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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
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
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Polaroid 600系列传感器、Polaroid 6500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
片
机
声光
报警
反
相
器
收/发
Polaroid 6500
超声波
传感器
Polaroid 600
74LS164
LED

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0.5m)，报警电路发出适当的警告提示音，由P1.0和P2.0的输出控制报警电路。
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
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ADC0809 A/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。
RAM

AT89S52
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×3.6km/h。
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
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Based on the design of single-chip to achieve car alarm circuit
Electronic and Information Engineering Group 1 Xiong Kangying Instructor: Wu Gang

Abstract： With the improvement of people's safety awareness, car alarm system is playing a more and more important role, the subject designs a car alarm system using single chip AT89S52 as the central control unit, which includes the GSM network of car anti-theft alarm, auto reverse anti-collision alarm, drinking car alarm and over-speeding car alarm. It introduces the working principle of the alarm system, as well as their various functions. The results show that the design can maximize the avoidance of the losses of personal property.

Key word： Single-chip AT89S52；GSM network；Alarm system

附 录 部分框图及电路图

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

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