基于單片機的汽車防盜系統設計

穆加彩

(江蘇省連云港工貿高等職業技術學校,江蘇 連云港 222000)

0 引言

與傳統的專用處理器相比,單片機是應用最為廣泛的一種計算機技術,是電子產品不可或缺的重要組成部分,手機、電腦、家用電器中都有許多單片機在工作。一般情況下,汽車安裝需要配置幾十部單片機。將防盜系統安裝在汽車駕駛區域,當出現非法入侵時報警系統能夠第一時間發出警報,并智能化切斷汽車的點火電路,迅速向車主撥打報警電話。在汽車處于防盜功能開啟狀態下,發生汽車拖行或離地現象時,通過震動傳感系統將得到的數據信息傳送至單片機,當到達報警限制范圍后發出警報,新型汽車融入指紋識別技術具有穩定的防盜優勢,提高汽車的安全性和便捷性。

1 某汽車單片機防盜系統總體結構設計

1.1 系統設計目標及要求

在汽車防盜系統設計的過程中,采用單片機控制傳感器,利用GSM模塊與外界保持通信連接,在手機移動終端接受報警信息,通過手機控制關閉報警狀態。同時,手機能夠通過觀察通信信息了解系統的運行情況,在防盜系統總體設計階段查找相關文獻,明確單片機震動傳感器與GSM模塊的具體工作原理,不斷調節報警流程,以單片機為主導建立控制模塊,負責對系統電路的監督與管理。利用震動傳感器檢測汽車的服務狀態,在報警模塊設置蜂鳴器,第一時間將接觸到的數據傳送到GSM模塊,完成通信傳達。系統軟件設計首先需要規劃好報警電路程序,選擇合適的初始化結構,進行串口通信程序編寫,并保證手機移動端具有短信處理功能,遠程控制系統的中斷與連接。在系統硬件調試和軟件調試的過程中,通過單片機測試了解各系統模塊的具體工作情況,當確定零部件處于穩定運行狀態時進行調試檢驗。開啟手機端控制報警裝置,并檢測汽車安裝的報警器是否能夠按照GSM命令做出警示。通過單片機監控系統電路的運行情況,一旦發生盜竊行為,汽車能夠自動發出警報。靈活的防盜系統能夠及時發出報警提醒,單片機的使用與傳統的防盜系統設計方式相比,單片機的應用更加適合汽車嵌入式系統結構,能夠保證報警信息的準確性[1]。

1.2 系統總體設計方案

通過單片機震動傳感器獲取震動信號,單片機能夠自主控制蜂鳴器發出被盜警報。通過單片機GSM串口通信,將生成的報警信息以短信的形式發送到車主控制終端。車主能夠遠程利用手機短信關閉或開啟系統。系統總結構設計主要分為:電源模塊、控制模塊、系統檢驗模塊、報警模塊、遠程通信模塊等。電源提供穩定電壓完成供電,構建單片機附屬電路進行控制,安裝常閉型震動傳感器,能夠實時完成震動檢測,根據振動頻率通過蜂鳴器發出報警。按照UART協議傳輸到GSM通信模塊,單片機是防盜系統設計的核心。通過單片機將電源模塊、檢測模塊進行有效連接,能夠自動完成震動信號檢測,并根據信號頻率判斷是否需要激活蜂鳴器發出警報。GSM通信模塊通常與戶主的手機之間建立聯系,用戶遠程進行系統關閉或開啟處理,同樣通過GSM通信模塊安裝復位電路與系統開關。系統安裝階段的焊接流程需要總結操作人員的設計經驗,盡量防止漏焊、短路等安全事故的發生。軟件設計階段要結合系統服務功能分別編寫不同類型的子程序,避免出現軟件設計錯誤,在后續的修正過程中能夠為程序清除提供便利。在調試階段采用模塊分開調試法,在汽車防盜系統內安裝指紋識別模塊,迅速完成指紋圖像識別,并將得到的指紋信息發送到單片機,要求用戶在汽車啟動階段完成指紋的輸入、儲存和數據對比。有效識別汽車用戶是否為車主本人,分析繼電器的工作狀態,了解指紋識別情況,當出現指紋不匹配現象時,蜂鳴器會發出警報,LCD液晶顯示屏輸出具體工作狀態。

2 某汽車單片機防盜系統硬件設計

2.1 電源、控制模塊

電源模塊與控制模塊是單片機系統最基礎的模塊。總體系統結構元件設計需要電源作為支撐,為核心電子板與GSM模塊供電。根據GSM模塊的電壓需求,選擇合適的供電方式,在施工開始前設計接線圖紙,當電源開關閉合時,供電電路為單片機提供電力。控制模塊設計需要進行核心元件單片機的選擇,作為防盜系統設計核心,單片機安裝報警狀態指示燈、蜂鳴器、震動開關、時鐘電路等眾多元件,可以在接收到時鐘脈沖后,自動執行電路循環,單片機的復位按鈕負責進行系統控制,單片機重新進行程序執行。不同類型的汽車所采用的主控芯片各不相同,一般情況下,單片機具有低電壓、高性能的應用特點,在芯片設計階段安裝反復擦寫的程序儲存器,隨時進行數據儲存。運用高密度器件完成指令下達,并在主控芯片中設置中央處理器和儲存單元,提高單片機的性價比,選擇一些功能多元化的單片機,其輸出的時鐘頻率為零時,軟件處于休眠狀態。通過串行口、中斷口控制的方式喚醒系統,單片機處于省電模式下,所具有的運行功能自動停止,工作系統的運行狀態由用戶進行調節。

