毕业设计基于单片机的汽车多功能报警器设计.docx

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毕业设计基于单片机的汽车多功能报警器设计

河南科技学院

2009届本科毕业论文（设计）

论文题目：

基于单片机的汽车多功能

报警器设计

学生姓名：

程彬

所在院系：

机电学院

所学专业：

应用电子技术教育

导师姓名：

刘法治

完成时刻：

2009年5月20日

摘要

本文介绍了基于单片机的汽车多功能报警器的设计。

系统利用各类传感器对警情和汽车各部份设备进行检测，通过遥控实现汽车防盗报警设防和撤防。

当报警器处于设防状态时，假设警情搜集电路搜集到警情信号时，AT89S51当即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并切断点火系统的电源。

车辆行驶中，对汽车各部份各系统工作状况进行自动检测，当汽车设备显现不正常时，单片机依照传感器检测到各类警情信号别离进行报警，提示车主进行处置，幸免事故发生。

关键词：

AT89S51，传感器，遥控模块，报警

BasedonSingle-chipMicrocomputer

multi-functioncaralarm

Abstract

ThisarticleintroducedbasedonSingle-chipMicrocomputermulti-functioncaralarm.SystemusesvarioussensorstotestthetheftsituationandworkingcircumstanceofAutomotivevariouspartsequipment,automobileanti-thiefalarm'sopeningandwithclosurethroughremotecontrol.Whenautomobile'santi-thiefalarmisopening,iftheautomobilealarmhaddiscoveredsomepeoplestealtheautomobile,theSingle-chipMicrocomputercircuitcontrolsoundalarmcircuitsendsforththewarningatonce,simultaneouslySingle-chipMicrocomputercontrolsthewirelesssignalcircuittosendsforththealarm,simultaneouslyshutsoffignitionsystem'spowersource.Whenthevehicledriving.Makeuseofsensorversustheautoplantworkingconditionproceedautomaticmeasurement,whentheautoplanthasabnormallywork,theSingle-chipMicrocomputerhasproceedrespectivelyalarmaccordingtothesignalofthesensor,remindsthedrivertocarryontheprocessing,avoidshappentheaccident.

Keywords：

AT89S51,Sensor,Remotecontrol,Alarm

1引言

汽车是目前人类要紧的交通工具，也是现代文明的标志。

全世界每一年汽车销售量达6000多万辆，保有量已超过4亿辆。

在用的车辆越多，但随之而来的交通事故和被盗的汽车也愈来愈多，造成了人员伤亡及经济财产的损失。

人们对机动车辆的利用性能和防盗性能提出了更高的要求。

汽车平安成为一个重要的社会问题。

为了减少汽车事故的发生率，给拥有汽车的用户提供平安感,研制一种简单靠得住、操作方便,能自动检测汽车各部份状况，发觉不正常情形能给驾驶员发出报警提示和防盗警报的平安系统，具有实际的设计意义。

2汽车多功能防盗报警器整体方案设计

汽车多功能报警器的设计思想

目前，市场上的GPS卫星定位系统是目前国内外最先进的防盗装置，GPS系统具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、路况信息、人工导航、车辆查询等多种功能。

GPS卫星定位汽车防盗系统属于网络式防盗器，它要紧靠锁定点火或起动达到防盗目的，而同时还可通过GPS卫星定位系统，将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。

专家提示，这种防盗技术名字叫起来很响亮，尽管有防盗的作用，但利用起来不是很有效，而且价钱也昂贵，实际功用不大。

卫星追踪防盗系统，主若是汽车装备回报系统，经由卫星屏幕，显示车辆位置，因此依照失窃车中有安装卫星追踪系统者，无不是发报系统被破坏，即是电源被切断，使卫星无法追踪到汽车的具体位置，即失去防盗效用，而且价钱昂贵，光安装一套不带显示屏的GPS就需要花费6000-7000元，而每一年还需向GPS系统效劳公司交纳近千元的效劳费，昂贵的购买费和利用费让许多车主望而却步，经济效益差[1]。

利用单片机的低本钱、高精度、微型化性能及特点设计以其为核心的一种汽车多功能报警器，利用单片机的实时操纵和数据处置功能，完成系统对汽车防盗报警、轮胎欠压的检测报警和冷却系统温度检测报警。

