附加功能,如遥控中控门锁、遥控电动门窗及遥控开启行李厢等功能.

本文将介绍一种基于单片机的双向电子式汽车防盗系统,由主机和遥控器两部分组成.遥控器由车主随身携带,主机置于车内检测报警信号源,自定义两者间利用无线收发模块进行半双工通信.

一、系统组成

双向电子式汽车防盗系统主要由以下几个部分组成：主机部分；感应侦测部分（感应器或探头）；门控部分（门开关及行李厢开关）；报警部分（喇叭,爆闪灯）；遥控器.

主机部分包含单片机,电源,以及一些模块和逻辑电路.感应侦测部分主要是传感器,如震动,声音传感器.门控部分是检测车门和尾箱门的传感器.报警部分主要就是喇叭.遥控器加上上面4个部分就组成了整个双向电子式汽车防盗系统.

二、主机部分设计

主机的硬件设计.主机需要放置在车内,主要包含辅助电源,控制器,报警模块,传感器模块和高频模块五个模块构成,再加上遥控器就可以进行工作了.系统框架图如下图1所示：

图1

主机控制器处理单元采用单片机LPC900,主要处理事件为：接收传感器信号；触发报警模块；接收和发送遥控器信号；LPC900单片机是由PHILIPS公司生产的一款基于80C51内核的高速,低功耗Flash单片机,集成了字节方式的I2C总线,SPI接口,UART通讯接口,实时时钟,A/D转换器,ISP/IAP在线编程和远程编程方式等一系列有特色的功能部件.这些部件节省了很多电路设计,有效地控制了成本.

辅助电源为12V输入,由于LPC900单片机的工作电压在3.3V,所以输出为3.3V,由MC33269芯片完成（800mA稳压器）.

报警模块主要是通过声音报警,由RT0100电路完成.RT0100是一个可以产生单一报声的晶体电路,工作电压在2～5V,CMOS技术制造,内建RC震荡电路,低静态电流.

高频模块,即无线通讯模块,针对体积和成本的考虑,这里采用TDA5255强大功能的低功耗的FSK/ASK单片收发器.工作频段在433～435Mhz.集成度很高,集成了LNA,PAMixer,Filters,Limiters,PD,PLL等等模块.最大的优点是体积小.

传感器模块主要是边门检测和振动检测.后面将会详细介绍.

(一)传感器模块设计

传感器模块主要包括边门检测电路,振动检测电路.当车门被打开时或者汽车收到振动时（如被刮蹭）报警器将会被触发.

在各种报警触发时,均导致汽车喇叭报警30s,方向灯闪烁,甚至车辆熄火无法启动.等到30S报警完成后,防盗系统自动回到报警前的状态.若短时间内连续检测到同一传感器被触发,防盗系统只报警5min后自动停止报警.直到其他传感器被触发时重新检测所有检测点,此时如果仍然检测到同一传感器被触发,再次报警5min.

（1）边门检测电路.当主机处于警戒状态时,用边门检测电路检测边门是否被打开.若边门被无故打开,主机便进入报警状态触发报警.

检测电路如下图所示,A点接边门,B点接单片机信号.控制原理如下：

当边门关闭,由于二极管D1反向截止,B点被充电至高电平.

当边门被打开,A点变为低电平,二极管D1导通,继电器开关接地,C1和R2组成的RC电路迅速放电,B点被拉为低电平,向单片机产生一个低电平信号,单片机检测到电平转变,立即触发报警信号.

C2的作用是过滤脉冲,避免误动作.二极管D1和继电器线圈组成泄放电路,当边门被关上后,由于继电器线圈存在电感,通过D1将剩余电荷泄放.

图2

（2）振动检测电路.在主机处于警戒状态时,振动检测电路用于检测外界干扰是否造成车身损坏,如汽车被刮蹭,撞击等等,若外界的干扰导致的车身振动超出门限值,主机进入报警状态触发告警.

电路图如下图3所示,其中A点接振动检测传感器,B点接单片机.工作原理如下：

当检测到振动时,A变为低电平,D11导通,C3和R5组成的RC电路通过D11迅速放电,使得B点迅速翻转为低电平.

