基于飞思卡尔单片机的汽车防盗器设计Word文档格式.docx
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而电子技术的发展为汽车电子化提供了良好的条件,国外汽车广泛采用计算机控制装置和电子设备,极大地改进和提高了汽车的性能。
但这与性能优良的微处理器是分不开的,汽车上的计算机控制系统基本上采用的都是单片机。
本防盗系统设计以M68HC908GP32单片机为核心控制模块,使用红外线遥控模块实现远程遥控开启和关闭系统,采用振动传感器采集外部振动信号,利用声光报警模块发出声光报警。
红外遥控模块主要功能是发送和接收红外线信号。
振动检测模块主要用来检测汽车是否有振动,当没有振动时,输出保持低电平;
当有振动时,检测电路产生数字脉冲信号,送到单片机控制模块进行信号处理。
单片机控制模块是整个硬件系统的核心部分,它接收振动检测电路传来的信号,并通过程序来加以处理,当它接收到的是低电平时,就保持报警电路处于关闭状态;
当它一旦接收到脉冲信号时就开启报警电路。
报警模块主要由声和光报警两部分组成。
由此设计出来的防盗系统具有功能稳定、价格便宜,制作简单、安装方便等特点。
而且防盗性能比较稳定,抗干扰能力强、安全可靠。
这种防盗器安装隐蔽,不易被盗贼发现,具有一定的推广作用。
本防盗系统设计能达到的预期结果:
在车辆锁止的情况下,启动报警系统,当车辆被触及而发生振动时,由扬声器发出警报声响,如果没有则车辆处于预警状态。
2本课题的研究背景
2.1单片机的发展与应用
2.1.1单片机发展状况
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
单片机的新特点是价格更低、使用更加方便、功耗更低、低电压型、Flash型。
2.1.2单片机在汽车上的应用
电子技术的发展为汽车电子化提供了良好条件,国外汽车广泛采用的计算机控制装置和电子设备已成为批量极大的机电一体化产品,如点火控制、制动防滑控制汽油分配及车内空调、音像及门窗控制等。
这些装置和系统的采用使汽车的行驶安全性、可靠性和舒适性有很大提高,节约了燃料,降低了对环境的污染,改进和提高了汽车的性能。
这些系统的广泛使用,在很大程度上得益于性能优良的微处理器的发展,汽车上的计算机控制系统基本上采用的都是单片机。
计算机由运算器、控制器、存储器、输人设备以及输出设备五部分组成。
早期的计算机因为体积庞大,价格昂贵,很少能在汽车上应用,采用大规模集成电路的单片机把计算机的五个组成部分集成在一个芯片之内,它体积小、价格低、性能高,因此在仪器仪表、化工石油、航空航天领域得到了广泛的应用。
一辆国外先进轿车就使用几十个单片机。
单片机控制系统中除了单片机这个系统核心,尚需要前向通道、后向通道及人机接口等。
有些系统包括所有全部,而有些只包含几部分,根据系统要求决定系统规模。
单片机是系统中枢,作出决策。
前向通道是系统的信息输人端,将各种传感器如水温、气压、位置开关、空气流量计、电池电压等有关参数和连续模拟信号经过信号调理电路处理得到标准信号送人单片机。
使单片机及时获取系统运行信息。
后向通道将微机计算或逻辑判断得到的控制量送给执行机构,
使系统按预定的规律运行。
这些执行机构可能是阀门或电磁铁等。
系统框图如2.1所示,
图2.1单片机控制系统构成
系统运行过程中,需要驾驶员设定一些参数,同时要求及时控制运行过程的一些状态,因此系统还要有一些人机交互接口,汽车单片机系统的人机交互不象电脑有键盘和显示器,一般比较简单,输人设备为按钮或简单键盘,输出一般为指示灯、LED或数码与点阵式液晶显示器汽车上使用的单片机一般为4、8、16位单片机。
系统功能的实现除了必要的硬件支撑,还要设计软件。