该多功能报警器有着经济有效的优势且符合一般公共的消费水平，能够被大多汽车消费者所同意，渐渐成为一般公共汽车用户的优先考虑安装的报警系统。

汽车多功能报警器的设计方案

该多功能汽车防盗报警器，采纳AT89S51单片机和各类传感器的组合，组成汽车多功能报警系统。

其系统要紧由以下几个部份组成：

遥控电路、传感器信号检测电路，单片机处置电路，声光报警和无线报警电路。

本设计的汽车多功能防盗报警器工作原理：

车辆停放，当报警器处于设防状态时，假设警情搜集电路搜集到警情信号时，AT89S51当即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并同时切断点火系统的电源；车辆行驶中，对汽车各部份各系统工作状况进行自动检测，汽车报警器用各类传感器进行数据搜集，传感器搜集信息数据被送到AT89S51单片机，用AT89S51单片机作为主机对进行检测处置，AT89S51单片机操纵电路依照传感器检测到信息做出判定，当某一系统显现故障时，其传感器检测的相应信号，经放大和模数转换后输入单片机，单片机进行比较判定输出信号，驱动报警电路，实现声光报警，以提示司机及时处置，幸免事故发生。

汽车报警器用来遥控器实现设防与撤防的切换。

2.3汽车多功能防盗报警器的整体框图

汽车多功能防盗报警器由电源电路、传感器检测电路、遥控电路、声光报警器电路、点火系统电源切断电路、无线报警电路和单片机组成。

图1为汽车多功能防盗报警器方框图。

图1汽车多功能防盗报警器方框图

3系统的具体设计与实现

系统的硬件设计包括中央处置单元、电源电路、遥控电路、防盗检测电路、轮胎欠压检测电路、冷却系统温度检测、无线信号发送电路、声光报警和点火系统电源切断电路组成。

系统的整体电路见附录1。

中央处置单元设计

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处置器和ISPFlash存储单元，功能壮大的微型运算机的AT89S51可为许多嵌入式操纵应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：

40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程按时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

另外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM按时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保留RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

本次设计是用89S51单片机为核心实现报警操纵，因此咱们要先对89S51的各个引脚及其功能有一个全面的熟悉。

3.1.189S51单片机的引脚功能介绍

如图2所示为89S51单片机40引脚双列直插形式，各引脚功能如下：

图289S51引脚图

1电源和晶振：

Vcc——运行和程序校验时加+5V。

Vss——接地。

XTAL1——输入到振荡器的反相放大器。

XTAL2——反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。

当用外部振荡器时，XTAL2不用，XTAL1接收振荡器信号。

2操纵线，共4根。

（1）输入：

RST——复位输入信号，高电平有效。

在振荡器工作时，在RST上作用两个机械周期以上的高电平，将器件复位。

EA/Vpp——片外程序存储器访问许诺信号，低电平有效。

在编程时，其上施加21V的编程电压。

（2）输入，输出：

ALE/PROG——地址锁存许诺信号，输出。

用做片外存储器访问时，低字节地址锁存。

ALE以1/6的振荡频率稳固速度输出，可用做对外输出的时钟或用于按时。

在EPROM编程期间，作输入。

输入编程脉冲。

ALE能够驱动8个LSTTL负载。

（3）输出：

PSEN——片外程序存储器选通信号，低电平有效。

在从片外程序存储器取指期间，在每一个机械周期中，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。

PSEN能够驱动8个LSTTL负载。

3I/O口：

4个口，32根

单片机51系列共有四个8位双向并行I/O通道口，别离是P0、P一、P二、P3，各具有特殊的电路结构，每位均有自己的锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。

这种结构，在数据输出时可锁存，即输出新的数据之前，通道口上原数据一直维持不变，但对输入信息是不锁存的，因此从外部输入的信息必需维持到取数指令执行完为止。

在这四个8位双向并行I/O通道口中，咱们应该选择哪个通道口作为输入信号和输出信号的端口呢？

下面咱们先来了解一下四个通道口的结构。

（1）P0口介绍

P0口在访问外部存储器时，P0口既是一个真正的双向数据总线口，又是从分时输出8位地址口。

它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出操纵电路

（2）P1口介绍

P1口是专门为用户利用的I/O口，是准双向口，P1口为8位准双向口，每一名都可单独概念为输入或输出口。

在编程校验期间，用做输入低位字节地址。

P1口能够驱动4个LSTTL负载。

（3）P2口介绍

P2口也是双向口。

它是供系统扩展时输出高8位地址。

若是没有系统扩展时，也能够作为用户的I/O口利用。

P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。

外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器那么由WR和RD读写信号选通，因为216=64k，因此89S51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器

（4）P3口介绍

P3口是个双功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作变异功能用，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能操纵逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。

由于第二功能信号有输入输出两种情形，咱们别离加以说明。

P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、按时/计数器、串行口和特殊功能寄放器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，一样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一名都可概念为输入或输出。

