基于LPC930的雙向汽車防盜器設(shè)計(jì)

摘要：設(shè)計(jì)了一種雙向汽車防盜器。該防盜器由主機(jī)和遙控器組成，采用半雙工通信方式。主機(jī)可檢測(cè)車身內(nèi)的多個(gè)觸發(fā)源，實(shí)現(xiàn)防盜自動(dòng)報(bào)警，并通知遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警。此外主機(jī)還能完成遙控器設(shè)定的車門自動(dòng)上下鎖、報(bào)警自動(dòng)恢復(fù)、報(bào)警緊急解除等功能。使用自定義的無線通信協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸采用PWM編碼，并使用FSK調(diào)制和解調(diào)。該防盜器具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：汽車防盜器；半雙工通信；單片機(jī)；FSK調(diào)制和解調(diào)

0 引言
汽車目前是人類主要的交通工具，也是現(xiàn)代文明的標(biāo)志。全世界每年汽車銷量達(dá)6 000多萬，保有量已超過5億輛。用車越多被盜的汽車也越多，因此汽車防盜已成為一個(gè)重要的社會(huì)問題，它已經(jīng)與安全、環(huán)保、節(jié)能三者一起被列為汽車技術(shù)發(fā)展的四大課題。
    汽車防盜設(shè)備按其結(jié)構(gòu)與功能可分三大類：機(jī)械式、網(wǎng)絡(luò)式和電子式。機(jī)械式防盜原理是用機(jī)械鎖鎖住汽車上某一結(jié)構(gòu)，如變速器、方向盤等。該類防盜器安裝簡(jiǎn)便，價(jià)格便宜，但其體積較大，且該類防盜設(shè)備只防盜不報(bào)警，無法確保防盜。網(wǎng)絡(luò)式防盜主要依靠社會(huì)的公共網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控車輛的行駛，如GPS定位系統(tǒng)、GSM或GPRS等，該類防盜器技術(shù)先進(jìn)，功能強(qiáng)大，但價(jià)格較高，需要支付服務(wù)費(fèi)，而且通信信號(hào)容易受到干擾，使防盜性能降低。電子式防盜器是目前汽車市場(chǎng)上最為流行的防盜裝置，利用鑰匙中的無線電發(fā)射芯片與車身內(nèi)的ECU通信即可實(shí)現(xiàn)單向甚至雙向報(bào)警。當(dāng)汽車遭到外界侵?jǐn)_時(shí)，在附近的車主能通過隨身攜帶的鑰匙上的顯示屏了解汽車的狀況，但其缺點(diǎn)是誤報(bào)率較高。
    本文給出了一種基于單片機(jī)的雙向電子式汽車防盜系統(tǒng)，由主機(jī)和遙控器兩部分組成。遙控器由車主隨身攜帶，主機(jī)置于車內(nèi)檢測(cè)報(bào)警信號(hào)源，自定義兩者間利用無線收發(fā)模塊進(jìn)行半雙工通信。

1 主機(jī)的硬件設(shè)計(jì)
    主機(jī)置于車內(nèi)，由MCU、電源、傳感器輸入、高頻模塊、報(bào)警輸出五大模塊組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示。主控制器MCU采用LPC930，用于檢測(cè)傳感器的觸發(fā)，并產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)；同時(shí)更新遙控器的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)同步報(bào)警。由于傳感器輸入模塊中需要12 V的直流電壓，而LPC930工作電壓在2．4～3．6 V之間，固在電源模塊中利用SPX1117穩(wěn)壓器產(chǎn)生3．3 V的直流電壓。聲音報(bào)警控制電路采用RT0100電路，RT0100是一個(gè)可以產(chǎn)生單一報(bào)聲的晶體電路，采用CMOS技術(shù)制造，內(nèi)建RC振蕩電路，工作電壓為2～5 V，低靜態(tài)電流。

1．1 傳感器模塊設(shè)計(jì)
    傳感器模塊包括邊門檢測(cè)電路，振動(dòng)檢測(cè)電路。在各種報(bào)警觸發(fā)時(shí)，均導(dǎo)致汽車?yán)葓?bào)警30 s，方向燈閃爍，車輛熄火無法啟動(dòng)。報(bào)警完成后，防盜系統(tǒng)自動(dòng)回到報(bào)警前的狀態(tài)。若短時(shí)間內(nèi)連續(xù)檢測(cè)到同一傳感器被觸發(fā)，防盜系統(tǒng)只報(bào)警4 min后自動(dòng)停止報(bào)警。直到其他傳感器被觸發(fā)時(shí)重新檢測(cè)所有檢測(cè)點(diǎn)，此時(shí)仍檢測(cè)到同一傳感器被觸發(fā)，再次報(bào)警4 min。
1．1．1 邊門檢測(cè)電路
    在主機(jī)處于警戒狀態(tài)時(shí)，用邊門檢測(cè)電路檢測(cè)邊門是否被打開。若邊門被無故打開，主機(jī)便進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。檢測(cè)電路如圖2所示，圖中A點(diǎn)接邊門，B點(diǎn)接單片機(jī)。當(dāng)邊門關(guān)閉，由于二極管D2反向截止，B點(diǎn)被充電至高電平。當(dāng)邊門被打開，A點(diǎn)變?yōu)榈碗娖剑O管D2導(dǎo)通，繼電器開關(guān)接地，C1和R2組成的RC電路迅速放電，B點(diǎn)被拉為低電平，向單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)低電平信號(hào)，單片機(jī)控制報(bào)警輸出電路報(bào)警。