单片机软件开发一般需要借助专用开发工具,每年单片机均有自己特定的指令系统,可以用汇编语言或BASIC、C等高级语言编写。
控制策略有很多如位式控制、PID控制、模糊控制、自适应预测预报控制等,这些控制方案使得系统智能化程度越来越高。
开发软件完成后,用将程序固化在存储器中或做掩膜。
2.2国内外对汽车防盗器的研究现状及发展
随着微电子技术的进步,各汽车厂家都在不断地改进防盗技术,汽车防盗技术己向着自动化、智能化方向发展。
2.2.1国内外汽车防盗技术的发展
国外汽车防盗技术起步较早,主要原因是国外汽车保有量很大,而且盗窃案件逐年上升,广大汽车用户对汽车在防盗性能方面有更高的需求,另一方面国外政府也针对汽车防盗性能制定了严格的法律法规;
同时微电子技术和计算机软件技术的进步也推动了汽车制造厂商对汽车防盗技术进行研究和升级。
一下列举了国外防盗技术的发展。
1美国的钥匙防盗技术
美国德克萨斯仪器公司下属的一家子公司利用无线电射频技术,研制成功一种“车辆固定系统”,将射频发射应答器嵌入汽车钥匙中,应答器内存有与特定车辆相吻合的特别识别码。
当钥匙插入电源开关并转动时,就会在转发器和识别器之间引发一种无线电信号,如果钥匙中的识别码与汽车内的编码一致,汽车就可以发动起来。
否则,识别码就不会接通电源,从而锁定点火系统和供油系统,汽车无法起动。
该技术已为福特汽车公司所采用。
2德国的变密码防盗技术
德国梅塞德斯·
奔驰公司于1994年12月1日开始生产首批绝对防盗豪华轿车。
这种汽车装配有“电子开门钥匙”红外线遥控器,发射出肉眼看不见的多次变换密码的光信号及接受这种信号的特种传感器来防盗。
它由微型计算机与发动机的电子控制单元(ECU)相联。
当车门锁闭时,能切断全部功能。
这种防盗装置之所以能绝对防盗,就在于密码的随时变换,只有与之相应的遥控器才能使用和识别密码。
3日本的感应式防盗技术
2004年,日本松下电器公司推出了感应式防盗技术,利用声压传感器和人体传感器辨认异常情况进行处置和报警。
现在的最新技术是基于GPS全球定位系统和移动公司GSM、GPRS以及短信技术的综合防盗系统,具有车辆定位、遥控熄火、网络查询及跟踪、车内监听、路况信息查询、人工导航等多种功能。
4澳大利亚的电子追踪防盗技术
澳大利亚一家公司发明的电子追踪防盗技术是示踪标识和追踪雷达系统的结合,能在14m之内对行驶的汽车进行监视和识别。
每个标识都有一个硅集成电路和发射装置。
标识可跟踪车主要求的密码电波,出厂时装在车内。
追踪雷达系统则装在道路口的交通标志灯上,接收和识别每一辆驶过车辆的密码电波,警察据此扣留被盗车辆。
5法国的代码防盗技术
法国雪铁龙和标致汽车公司研制成功一种用代码防汽车起动的装置。
该装置很有效又有约束性。
因为每次起动汽车前,必须输入代码才行。
这一技术己为新型雷诺轿车采用。
还要提及的是,法国提出的通过人造卫星监控汽车的防盗装置也开始实用化。
它为我们防盗技术将来的发展方向开辟了一条新的思路。
国内汽车防盗技术的发展
我国单片机在汽车电子设备上的应用研究起步晚,技术落后。
我国从80年代引进单片机,主流系列为英特尔公司51系列,在我国应用较为成熟,近年其他公司的性能优良的单片机较多地引进,为单片机应用提供更好的条件。
我国汽车专用微电脑较少,清华大学曾用MC68HCOS单片机进行汽车安全气囊控制系统开发研究。
一般开发汽车电子产品选用单片机。
但我国经过20年的单片机引进、消化和开发,已积累了一定的技术,培养了很多人才,单片机技术引起了各个行业的重视。
在不久的将来,我国汽车行业将研制出更多、更先进可靠的单片机应用系统。
我国在汽车防盗技术方面一直较为落后,究其原因一是我国制定的汽车防盗法规还不够健全,执行也不够严格;
二是生产企业对汽车防盗的认识还不够重视,资金投入也不足;
三是我国的汽车防盗技术方面还比较薄弱,尤其是电子方面,这就严重限制了我国汽车防盗技术的发展。