2.2 系統檢測模塊

在系統檢測模塊設計的過程中,常閉型震動傳感器具有靈敏度高、體積小、便于安裝的特點,在汽車防盜系統中作為震動報警裝置。檢測模塊通過比較器完成信號輸出,得到清晰、波形好的數據曲線。檢測模塊具有較強的驅動力,一般情況下傳感器的工作電壓控制在5 V以內,通過螺栓孔進行固定處理,安裝過程十分簡便。在檢測模塊運行階段未檢測到震動信號時,震動傳感器內部的開關處于閉合狀態,計算傳感器輸出端電平為低電平,指示燈發生變化。當檢測模塊獲取到震動信號時,震動傳感器開關處于開路狀態,輸出端的電平為高電平,指示燈保持不變,將震動器的輸出端與系統單片機進行有效連接,檢測模塊在接收電力后,單片機會自動完成震動傳感器輸出端電壓檢測,判斷電壓處于高電平或低電平的狀態。分析周圍環境是否存在震動問題,并作出相應的報警提示。常閉型傳感器作為單片機防盜系統的檢測模塊設計核心,當系統處于開啟狀態時,震動傳感器隨時做出系統監測。當檢測到震動信號后,震動開關斷開處理,輸出端的電壓為高電平,將輸出端得到的信號頻率直接發送到單片機做出檢測判斷。震動傳感器的作用是對汽車內部的特殊震動進行實時監測,在出現汽車拖行或車輛離開地面現象時,震動傳感器能夠實時檢測到未解除防盜功能信號下的環境信號,并將信號傳送到單片機,由單片機完成數據分析,判斷是否發出警報。除了常閉型震動傳感器外,高靈敏位移傳感器的應用作為全方位的固態器件,能夠實現震動傳感的微型化處理,將震動體進行密封炭化處理。根據周邊提供的信號進行電容調整,具有較強的抗干擾性,輸出的開關信號與單片機的輸入電路進行有效連接,整體結構十分簡單,具有較高的輸出阻抗[2]。

2.3 GSM通信模塊

GSM通信模塊設計是在用戶手機終端和汽車控制器之間建立信息溝通的模塊,對防盜系統設計有著重要作用。采用不同型號的GSM模塊,能夠滿足不同功能汽車的防盜需求。一般情況下,在GSM模塊型號選擇階段,選擇一些體積小巧、消耗功能率較低的模塊芯片,在汽車內部建立便攜式無線通信網絡,GSM模塊的控制命令要通過AT指令實現。AT指令負責接收與發送模塊短信,由單片機對信息進行編碼處理。通過統一的數據打包將其發送到GSM模塊。單片機負責信息收發與解析,通過對信息的統一處理進一步完成GSM控制操作。GSM模塊設計在供電后能夠自行啟動,接入電源時模塊指示燈亮起,一盞燈處于常亮狀態,一盞燈不停閃爍。根據燈亮的頻率判斷GSM模塊當前所處的狀態,主要分為網絡搜尋狀態、網絡解析狀態,通過指示燈閃爍頻率觀察判斷GSM模塊接入電源是否符合電源電壓的基本規定,模塊在收到電話信息后,模塊串口輸出字符串。觀察指示燈變化情況,判斷GSM模塊是否接收到短信。在車輛防盜系統設計階段,運用GSM通信模塊能夠確保通信流程的可靠性和安全性,突破傳統指令下達所具有的距離限制,實現車主對汽車的遠距離自動化監控。

3 某汽車單片機防盜系統軟件設計

3.1 主程序設計

汽車防盜系統的設計軟件程序,需要在完成硬件電路設計后,根據系統最終的功能目標進行程序編寫。一般通過C語言來實現,對系統初始化處理,根據得到的短信提示輸出報警信號。程序的編寫是一個循序漸進的過程,通過模塊化編程確保每項功能都有對應的子程序,嚴格按照編寫順序進行程序設計。系統完成電力輸送后進行串口初始化,下達AT指令進行GSM模塊初始化,分析是否順利接收信息,完成短信解析處理,刪除處理后的短信。震動傳感器接收到震動信號時蜂鳴器會發出警報,并通過GSM模塊向用戶手機發送短信提示,車主能夠第一時間接收到預警系統開放狀態提示。當用戶下達關閉指令后,由GSM模塊將系統關閉指令下放到程序運行狀態中,通過手機短信進行系統控制。

