隨著社會的發(fā)展，家庭及公用汽車越來越多，而被盜車輛的數(shù)量也在逐年增長。傳統(tǒng)的汽車防盜器存在很多弊端，如作用距離短,可產(chǎn)生噪聲污染,不能遠程報警,需要安裝等。這些弊端給居民生活帶來了很大的不便，一些居民區(qū)甚至禁止安裝汽車防盜報警器。
GSM(Global System for Mobile Communication)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟，覆蓋范圍廣是已被廣泛應(yīng)用的通信網(wǎng)絡(luò)體系。近幾年來，GSM網(wǎng)絡(luò)的短信、通話等基礎(chǔ)服務(wù)技術(shù)也得到越來越多的電路設(shè)計工程師的重視[1]。將目前汽車防盜器的設(shè)計思想和GSM網(wǎng)絡(luò)的功能相結(jié)合,便可實現(xiàn)防盜器的遠程報警功能，解決傳統(tǒng)防盜器的弊端。
1 防盜系統(tǒng)與防盜器的總體方案設(shè)計
1.1 防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
防盜系統(tǒng)有遙控器、防盜器、GSM網(wǎng)絡(luò)以及用戶手機組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
防盜器可置于汽車內(nèi)任意位置，通過專用遙控器控制防盜器的開關(guān)狀態(tài)。開啟狀態(tài)下，當傳感器檢測到異常信號時，防盜器可通過GSM網(wǎng)絡(luò)給用戶撥打電話，達到遠程防盜的目的。
1.2 防盜器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計
防盜器內(nèi)部由5個模塊組成：主控模塊、GSM模塊、檢測模塊、遙控模塊與電源模塊。防盜器的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
主控模塊負責接收、處理遙控模塊、GSM模塊和檢測模塊發(fā)送的信號以及向GSM模塊發(fā)送控制指令等。
遙控模塊用來控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當遙控器有按鍵按下時，接收模塊相應(yīng)管腳會輸出信號，該信號通過單片機的外部中斷接口發(fā)送給CPU，CPU接收到信號后進入中斷程序進行開、關(guān)操作。
GSM模塊負責按照CPU的指令向用戶手機發(fā)送呼叫信號進行報警。
檢測模塊負責檢測汽車的異常振動信號。
電源模塊負責給整個防盜器供電，設(shè)計時需要解決電源模塊的工作時間長短問題。
2 硬件電路的設(shè)計
針對各個模塊的功能以及設(shè)計要求，對系統(tǒng)各模塊的主要元件進行了選型，并設(shè)計了具體電路。
2.1 主控模塊
系統(tǒng)對CPU的要求為：2個支持掉電喚醒的中斷；一對串口以便與GSM模塊通信；4個I/O端口以控制聲光以及GSM模塊的使能；一定容量的EEPROM空間以存儲用戶電話號碼等信息，及一個帶A/D轉(zhuǎn)換的I/O端口以測量電池充電的完成狀態(tài)。
為了在達到以上要求的同時盡量縮小防盜器體積，設(shè)計選用了宏晶科技的SOP型芯片STC12LE5402AD作為防盜器的CPU。它只有20個管腳，工作電壓為2.2 V～3.8 V，工作頻率為0～35 MHz，1 KB的EEPROM，2個支持掉電喚醒的外部中斷，一對串口，15個I/O端口，8路10位A/D轉(zhuǎn)換I/O端口，內(nèi)置復(fù)位電路且功耗低，完全符合設(shè)計要求。系統(tǒng)主控模塊的電路如圖3所示。
遙控接收模塊檢測遙控器的開啟信號，并將信號通過外部中斷口傳送給CPU，防盜器進入工作狀態(tài)。當振動檢測模塊檢測到異常振動信號時，CPU通過I/O端口將SIM900B開啟，并向GSM模塊發(fā)送AT指令，將SIM900B模塊初始化。GSM模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送呼叫提示信號。
遙控接收模塊檢測到遙控器的關(guān)閉信號時，CPU將通過特定指令使系統(tǒng)進入低功耗模式。遙控器發(fā)送開關(guān)信號時，遙控信號指示電路會進行聲光提示。
2.2 GSM模塊簡介
GSM模塊選用的是SIMCOM公司的SIM900B模塊，該模塊體積小巧、性能穩(wěn)定，自帶天線扣，性價比高，有四種工作頻率：GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz，可以實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的低功耗傳輸[2]，滿足系統(tǒng)對GSM模塊的要求。
SIM900B的電路連接簡圖如圖4所示。U3為SIM卡，SIM900B通過自有的SIM卡接口為SIM卡提供電源并向其發(fā)送指令，實現(xiàn)SMS、呼叫等功能。D4～D7是為了防止靜電損害，而在SIM卡座附近放置的瞬變電壓抑制二極管。
PWKEY管腳為SIM900B的使能端，軟件使該管腳拉低至少100 ms后，SIM900B進入使能狀態(tài),此時CPU可通過串口向SIM900B發(fā)送指令。