但是,从近几年的情况来看,我国在这一方面大有改观。
虽然国内对汽车防盗技术的研究起步较晚,但对新技术的跟进十分迅速,特别是对GPS、GPRS、GSM、短信、RFID以及跳码等最新技术在汽车防盗上应用进行了卓有成效的研究。
国家在汽车防盗保险法规方面制定了更为严格的标准,也给予了大量的投资,积极开发新产品。
中国的全方位遥控防盗技术
吉林省通化市一青年发明家研制成功一种DF-816型汽车防盗器,适用于各种大小汽车,具有全车体、全方位防盗、自动防盗报警和锁定功能。
除车主之外,任何人想开动或撬、拆、击打汽车、盗窃轮胎或车上货物,都会发出不小于1200分贝的强力报警声。
其遥控器可象BP机那样随身携带。
2.3汽车防盗器的类型和特点
2.3.1汽车防盗系统的作用
汽车防盗系统,是指防止汽车本身或车上的物品被盗所设的系统。
它由电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、报警装置和执行机构等组成。
最早的汽车门锁是机械式门锁,只是用于汽车行驶时防止车门自动打开而发生意外,只起行车安全作用,不起防盗作用。
随着社会的进步、科学技术的发展和汽车保有量的不断增加,后来制造的轿车、货车车门都上装了带钥匙的门锁。
这种门锁只控制一个车门,其他车门是靠车内门上的门锁按钮进行开启或锁止。
2.3.2工作原理
一般的电子汽车防盗器里有一个集成芯片,里面有一些开关门,当外加一个触发电压的时候,开关门就打开输出一个正电压到驱动电路,推断执行机构和报警电路。
外加电压靠传感器或开关来完成的,具有隐蔽性和不可破坏性。
电控汽车一般都是原厂带的防盗器,原理与电子防盗器大致相同,只是电路互相牵连,主要是锁死发动系统。
网络防盗器除了有比电子防盗器更强的功能外,还能把盗情发送到车主的手机上,并具备锁死发动系统的能力。
其手机定位可把车辆定位在某个范围内。
GPS卫星定位防盗器功能就更强了,几乎综合了所有的防盗功能,并能用卫星准确定位在5米范围内,也就是眼前。
其传感器有采用无线传感的,很难破坏。
为了更好的发挥防盗作用,有的车上还装有一个转向锁。
转向锁是用来锁止汽车转向轴的。
转向锁与点火锁设在一起,安装在转向盘下,它是用钥匙来控制。
即点火锁切断点火电路使发动机熄火后,将点火钥匙再左旋至极限位置的挡位,锁舌就会伸出嵌入转向轴槽内,将汽车转向轴机械性的锁止。
即使有人将车门非法打开并起动发动机,由于转向盘被锁止,汽车不能实现转向,故不能将汽车开走,于是起到了汽车的防盗作用。
有的汽车设计和制造时就没有转向锁,而是用另外一个所谓的拐杖锁锁止转向盘,使转向盘不能转动,也可起到防盗作用。
有的汽车在变速器上设有机械锁,是将变速器操纵杆锁止,使盗窃者不能挂挡而使汽车不能移动。
点火开关是用来接通或断开发动机点火系的电路,根据一把钥匙开一把锁的道理,也起到了一定的防盗作用。
2.3.3防盗器的类型和特点
汽车防盗装置按其结构可分为机械式、电子式、网络式、指纹识别式四大类。
机械式
防盗装置是采用金属材料制作的各种防盗锁具,包括转向柱锁、转向盘锁、变速杆锁、踏板锁(离合器踏板锁、制动踏板锁)、车轮锁等到等到,通过这些防盗锁是锁住汽车的操纵部件,使窃贼无法将汽车开走。
该防盗装置简便易行、价格便宜,缺点是不能报警。
电子式
防盗装置也称微电脑防盗装置,主要有插片式、按键式和遥控式等种类。
该防盗装置通过电子设备控制汽车的起动、点火等电路,当整个系统开启之后,如果有非法移动汽车、开启车门、油箱门、发动机盖、行李舱盖、接点火线路时,防盗装置立刻发出警报,顿时灯光闪烁,警笛大作,同时切断起动电路、点火电路、喷油电路、供油电路,甚至自动变速器电路,使汽车处于完全瘫痪状态。
该防盗装置安装隐蔽,功能齐全,无线遥控,操作简便,是目前中、高档轿车上广泛使用的防盗装置。