3.2 報警電路安裝

在報警電路安裝的過程中,可以融入獨立式的指紋識別系統,利用DSP處理器搭配指紋傳感器,在無上位機管理的狀態下進行指紋錄入、獲取指紋圖像,通過指紋對比完成智能化數據儲存。將指紋識別模塊與單片機進行有效連接。在連接過程中,為了保證TXD與RXD串行口輸出輸入的順利進行,可以采用反接方式。報警電路將LED燈與繼電器并聯串聯三極管,通過單片機軟件進行統一控制。當三極管處于低電平狀態時,繼電器線圈通電,與單片機并聯狀態的二極管發亮。蜂鳴器的安裝與繼電器的安裝相似,控制流程一致。根據系統多樣化的按鍵功能,通過軟件控制消除按鍵抖動,在報警電路設計階段處于指紋識別模式狀態下綠燈常亮,系統模式切換過程中紅燈亮起,還可以將紅燈作為指紋清除結果的判別標準。

3.3 報警工作流程

汽車內部的光電耦合器在工作過程中,輸出端的加電信號會呈現出發光的狀態,發光強度與電流的大小存在密切聯系,當處于密封狀態的受光器,接收到光照后會產生光電流,從輸出端引出光電流實現光電轉換。蜂鳴器的報警功能激發通過定時器、揚聲器共同運行。系統在工作狀態下輸出高電平,經過反相器轉化為低電平,定時器屬于休眠狀態,揚聲器停止發聲。當接收到報警信號后,位于中心區域的GSM芯片會自動中斷服務,輸出低電平經過反相器轉化為高電平,定時器處于工作狀態,揚聲器會發出警報。蜂鳴器在報警過程中,即使汽車的蓄電池受到非法損壞,仍然可以完成報警流程,通常情況下報警電路連接自備電源,即使蓄電池卸下,汽車仍然會發出警報。GSM指令下達需要通過撥號模塊,將接收到的報警信息通過信息儲存模塊進行通信發送通過單片機連接撥號系統,為用戶提供不同類型的信號輸出端,在發出警報的過程中進行信號采集。

3.4 智能化中斷程序

中斷程序主要采用普通的定時器來完成,系統在運行過程中需要自動檢測是否處于開啟狀態。開啟后指示燈亮起,通過震動傳感器分析是否存在震動信號,當檢測到震動信號后系統需要延遲進行確認,避免出現誤判。延遲處理后系統仍然檢測震動信號,需要啟動報警裝置,當檢測系統處于關閉狀態時,指示燈熄滅,分析是否出現按鍵按下的情況。在檢查過程中要進行延時處理,當延時后系統仍然檢測到按鍵按下,需要進行檢測狀態切換。檢測階段進入到松手檢測,為了預防系統判斷誤差要進行延時檢測。在程序分析階段中斷的速度較快,需要每10秒掃描一次。在進行防盜風險預防過程中,盡量加快掃描速度,保證判斷結果的精準性,報警檢測和按鍵檢測都屬于定時器中斷程序的一部分。

4 某汽車單片機防盜系統調試

震動傳感器、GSM模塊、手機移動端之間的信息通信,無法通過仿真模型進行模擬。因此,在后續的防盜系統調試階段,需要將整個系統的設計流程通過實物仿真的方式進行調試。建立單片機最小系統圖,設計過程需要包含GSM通信模塊、震動傳感器以及蜂鳴器。在系統中分別設置按鈕與開關,啟動復位按鈕開啟蜂鳴器。在系統焊接的過程中按照接口圖完成焊接工作,實物之間通過直線連接避免出現飛線問題,所設計的單片機防盜調試系統,通過USB電源進行單片機GSM模塊供電。為了保證正常工作電源電壓要與系統電壓相一致,分別設計電源線和通信線與單片機保持連接。當傳感器運行階段未檢測到震動信號時,指示燈處于常亮狀態。當震動傳感器檢測到震動信號時,指示燈處于熄滅狀態,單片機檢測到高電平狀態時觸發蜂鳴器警報。在震動傳感器區間設置傳感器靈敏度調節模塊,使其處于標準值范圍內,避免出現傳感器判斷誤差,監測狀態通過手動開啟按鈕的方式,監測狀態關閉時中斷檢測,蜂鳴器處于無聲狀態[3]。

5 結語

在汽車防盜系統設計階段,調整好車輛防盜安全與解鎖之間的關系,利用單片機構建防盜系統融入指紋識別模塊、驅動模塊、液晶顯示模塊。在進行汽車防盜系統設計的過程中,制定明確設計目標和基礎要求,構建虛擬化系統結構分析模型,硬件設計分為電源控制模塊、系統檢測模塊、GSM通信模塊;軟件設計包括主程序設計、報警電路安裝、GSM指令下達和智能化中斷程序。完成防盜系統設計后要進行系統調試,了解當前存在的單片機運行問題,并制定出科學合理的解決方案,滿足當代汽車安全性設計需求。