表1P3口的第二功能

端口引脚

功能特征

串行输入口（RXD）

串行输出口（TXD）

外中断0（INT0）

外中断1（INT1）

定时/计数器0的外部输入口（T0）

定时/计数器1的外部输入口（T1）

外部数据存储器写选通（WR）

外部数据存储器读选通（RD）

此刻咱们已经对四个8位双向并行I/O口有了初步的了解。

依照以上的介绍咱们明白只有P1口是标准的I/O口，因此咱们选用P0口作为数据端口，P0口可逐位别离概念各口线为输入或输出线。

3.1.289S51单片机的中断系统

本次毕业设计的汽车多功能报警器是利用外部中断触发单片机中断处置程序，以实现防盗报警的功能。

因此，以下内容是对89S51单片机的中断系统的介绍。

1中断：

程序执行进程中，许诺外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处置内部事件的中断效劳程序中去；完成中断效劳的程序后，CPU继续原先被打断的程序，如此的进程称为中断进程。

2中断源：

能产生中断的外部和内部事件。

89S51有5个中断源：

（1）INT0：

外部中断0请求，低电平有效。

通过引脚输入。

（2）INT1：

外部中断1请求，低电平有效。

通过引脚输入。

（3）T0：

按时器/计数器0溢出中断请求。

（4）TI：

按时器/计数器1溢出中断请求。

（5）TXD/RXD：

串行口中断请求。

当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。

每一个中断源都对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊功能寄放器TCON和SCON中。

当这些中断源请求中断时，相应的标志别离有TCON和SCON中的相应位来锁存。

389S51中断系统有以下4个特殊功能寄放器：

（1）按时器操纵寄放器TCON（用6位）；

（2）串行口操纵寄放器SCON（用2位）；

（3）中断许诺寄放器IE；

（4）中断优先级寄放器IP。

其中，TCON和SCON只有一部份用于中断操纵。

通过对以上各特殊功能寄放器的列位进行置位或复位等操作，可实现各类中断操纵功能。

4中断的响应进程及中断矢量地址

中断处置进程可分为3个时期：

中断响应、中断处置和中断返回。

89C51的CPU在每一个机械周期的S5P2期间顺序采样每一个中断源，CPU在下一个机械周期S6期间按优先级顺序查询中断标志。

如查询到某个中断标志为1，那么将在接下来的机械周期S1期间按优先级进行中断处置。

中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断效劳程序。

表2既是各个中断源对应的中断矢量地址。

由于89S51系列单片机的两个相邻的中断源中断效劳程序入口地址相距只有八个单元，一样的中断效劳程序是容纳不下的，一般是在相应的中断效劳程序入口地址中放一条常跳转指令LJMP，如此就能够够转到64KB任何可用区域了。

表2中断源及其对应的矢量地址

中断源

中断矢量地址

外部中断0（

）

0003H

定时器/计数器0（T0）

000BH

外部中断1（

）

0013H

定时器/计数器1（T1）

001BH

串行口中断（RI、TI）

0023H

中断效劳程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令RETI为止。

RETI指令的操作一方面告知中断系统该中断效劳程序已执行完毕，另一方面把原先压入堆栈爱惜断点地址从栈顶弹出，装入程序寄放器PC，使程序返回到被中断的程序断点处继续执行。

5在编写中断效劳程序时应注意：

（1）在中断矢量地址单元处寄存一条无条件转移指令（如LJMP××××H），使中断程序可灵活的安排在64KB程序存储器的任何空间。

（2）在中断效劳程序中，用户应注意用软件爱惜现场，以避免中断返回后丢失原寄放器、累加器中的信息。

（3）假设要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，那么可先用软件关闭CPU中断或禁止某中断源中断，在中断返回前在开放中断。

3.1.3按时器/计数器

按时器/计数器是单片机中重要部件，其工作方式灵活、编程简单。

89C51单片机片内有两个16位按时器/计数器，即按时器0（T0）按时器1（T1）。

它们都有按时和事件记数的功能，可用于按时操纵、延时、对外部事件计数和检测等场合。

两个16位按时器事实上都是16位加1计数器。

其中，T0由两个8位特殊功能寄放器TH0和TL0组成；T1由TH1和TL1组成。

每一个按时器都可由软件设置为按时工作方式或计数工作方式及其他灵活多样的可控功能方式。

这些功能都由特殊功能寄放器TMOD和TCON所操纵。

设置为按时工作方式时，按时器计数89S51片内振荡器输出的经12分频后的脉冲，即每一个机械周期使按时器（T0或T1）的数值加1直至计满溢出。

当89S51采纳12MHZ晶振时，一个机械周期为1us，计数频率为1MHZ。

设置为计数工作方式时，通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数。

当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，按时器的值加1。

在每一个机械周期的S5P2期间采样T0和T1引脚的输入电平，假设前一个机械周期采样值为1，下一个机械周期采样值为0，那么计数器加1。

尔后的机械周期S3P1期间，新的数值装入计数器。

因此，检测一个1至0的跳变需要两个机械周期，故最高计数频率为振荡频率底1/24。

不管是按时仍是计数工作方式，按时器T0或T1在对内部时钟或对外部事件计数时，不占用CPU时刻，除非按时器/计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作。