网络式
汽车防盗系统是目前国际上比较流行而且比较先进实用的一种防盗方式。
它是在充分总结了前几各防盗方式存在的一种新型的汽车防盗方式。
其主要有两种:
一种是全球卫星定位、通过GSM进行无线传输对汽车进行定位跟踪和防盗防劫的CAS防盗系统,俗称“地网”。
该类防盗系统最大的优点是改变了传统防盗装置单一的技防功能,而增加了人防功能,它能过建立在天空和地面的“网”对车辆进行及时报警并跟踪定位,从而使公安快速出警追堵被盗车辆成为可能,而且这种防盗系统具有阻断油、电路熄火停车等防盗又防劫功能。
只有网络化才能远程跟踪、遥控并在窃贼得手后找回被盗汽车,因此汽车防盗网络化是大势所趋,是主流发展的产品。
指纹识别式
汽车指纹识别防盗系统是国际上最新流行的,也是防盗效果最好的防盗系统。
它通过人体指纹的生物特征的唯一性,通过指纹识别控制汽车的电路,油路,启动马达等,从而达到防盗的目的。
它多采用物理连接,没有空间信号的传递,从而有防屏蔽等功能;
活体指纹的不可复制性以及复杂性,从而可以做到防解码等特点。
指纹识别技术分为光学指纹识别技术、半导体电容式活体指纹识别技术种,其中半导体电容式活体指纹识别技术的精确性更高,当然也取决于芯片本身的制造工艺。
遥控式
遥控式汽车防盗器是随着电子技术的进步而发展起来的,是市场上推广普及最为广泛的一种。
它的特点是遥控控制防盗器的全部功能,可靠方便,可带振动侦测、门控保护及微波或红外探头等功能。
随着市场对防盗器的要求不断提高,遥控式汽车防盗器还增加了许多方便使用的附加功能,如遥控中控门锁、遥控送放冷暖风、遥控电动门窗及遥控开启行李等功能。
2.4汽车防盗系统的未来展望
未来汽车防盗系统将向多功能化、网络化、可视化和便捷化发展。
多功能化
就是在同一辆车上使用两种或两种以上的防盗技术,从而增加窃贼的盗窃难度并延长其作案时间,最终迫使窃贼放弃。
如超安超音波传讯锁属于机械式防盗器和电子防盗器的组合:
方向盘锁利用钢制材质制造不易锯断,感应器采用超音波感应与震动感应,在收到异常状态的第一时间就呼叫车主,距离可达2.5~3公里,车型不限。
网络化
在GPS定位、GSM、短信、电子地图这些技术的基础上今后还可能和可视化设备融合,可以实现对窃贼进行拍照取证;
另一方面通过和公安机关的机动车防盗警务网络进行联网,可以实现自动向警方报警的功能。
可视化
主要有以下两种设备:
(1)微型间谍相机,该相机体积极小,可以安在汽车的任何部位而不被人注意,并能在很弱的光线下工作。
可拍摄多达12幅的照片,与蜂窝式无线电话网络联接,可将闯入汽车盗贼的照片直接传送到控制中心,使盗贼立即被辨认出来,以供警方采取相应的措施。
(2)秘密报像机,该报像机体积很小,可隐蔽安装在汽车内。
秘密报下盗贼强行进入汽车的影像,并通过全球定位系统,传送到控制中心。
使控制中心随时掌握车辆所在的位置及盗贼的动向,以便抓获。
便捷化
自动实现车门的加解锁和车窗玻璃的升降,如最新的PKE(PassiveKeylessEntry)技术,也称“被动式免钥匙进入”技术,车主将“智能钥匙”放到口袋或皮包中随身携带后,可以实现车主离开汽车超过18米系统将自动为您锁好车门并伴有声光提示。
如果下车时没有关好车门,系统会有声光报警提醒您回去关好车门。
如果您忘记了关车窗,系统会自动为您升窗。
当需要开车时,不用做任何操作直接可以开启车门。
3MC68HC908GP32单片机
3.1MC68HC908GP32基本组成及主要特点:
·
32K片内FLASH程序存储器,具有在线编程能力和保密功能
512B片内RAM
8MHZ内部总线频率
增强型串行口通讯口SCI
串行外围接口SPI
两个16位双通道定时器接口模块(TIM1和TIM2),每个通道可选择为输入捕获、输出捕获和PWM,其时钟可分别选为内部总线的1、2、4、8、16、32和64的分频值
