基于單片機的電動車防盜裝置設(shè)計

顧葉虎，金琦淳，任俊，丁高升

(1. 無錫開放大學(xué) 機電工程系，江蘇 無錫 214011；2. 江蘇科技大學(xué)張家港校區(qū) 機電與動力工程學(xué)院，江蘇 張家港 215600)

0 引言

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2014年底，中國的電動車保有量超過2億輛[1]，但是其防盜系統(tǒng)的設(shè)計卻十分簡單。目前，市場現(xiàn)有的電動車防盜裝置，僅能實現(xiàn)聲音報警功能，不能夠?qū)崿F(xiàn)對電動車實時位置信息的獲取，無法有效減少電動車失竊案件的發(fā)生。因此，對電動車防盜裝置的更新升級，成為電動車廠商關(guān)注的熱點，且用戶也迫切期待一種安全可靠、實用經(jīng)濟的新型防盜裝置問世。

1 系統(tǒng)設(shè)計原理

本設(shè)計是一種新型電動車防盜裝置，以STC12C5A60S2單片機作為控制器，利用震動傳感器采集外界信號，并將信號反饋給單片機，單片機依據(jù)接收到的有效信號，控制蜂鳴器與發(fā)光二極管的開啟，從而實現(xiàn)聲光報警；利用紅外遙控可對防盜裝置進行布控或解控，當開啟布控時，裝置處于正常工作狀態(tài)，解除布控則使裝置處于休眠狀態(tài)；此外，設(shè)計巧妙地將GPS與GSM功能融入到系統(tǒng)中，可以通過短信通訊實現(xiàn)對車輛的實時定位。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 硬件系統(tǒng)組成

根據(jù)各個模塊的工作原理設(shè)計出整體的電路圖，單片機主控部分、聲光報警部分以及紅外遙控部分的電路圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)電路圖

2.2 STC12C5A60S2單片機

STC12C5A60S2單片機是一種兼容51內(nèi)核的8位單片機，內(nèi)含有1 280字節(jié)的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)和60K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器(FlashROM)，擁有2路PWM(脈沖寬度調(diào)制)和8路A/D轉(zhuǎn)換，具有工作功耗低、執(zhí)行速度快、抗干擾能力強的特點，廣泛運用于電子行業(yè)中[2]。

2.3 SW-420震動傳感器

震動傳感器是報警系統(tǒng)的核心裝置，該傳感器能夠?qū)④囕v的靜止或運動狀態(tài)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)電信號。設(shè)計采用SW-420常閉型震動傳感器，該傳感器是一種單滾軸型全方位感應(yīng)觸發(fā)開關(guān)，可以全方位感受傾斜和震動，它具有高穩(wěn)定性，高靈敏度，適應(yīng)范圍廣等特點。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 SW-420內(nèi)部結(jié)構(gòu)

傳感器接入電路后即可以立即開始工作。在處于靜止狀態(tài)時，震動軸靜止，電路處于導(dǎo)通狀態(tài)，當傳感器感受到震動時，震動軸位移，電路瞬時斷開，進而實現(xiàn)震動的觸發(fā)功能。設(shè)計時考慮到傳感器單獨工作輸出電壓不穩(wěn)定，為了保證模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量時信號不失真，因此采用了LM393電壓比較器對信號進行過濾。同時為增強裝置的適應(yīng)性，提高靈敏度，在設(shè)計電路時采用了調(diào)節(jié)電位器，可以通過自主調(diào)節(jié)電阻值大小改變傳感器的靈敏度[3]。

2.4 紅外遙控

設(shè)計采用SAA3010 紅外編碼芯片的紅外遙控器以及HX1838紅外接收頭。遙控器與HX1838之間的通信采用NECProtocol的PWM(脈沖寬度調(diào)制)標準，此標準的特點是根據(jù)脈沖的寬度來判斷傳輸?shù)男盘柺恰?”或“1”[4]。遙控編碼的脈沖由引導(dǎo)碼、用戶碼和數(shù)據(jù)碼組成，其中引導(dǎo)碼用于標志遙控編碼脈沖信號的起始位，用戶碼用于識別遙控系統(tǒng)的種類，數(shù)據(jù)碼用于存儲操作指令信息。在數(shù)據(jù)碼中，“0”首先為0.56ms高電平，然后是0.56ms低電平；“1”首先為0.56ms高電平，然后是1.69ms低電平[5]，單片機通過對脈沖信號時間長短的判斷，解碼出傳遞的信息，具體時序圖如圖4。