    C2用于過濾低電平毛刺脈沖，避免系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作。二極管D1和繼電器線圈組成泄放電路，當(dāng)邊門被關(guān)上后，由于繼電器線圈存在電感，通過D1將剩余電荷泄放。
1．1．2 振動(dòng)檢測(cè)電路
    在主機(jī)處于警戒狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)檢測(cè)電路用于檢測(cè)外界干擾是否造成車身?yè)p壞，若外界的干擾導(dǎo)致的車身振動(dòng)超出車身所能承受的限度，主機(jī)進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)。電路圖如圖3所示，其中A點(diǎn)接振動(dòng)檢測(cè)傳感器，B點(diǎn)接單片機(jī)。當(dāng)檢測(cè)到振動(dòng)時(shí)，A變?yōu)榈碗娖?，D1導(dǎo)通，C1和R2組成的RC電路通過D1迅速放電，使得B點(diǎn)迅速變?yōu)榈碗娖健1兩端電壓不能跳變，因而利用此特性將振動(dòng)產(chǎn)生的低電平毛刺脈沖過濾，確保準(zhǔn)確檢測(cè)振動(dòng)跳變信號(hào)。
1．2 報(bào)警輸出模塊
    報(bào)警輸出模塊除了簡(jiǎn)單的喇叭跟車燈的聲光報(bào)警外，還采用了熄火輸出控制電路。當(dāng)主機(jī)處于報(bào)警狀態(tài)時(shí)，使車輛熄火，無法啟動(dòng)。電路圖如圖4所示，其中A點(diǎn)接熄火輸出控制器，B點(diǎn)接單片機(jī)。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，A點(diǎn)變?yōu)楦唠娖?，產(chǎn)生熄火輸出信號(hào)，汽車不能啟動(dòng)。三極管Q2起到分流保護(hù)作用。當(dāng)三極管Q1射極電流超過上限時(shí)，Q2就會(huì)自動(dòng)導(dǎo)通，避免Q1因過流而導(dǎo)致?lián)p壞。壓敏電阻RU1起到保護(hù)Q1和Q2作用，當(dāng)Q1集極電壓未超過上限時(shí)，RU1不會(huì)導(dǎo)通，但當(dāng)Q1集極過壓時(shí)，RU1自動(dòng)導(dǎo)通，避免Q1在過壓時(shí)損壞。

2 遙控器硬件設(shè)計(jì)
    遙控器部分由MCU、無線收發(fā)模塊、電源、鍵盤、報(bào)警模塊組成。以LPC930作為核心器件控制周圍的各模塊運(yùn)行。以TDA5255為核心的無線收發(fā)模塊，接收主機(jī)傳來的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給LPC930進(jìn)行處理。遙控器部分的系統(tǒng)框圖如圖5所示。
    無線收發(fā)模塊由天線、高頻發(fā)送、高頻接收、TDA5255四部分組成。TDA5255芯片是德國(guó)Infineon公司生產(chǎn)的有著強(qiáng)大功能的低功耗的FSK／ASK單片收發(fā)芯片，工作在433～435 MHz頻段，具有FSK／ASK調(diào)制和解調(diào)功能。集成度高，有完整的VCO(壓控振蕩器)和PLL(鎖相環(huán))合成器、FSK調(diào)制器、RSSI的限制器、FSK解調(diào)器、數(shù)據(jù)濾波器、數(shù)據(jù)分割器等，減少了外圍電路的設(shè)計(jì)。更重要的是該芯片具有節(jié)電模式功能，可通過不同方式設(shè)置節(jié)電模式，符合遙控器低功耗的要求。模塊的系統(tǒng)框圖如圖6所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 主機(jī)軟件設(shè)計(jì)
    主機(jī)的軟件部分主要包括無線數(shù)據(jù)的傳輸、數(shù)據(jù)處理并回傳、傳感器檢測(cè)、報(bào)警輸出并回傳四部分組成，要處理的狀態(tài)和功能有20余種，并且做到實(shí)時(shí)性，能與遙控器有很好的交互性，用兩個(gè)變量STATUS和D-STATUS分別來存儲(chǔ)系統(tǒng)和報(bào)警的狀態(tài)，根據(jù)狀態(tài)來跳轉(zhuǎn)，總體的流程框圖如圖7所示。

3．2 遙控器軟件設(shè)計(jì)
    遙控器軟件設(shè)計(jì)以按鍵作為第一響應(yīng)，數(shù)據(jù)的接收為第二響應(yīng)，除了數(shù)據(jù)的傳輸、報(bào)警、按鍵設(shè)防、解除等功能外，還需要有音樂產(chǎn)生、低電壓檢測(cè)、低功耗控制、信號(hào)強(qiáng)度檢測(cè)等附加功能。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖8所示。

4 結(jié)語
    本系統(tǒng)以單片機(jī)為主控件，采用自定義的通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與遙控器間的半雙工通信，從而達(dá)到了防盜報(bào)警的功能。遙控器控制主機(jī)的狀態(tài)，可與主機(jī)同步報(bào)警；主機(jī)可檢測(cè)多個(gè)觸發(fā)源實(shí)現(xiàn)主機(jī)自身和遙控器遠(yuǎn)程報(bào)警，并能完成遙控器設(shè)定的車門自動(dòng)上下鎖、報(bào)警自動(dòng)恢復(fù)、報(bào)警緊急解除等功能。經(jīng)測(cè)試，本系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、功耗低等特點(diǎn)。