8路8位A/D转换器
系统保护特性:
—计算机工作正常(COP)复位
—低电压检测复位,可选为3V或5V操作
—非法指令码检测复位
—非法地址检测复位
时钟发生器模块,具有32KHZ晶振PLL电路,可产生各种工作频率
33根通用I/O脚,包括26根多功能I/O脚和5或7根专用I/O脚
PA、PC和PD的输入口有可选择的上拉电阻
所有口有10mA吸流和放流能力,PTC0-PTC4有15mA吸流和放流能力
主要特点:
(1)采用模块化设计
(2)含片内监控ROM,为用户提供了在线编程及在线调试等功能。
(3)具有特色的Flash取代片内EPROM和ROM,其价格低于相同容量的OTP型微控制器。
(4)具有锁相环电路,可以使用32kHz的晶振产生8kHz的总线速度,大大降低了干扰。
(5)M68HC05向上兼容
3.2MC68HC908GP32内部结构及功能
1)MC68HC908GP32的系统结构
GP32主要有如下的一些功能模块:
中央处理器模块CPU08;
时钟发生器模块CCM;
存储器模块MEMORY;
模数转换模块ADC;
多功能定时器借口模块TIM1和TIM2;
时基模块TBM;
串行通信接口SCI;
串行外围器件扩展接口SPI;
并行接口PTA、PTB、PTC、PTD和PTE;
CPU正常工作监视模块COP;
电源电压监视模块LVI;
节电模块、系统集成模块和监控模块等。
2)引脚
图3.1分别为PDIP40引脚图
图3.140脚PDIP引脚图
VDD和VSS:
电源供给端
OSC1和OSC2l:
片内振荡器引脚
RST:
外部低有效复位输入或输出脚,有内部上拉电阻
IRQ:
外部中断输入脚,有内部上拉电阻
VDDA和VSSA:
时钟发生器模块(CGM)的电源供给端
CGMXFC:
CGM的外部滤波电容连接脚
VDDAD和VSSAD:
A/D转换器电源供给端
VREFH和VREFL:
A/D转换器的高和低参考电压输入端
PTA7/KBD7~PTA0/KBD0:
8位通用双向I/O口,每个可编程为键盘输入脚。
作输入时,每个可选择有上拉电阻
PTB7/AD7~PTB0/AD0:
8位通用双向I/O口,可用作A/D输入
PTC6~PTC0:
7位通用双向I/O口。
PTD7/T2CH1~PTD0/SS:
8位特殊功能,双向I/O口。
PTD0~PTD3可用作SPI脚,PTD4~PTD7可分别用于定时器模块(TIM1和TIM2)。
在作输入时,每个可选择有上拉电阻
PTE1/RXD、PTE0/TXD:
2位通用双向I/O口。
它们可用作SCI脚
3)存储器
MC68HC908GP32可寻址64K地址空间。
MC68HC908GP32具有32KFLASH存储器,它由FLCR寄存器($FE08)控制写入、擦除,其中HVEN为高电压允许位(=1,执行写入或擦除),MASS为全局擦除位(=1,选择全局擦除),ERASE为擦除控制位(=1,选择擦除),PGM为编程选择位(=1,选择编程)。
4)复位和中断
MC68HC908GP32具有上电复位(POR)计算机工作正常(COP)、低电压复位、非法指令码和非法地址等复位源。
SIM复位状态寄存器(SRSR)($FE01)为复位标志(它们在读出后清零)。
GP32具有24个中断源和17个中断入口向量,见表3-1。
它共有16个中断状态位,位于$FE04~06寄存器中。
Note:
COP可由系统设置寄存器设置溢出周期和禁止。
在允许后,软件必须周期性地向$FFFF写入任意值(32、768KHZ慢速方式时,COP溢出周期为250ms)。
外部中断(IRQ)可由INTSCR($001D)设置为下降沿和低电
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