2.5 聲光報警

設(shè)計中聲光報警裝置由5V有源蜂鳴器以及發(fā)光二極管組成。其中單片機P3.7口連接控制蜂鳴器，并使用1個NPN三極管進行電流放大，單片機通過改變?nèi)龢O管基極的電壓實現(xiàn)對蜂鳴器的控制[6]。對于發(fā)光二極管電路，單片機的P2.0-P2.7口各自串聯(lián)500Ω的限流電阻來保證安全，防止元器件過載[7]。工作時單片機根據(jù)震動傳感器的反饋，分析車輛是否發(fā)生異常運動，從而決定聲光報警的開啟或關(guān)閉。

3 定位系統(tǒng)設(shè)計

3.1 SIM908模塊

設(shè)計采用SIM908芯片作為定位追蹤裝置。SIM908是一款高性能的四頻GSM/GPRS/GPS工業(yè)級模塊，具有很強的穩(wěn)定性和抗干擾能力，工作電壓為3V～5V。它的功能非常全面，不僅擁有通信功能，而且芯片內(nèi)部整合了GPS模塊，可以通過GPS進行全球定位，實現(xiàn)對物體的實時追蹤。

SIM908模塊與單片機的串口通訊依靠AT指令集實現(xiàn)，工作時由單片機通過發(fā)送指令對模塊進行控制，同時模塊也通過AT指令集進行短信通訊，實時收發(fā)信息[8]。GPS數(shù)據(jù)的接收和解碼依靠NMEA-0183協(xié)議，該協(xié)議在GPS接收機上使用最為廣泛，芯片根據(jù)NMEA-0183協(xié)議的標準規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口通訊發(fā)送給單片機，單片機對這些數(shù)據(jù)進行解析得到具體經(jīng)緯度[9]。

3.2 卡槽電路

SIM卡槽電路如圖5所示，SIM卡槽各引腳與芯片引腳相連接，在模塊開機后從SIM-RST引腳和SIM-CLK引腳發(fā)送芯片自動產(chǎn)生的時鐘和復(fù)位信號，同時SIM-VDD引腳輸出電壓對SIM卡供電，當供電、時鐘、復(fù)位信號響應(yīng)后，芯片數(shù)據(jù)接口與卡槽I/O口建立通信[10]。

圖5 卡槽電路

在進行電路設(shè)計時為了減少電源對信號的影響，在SIM-RST和SIM-CLK引腳兩端加入了100pf的濾波電容以增強穩(wěn)定性。同時為了節(jié)約空間，SIM卡槽設(shè)計在PCB板背面，既美觀大方，又減少布線的長度。

3.3 供電電路

考慮到裝置使用場合的多樣性，在設(shè)計電路時芯片采用鋰電池供電，供電電路如圖6所示。鋰電池供電時將電池與芯片VCC直接相連，簡單便捷。交流電供電電路設(shè)計中為保證電流穩(wěn)定，電路采用MIC29302BU電源穩(wěn)壓芯片，該芯片具有穩(wěn)定性強、準確性高、穩(wěn)壓范圍大等優(yōu)點，其輸入電壓最高26V，輸出電壓范圍1.25V～ 26V，輸出最大電流為3A，在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。

圖6 供電電路

4 軟件設(shè)計流程

系統(tǒng)上電后單片機對各個模塊進行初始化，震動傳感器、蜂鳴器、發(fā)光二極管、紅外遙控處于關(guān)閉狀態(tài)，SIM908模塊進行初始化，開啟GPS和GSM功能。通過紅外遙控器發(fā)送布控指令，HX1838紅外接收頭接收到指令后，SW-420震動傳感器將車輛當前情況實時反饋給單片機處理。單片機通過對電平的判斷，確定車輛目前的情況，從而決定是否開啟聲光報警，當發(fā)生誤觸時，控制者也可通過紅外遙控器手動關(guān)閉報警。當車輛被盜后可以通過短信發(fā)送指令，控制SIM908模塊發(fā)送車輛的實時地理位置信息。系統(tǒng)主程序流程圖如圖7所示。

圖7 主程序流程圖

5 結(jié)語

介紹了一種基于單片機的電動車防盜裝置設(shè)計，該設(shè)計創(chuàng)新性地將GPS和GSM功能與傳統(tǒng)報警裝置結(jié)合，使其防盜功能得到大幅提升。不僅可以對可疑行為進行聲光報警，還能通過追蹤定位，實現(xiàn)被盜車輛的迅速找回；系統(tǒng)同時具備智能化、結(jié)構(gòu)精簡、安全系數(shù)高和可操作性強的優(yōu)點，給用戶帶來極大的便利。該產(chǎn)品還可以運用于其他各領(lǐng)域，實現(xiàn)對貴重物品的監(jiān)控，具有廣闊的市場前景。