2.3檢測模塊
考慮到大部分車被盜時會出現(xiàn)異常振動，設(shè)計選用振動傳感器為信號檢測器件。振動傳感器也稱振動開關(guān)，它一般有滾珠式與彈簧片式兩種。滾珠式振動開關(guān)帶有傾斜感應(yīng)且只能單方向性觸發(fā)；彈簧片式振動開關(guān)無方向性限制，任何角度均可觸發(fā)[3]。針對以上問題，設(shè)計選用了彈簧片式振動開關(guān)SW-58010S作為振動檢測器件。
彈簧片式振動開關(guān)在靜止時為開路OFF狀態(tài)，當受到外力碰觸而達到相應(yīng)振動力，或移動速度達到適當離(偏)心力時，導電接腳會瞬間導通呈瞬間ON狀態(tài)；當外力消失時，開關(guān)恢復(fù)為開路OFF狀態(tài)。電路中振動開關(guān)一端接地，另一端經(jīng)上拉接單片機的I/O口，振動開關(guān)受到外力振動時，I/O口接收到低電平信號，系統(tǒng)對信號進行判斷并執(zhí)行相應(yīng)程序[4]。
2.4 遙控模塊
系統(tǒng)采用XD-YK04無線收發(fā)模塊實現(xiàn)防盜器的開關(guān)控制。遙控器采用SC2260芯片固定碼編碼，遙控距離為30 m～50 m。遙控接收模塊工作電壓為3 V～5 V，解碼芯片采用的是SC2272-M4。當遙控器按鍵按下時，遙控接收模塊會將信號通過外部中端口傳送給CPU。由于CPU中斷采用下降沿觸發(fā)，而遙控模塊輸出為高電平信號,因此必須對遙控接收模塊的輸出信號進行反相操作。
遙控接收模塊信號處理電路圖如圖5所示。當遙控器“開”鍵被按下時，D0口輸出高電平，三極管Q4導通，模塊輸出端由原來的高電平變?yōu)榈碗娖?，CPU外部中斷觸發(fā)并執(zhí)行中斷程序，系統(tǒng)被喚醒進入工作狀態(tài)。同理，當“關(guān)”鍵下被按下時，防盜器會進入掉電狀態(tài)。
2.5電源模塊
考慮到防盜器體積小、待機時間要求較長以及內(nèi)部元件在3.7 V以下均可正常工作，設(shè)計選用手機鋰電池作為系統(tǒng)電源。手機電池容量比一般紐扣電池大，體積相對小，供電時間長。因此，當電池容量為1 500 mA/h時，一次充電可使用20天左右。
防盜器內(nèi)CPU工作電壓為2.2 V～3.8 V，其他模塊工作電壓為3.7 V左右，因此鋰電池經(jīng)過降壓處理后才可給CPU及其外圍電路供電。
外部充電器可提供5 V電壓對防盜器內(nèi)電池進行充電并給各模塊供電。具體電源電路如圖6所示。圖中，3.7 V電池為鋰電池。如虛線框內(nèi)電路所示，當有外接5 V電源時，電池經(jīng)過R13、R16分壓得到4.3 V電壓，此電壓給截止電壓為4.2 V的鋰電池充電,此時Q2導通，LED1亮紅燈以指示系統(tǒng)處于充電狀態(tài)。通過R14、R15組成的電位器可測知電池的充電完成狀態(tài)，電池充滿后，CPU控制電源充電指示燈變?yōu)榫G色。無外接電源時,鋰電池供防盜器用電,此時Q2不導通，LED1燈滅。
工作狀態(tài)下，鋰電池輸出的電壓為3.7 V。二極管D2與D3為鍺二極管,工作時壓降為0.2 V～0.3 V，3.7 V電壓經(jīng)過降壓后,可得3.1 V～3.3 V的電壓,此電壓為CPU供電。
3 軟件設(shè)計
系統(tǒng)有開、關(guān)兩種狀態(tài)。系統(tǒng)程序流程如圖7所示。系統(tǒng)處于“開”工作狀態(tài)下，按下“關(guān)”鍵，系統(tǒng)執(zhí)行“關(guān)”鍵的中斷程序。在程序中將寄存器PCON賦值為0x02后系統(tǒng)便會進入掉電模式。該模式下CPU外部時鐘停振，CPU、定時器、串行口全部停止工作，但外部中斷仍正常工作，可將CPU從掉電模式中喚醒，從而節(jié)省了防盜器的功耗。
系統(tǒng)處于掉電模式時，遙控器“開”鍵按下后，系統(tǒng)由外部中斷被喚醒進入工作狀態(tài)。系統(tǒng)從掉電模式被喚醒后，首先執(zhí)行掉電命令后的指令然后才會進入中斷服務(wù)程序。因此在編寫程序時一般會在使系統(tǒng)進入掉電模式的指令后面加一條nop指令，例如：
PCON=0X02;
_nop_();
防盜器存儲單元可儲存一個電話號碼。用戶用手機撥打防盜器號碼一次，用戶的手機號碼便會將防盜器之前所存儲的號碼覆蓋。工作狀態(tài)下，防盜器周圍出現(xiàn)異常振動信號后，CPU將控制GSM模塊,并利用SIM卡通過GSM網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)存儲的號碼自動撥號以提示用戶，用戶獲知后掛斷即可。
本文以STC12LE5402AD為主控芯片，以SIM900B為GSM模塊，以振動傳感器為信號檢測器設(shè)計了一個小型汽車防盜器。該防盜器可實現(xiàn)的功能有：車輛被非法啟動或挪移時可及時通知車主，有效防止車輛被盜情況；車輛被盜后，只要汽車被啟動，公安部門便可以通過GSM網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控被盜車輛的位置。防盜器體積小、無需安裝,無噪音污染且成本低，易于推廣。
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