一種新型汽車防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

[摘 要]以AT89C2051單片機(jī)等集成電路為核心，設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的汽車防盜系統(tǒng)，給出了硬件電路和編程方法。該裝置采用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)開(kāi)啟油門(mén)來(lái)完成汽車的防盜功能，其設(shè)計(jì)合理、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

[關(guān)鍵詞]單片機(jī) 鍵盤(pán) 步進(jìn)電機(jī) 油門(mén)

[中圖分類號(hào)]TN [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1009-5489(2009)10-0127-02

微電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促使車輛中的電子自動(dòng)化化程度越來(lái)越高。可以說(shuō)，傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代車輛的筋骨，電子技術(shù)則構(gòu)成了現(xiàn)代車輛的神經(jīng)中樞。汽車電子技術(shù)主要包括硬件和軟件方面的內(nèi)容:硬件包括微處理器及其接口、執(zhí)行部件、傳感器等;軟件主要是以匯編語(yǔ)言及其他高級(jí)語(yǔ)言編制的各種數(shù)據(jù)采集、計(jì)算判斷、報(bào)警、程控、優(yōu)化控制、監(jiān)控、自診斷系統(tǒng)等程序。

汽車工業(yè)的不斷發(fā)展以及人們生活水平的不斷提高使得汽車用量不斷增大，汽車的防盜是一個(gè)十分棘手的問(wèn)題。基于這種現(xiàn)象筆者設(shè)計(jì)了一種全新的汽車防盜保護(hù)裝置。這種保護(hù)裝置采用單片機(jī)控制，密碼輸入開(kāi)啟油門(mén)。就算盜賊打開(kāi)車門(mén)、斷掉防盜器電源，也無(wú)法將車盜走。

一、裝置組成和工作原理

1.電路組成和器件選取

本保護(hù)裝置由AT89C2051單片機(jī)、鍵盤(pán)、步進(jìn)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路以及機(jī)械開(kāi)關(guān)組成。本裝置采用兩個(gè)5號(hào)電池作電源，步進(jìn)電機(jī)由汽車電瓶供電，圖1為裝置組成框圖。

圖2為AT89C2051的引腳排列圖。AT89C2051單片機(jī)具有如下特點(diǎn):第一，片內(nèi)程序存儲(chǔ)器采用閃速存儲(chǔ)器，使程序的寫(xiě)入更加方便;第二，AT89C2051減少了兩個(gè)對(duì)外端口(即P0、P2口)，是一個(gè)有20個(gè)引腳、尺寸更小的芯片，使整個(gè)硬件電路的體積更小;第三，超過(guò)1000次擦/寫(xiě)循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間超過(guò)10年的存儲(chǔ)器保證了高可靠性、長(zhǎng)壽命;，第四，具有很寬的工作電源電壓，可為2.7～6V，并且功耗很小，適合于電池供電的小型控制系統(tǒng)。正是基于AT89C2051單片機(jī)的上述優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)本裝置中，選擇了AT89C2051單片機(jī)。

矩陣式鍵盤(pán)由行線和列線組成，按鍵位于行和列線的交叉點(diǎn)上。一個(gè)m*n的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有mn個(gè)按鍵的鍵盤(pán)。需要按鍵較多時(shí)，矩陣式鍵盤(pán)使用I/O口較少。本保護(hù)裝置需要輸入字符為11個(gè)，故采用4*4的矩陣式鍵盤(pán)進(jìn)行密碼輸入。通過(guò)鍵盤(pán)輸入正確的密碼可使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)油嘴開(kāi)關(guān)，進(jìn)而來(lái)控制油路的開(kāi)閉。

步進(jìn)電機(jī)是一種受脈沖電流控制，其轉(zhuǎn)子可以順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的電動(dòng)裝置，在本保護(hù)系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)需要將油嘴打開(kāi)或關(guān)閉。步進(jìn)電機(jī)具有如下特點(diǎn):第一，步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流控制，轉(zhuǎn)子的角位移正比于輸入脈沖的數(shù)量，轉(zhuǎn)子的角速度正比于輸入脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子繞組的通電順序;第二，步進(jìn)電機(jī)有一定的步距誤差，但沒(méi)有累計(jì)誤差。

本裝置中，選擇單定子、徑向分相、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，三相三拍通電方式。若控制線路不停地按A—B—C—A…順序控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通斷電，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);若通電順序改為A—C—B—A…，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)3°。步進(jìn)電機(jī)定子繞組的三相通電順序，由單片機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制。

圖3為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。該電路由運(yùn)算放大器、光電耦合器、功率三極管V及阻容元件組成。本設(shè)計(jì)中，集成運(yùn)放選用CA358，單電源供電，驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng);V₁和V₂選用夏普雙光電耦合器PC827。

電路的核心是兩個(gè)光電耦合器V₁和V₂，V₂和R3組成輸出級(jí)，V₁和V₂的初級(jí)串聯(lián)，共用同一激勵(lì)電流，V₁和R2模仿輸出形式，組成負(fù)反饋電路。采用快速光電耦合器可以改善電路的整體性能，由于V₁和V₂選用同一型號(hào)的光電耦合器，可以認(rèn)為它們的傳輸特性和溫度特性是一致的，一個(gè)作輸入，一個(gè)作反饋，可以巧妙的補(bǔ)償其非線性。功率三極管V3構(gòu)成射極跟隨器，可以降低輸出阻抗，提高電路的驅(qū)動(dòng)能力，以滿足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)需要。

由于該電路的輸入和輸出之間僅有光耦合，而沒(méi)有電的聯(lián)系，所以，能很好地隔斷干擾，保證裝置的可靠。光電耦合器和負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路不能采用相同電源。

2.程序流程和實(shí)現(xiàn)功能

本保護(hù)裝置采用匯編語(yǔ)言編程方式控制，圖4為程序流程框圖。在軟件語(yǔ)言的控制下可以實(shí)現(xiàn)下述功能。

(1)密碼的設(shè)置和作用

剛開(kāi)始單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)原始密碼，在買此產(chǎn)品時(shí)同時(shí)可獲得原始密碼，用戶輸入正確原始密碼后，可以通過(guò)顯示屏上的提示設(shè)定一個(gè)一級(jí)密碼和一個(gè)二級(jí)密碼(所有的密碼輸入都以“#”表示輸入結(jié)束)。

如果單片機(jī)檢測(cè)到一級(jí)密碼輸入正確，則輸入二級(jí)密碼;當(dāng)二級(jí)密碼輸入正確，則單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)90°，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)油嘴開(kāi)關(guān)，打開(kāi)油嘴，當(dāng)用戶離開(kāi)汽車的時(shí)候可以按一下“*”步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)90°，關(guān)上油嘴。

(2)密碼的修改

輸入密碼時(shí)，當(dāng)連續(xù)輸入3次不正確的一級(jí)密碼，則輸入二級(jí)密碼也打不開(kāi)油路，只能輸入一級(jí)密碼進(jìn)行二級(jí)密碼的修改。對(duì)二級(jí)密碼修改時(shí)，都需要先輸入原來(lái)正確的二級(jí)密碼，再輸入新的二級(jí)密碼，按”#”號(hào)結(jié)束。

二、結(jié)束語(yǔ)

整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)單，并且性能穩(wěn)定。任何燃油機(jī)動(dòng)車輛均可安裝。整個(gè)裝置功耗極小，耗電極低，2節(jié)1.5伏5號(hào)干電池長(zhǎng)時(shí)間供電。

[參考文獻(xiàn)]

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[3]張毅坤編著:《單片微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用》，西安電子科技大學(xué)出版社2006年版。