因为C3两端电压不能跳变,所以利用此特性将振动产生的低电平毛刺脉冲过滤（未达到门限值）,确保准确检测振动跳变信号.图3

(二)报警模块设计

RT0100是一个可以产生单一报声的晶体电路,工作电压在2～5V,CMOS技术制造,内建RC震荡电路,低静态电流.1,2脚是振荡电路接口,3,脚控制7,8脚频率的输出,4脚为接地端,7,8报警信号频率输出端,可以接二个报警源,6脚电源,并通过单片机的引脚SP来控制.电路如下图4：

图4

报警输出模块除了简单的喇叭跟车灯的声光报警外,还采用了熄火输出控制电路.当主机处于报警状态时,使车辆熄火,无法启动.

电路图如下图所示,其中A点接熄火输出控制器,B点接单片机.工作原理如下：

当单片机输出高电平时,三极管Q5导通,A点变为高电平,产生熄火输出信号,汽车无法启动.

三极管Q3起到分流保护作用.当三极管Q5射极电流超过上限时,Q3就会自动导通,避免Q5因过流而导致损坏.压敏电阻RU4起到保护Q3和Q5作用.

图5

三、遥控器硬件设计

遥控器的设计采用LPC900单片机作为主控芯片.负责整个系统的信号编码,解码,接收和发送信号,和电路控制,以及与发射接收模块TDA5255的通讯等等.

按键作为主控输入,响应优先级最高,其次是主机的报警信号,响应优先级次高,并且实时检测报警信号.

遥控器部分由单片机、无线收发模块、辅助电源、按键、报警模块组成.以LPC900作为核心器件控制周围的各模块运行.以TDA5255为核心的无线收发模块,接收主机传来的数据并转发给LPC900进行处理.遥控器部分的系统框图如下图6所示.

图6

无线收发模块由天线、高频发送、高频接收、TDA5255四部分组成.TDA5255芯片是德国Infineon公司生产的有着强大功能的低功耗的FSK/ASK单片收发芯片,工作在433～435MHz频段,具有FSK/ASK调制和解调功能.集成度高,有完整的VCO（压控振荡器）和PLL（锁相环）合成器、FSK调制器、RSSI的限制器、FSK解调器、数据滤波器、数据分割器等,减少了电路的设计.更重要的是该芯片具有节电模式功能,可通过不同方式设置节电模式,符合遥控器低功耗的要求.电源原理如下图7：

图7

四、系统软件设计

系统的软件设计包含主机软件和遥控器软件二个部分.都以C语言编写.

主机的软件部分采用前后台系统.软件处理事件主要包括无线数据的传输、数据的解析和处理、传感器检测、和报警处理四部分组成.

总体的流程框图如下图8所示.

图8

接收和处理数据：

当接收到数据后需要判断是当前接收的数据帧是否为有效数据.那么首先每个主机会对应自己的遥控器ID,先会识别是否是对应ID的数据,如不是则会丢掉数据帧.然后在数据帧的最后又CRC8校验,如有校验失败也会丢掉数据帧.如下图9所示：

图9

数据处理时会根据数据或命令类型来进行处理,如下图10所示：

图10

遥控器的接口如下图11：

图11

遥控器的软件部分,按键响应具有最高优先级,数据接收为次优先级,除了数据的传输、报警、按键设防、解除等功能外,还需要有音乐产生、低电压检测、低功耗控制、信号强度检测等附加功能.软件设计流程图如下图12所示.

图12

五、结语

本系统以单片机为主控件,采用自定义的通信协议,实现主机与遥控器间的半双工通信,从而达到了防盗报警的功能.遥控器控制主机的状态,可与主机同步报警；主机可检测多个触发源实现主机自身和遥控器远程报警,并能完成遥控器设定的车门自动上下锁、报警自动恢复、报警紧急解除等功能.

通过本文的介绍,应该了解了汽车防盗器设计的原理,此类设计是现代汽车防盗器的主流,在性能和功能上满足了大部分车主的需求,在成本和上低廉,具有高性价比.