由此可见，按时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。

3.1.489S51单片机的外围电路的设计

本毕业设计的89S51单片机操纵电路的外接电路包括单片机的晶振电路、复位电路。

89S51单片机内含有一个高增益的反相放大器，通过XTAL一、XTAL2外接作为反馈元件的晶体后，组成自激振荡器，因此89S51单片机正常工作时需要外接晶振和微调电容，本设计的单片机的晶振电路的外围电路由一个12MHZ的晶振和两个33PF的电容组成。

本设计的复位电路采纳最简单的上电复位电路，上电复位电路的工作原理为：

上电刹时，RC电路充电，RST引脚端显现正脉冲，只要RST端维持10MS以上高电平，就能够使单片机有效地复位[2]。

图389S51单片机的外接电路

本系统还采纳硬件看门狗电路，以解决因程序跑飞而使系统不能正常工作的问题，提高系统的靠得住性。

为此，利用MAX813L来设计单片机监控电路，以保证系统靠得住运行。

其大体原理：

MAX813LS之内向输入端（WDI）送入一信号（称为喂狗信号）；假设超过要求时刻，MAX813L收不到喂狗信号，其复位输出端（RESET）将产生一复位信号。

当程序跑飞时，程序已无法正常运行即不可能在要求的时刻内向MAX813L发送喂狗信号，从而看门狗产生复位信号使单片机复位，从头返回程序正常运行。

它与单片机的连接电路如图3所示。

电源电路设计

汽车报警器的电源采纳汽车蓄电池供电，汽车蓄电池提供12V的直流电压，12V蓄电池电压通过7805稳压后产生5V电压，作为汽车报警器器的主电源。

电容C2作为高频旁路电容，将高频信号旁路到地。

一样电容C3为滤波电容，C4为高频旁路电容。

R1为限流电阻，LED1为5V电源指示灯。

电源电路原理图如图4所示。

图4电源电路

（1）单片机AT89S51正常工作所需的+5V电压。

该电源电路的输出电流应该不低于100mA，实验证明，当电流低于100mA时，外围电路不能正常工作，乃至致使单片机中程序的误动作。

（2）报警驱动电路正常工作时所需要的+12V工作电压。

该电压一方面作为PWM输出电路的工作电压，单片机输出的矩形波进行足够的放大。

另一方面为报报警驱动电路提供正常工作电压。

遥控模块设计

本系统的遥控模块要紧完成报警状态的切换功能。

报警状态的切换功能是当用户在车上时能够将报警器设为撤防状态，以免误操作；当用户离开车时将报警器设为设防状态，实现无人时的报警。

本文采纳PT2262/PT2272红外编码/解码芯片组实现对系统的遥控功能[3]。

3.PT2262/PT2272介绍

PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

编码芯片PT2262发出的编码信号由：

地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码通过两次比较查对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，若是发送端一直按住按键，编码芯片也会持续发射。

当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，因此315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，因此高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

PT2262/PT2272特点：

CMOS工艺制造，低功耗；外部元器件少；RC振荡电阻；工作电压范围宽：

2.6-15v；数据最多可达6位；地址码最多可达531441种。

（1）编码芯片PT2262

PT2262的外形图和引脚如图5所示。

图5PT2262外形图和引脚

表3PT2262管脚说明

名称

管脚

说明

A0-A11

1-8、10-13

地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）；

D0-D5

7-8、10-13

数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉

Vcc

18

电源正端（＋）

Vss

9

电源负端（－）

TE

14

编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；

OSC1

16

振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；

OSC2

15

振荡电阻振荡器输出端；

Dout

17

编码输出端（正常时为低电平）

在具体的应用中，外接振荡电阻可依照需要进行适当的调剂，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时刻越长。

（2）解码芯片PT2272

PT2272的外形图和引脚如图6所示。

图6PT2272外形图和引脚

表4PT2272管脚说明

名称

管脚

说明

A0-A11

1-8、10-13

地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）,必须与2262一致,否则不解码

D0-D5

7-8、10-13

地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换

Vcc

18

电源正端（＋）

Vss

9

电源负端（－）

DIN

14

数据信号输入端，来自接收模块输出端

OSC1

16

振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；

OSC2

15

振荡电阻振荡器输出端；

VT

17

解码有效确认,输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）

PT2272解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有L4/M4/L6/M6之分，其中L表示锁存输出，数据只要成功接收就能够一直维持对应的电平状态，直