基于單片機(jī)汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

謝海軍，吳鐘云，楊艷華，安玉磊

（北京理工大學(xué) 珠海學(xué)院，廣東 珠海 519085）

據(jù)了解，2009年國內(nèi)汽車防盜系統(tǒng)產(chǎn)量達(dá)3 000萬套以上。在市場銷售方面，國內(nèi)市場銷量以每年20%～30%的增長幅度上升，據(jù)專家預(yù)測，2011年市場需求總量超過1 120萬套；汽車防盜系統(tǒng)的另一主要銷售渠道是出口，2010年的出口量達(dá)到1 600萬套，而且未來汽車市場的進(jìn)一步發(fā)展，將為汽車防盜器市場帶來成倍的增長空間[1]。常用的汽車防盜系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)可分為4大類：機(jī)械式防盜系統(tǒng)、電子式防盜系統(tǒng)、芯片式防盜系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)[3]。其存在的主要問題有機(jī)械式防盜器難抵擋住鐵撬、鋼鋸、強(qiáng)力剪等重型工具的盜竊；電子防盜報(bào)警裝置利用電子技術(shù)，它克服了機(jī)械式防盜裝置不能報(bào)警的缺點(diǎn)，但是容易產(chǎn)生誤報(bào)；網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)費(fèi)用較高[3-6]。文中介紹了一種基于單片機(jī)的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，采用兩個(gè)STC89C52單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警[7]的同時(shí)，通過GSM模塊撥打車主電話或通過短信方式通知車主。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，主要由兩個(gè)單片機(jī)控制模塊、震動(dòng)傳感器模塊、聲光報(bào)警模塊、遙控模塊、GSM模塊、無線發(fā)射與接收模塊組成。其工作原理為車主啟動(dòng)防盜模式后，信號采集系統(tǒng)中的傳感器檢測模塊便處于工作狀態(tài)，傳感器放置在4個(gè)車門和車前后蓋6個(gè)位置，一旦檢測到相應(yīng)的外界干擾信號，防盜系統(tǒng)便被觸發(fā)。單片機(jī)控制模塊進(jìn)行綜合判斷后，一方面發(fā)出報(bào)警聲阻嚇盜車者；另一方面利用GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)將短信發(fā)送至車主的手機(jī)，告知車輛遭受外部侵入或盜竊。同時(shí)，查找被盜的汽車并通過GSM移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)對車載通訊裝置的訊號進(jìn)行基站搜索，以確定車輛的位置。采用51系列單片機(jī)作為主控單元，并且能夠通過傳感器把模擬信號通過A/D信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機(jī)主控制模塊檢測到低電平信號時(shí)，啟動(dòng)聲光報(bào)警電路和GSM報(bào)警，聲光報(bào)警電路由高亮LED和揚(yáng)聲器組成，GSM模塊采用西門子TC35I，GSM模塊向車主發(fā)送短信或者打電話報(bào)警。

圖1 汽車防盜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure diagram of vehicle anti-theft system

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 主機(jī)控制模塊

主控制模塊由按鍵與上電復(fù)位電路、晶振電路組成。其連接如圖2所示，主機(jī)控制模塊負(fù)責(zé)處理傳感器信號、聲光報(bào)警，SPI接收發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)包和TC35IGSM模塊串口通信報(bào)警。

圖2 主機(jī)控制模塊Fig.2 Host control module

2.2 震動(dòng)傳感器模塊

震動(dòng)傳感器模塊的電路如圖3所示，其工作原理為當(dāng)震動(dòng)傳感器受到外界震動(dòng)干擾時(shí)，接觸片S2則變?yōu)榻佑|狀態(tài)，使得比較器U3A的輸出端1得到低電平，輸出一個(gè)低電平信號給單片機(jī)的P3.0口，單片機(jī)得到信號后便進(jìn)行相應(yīng)的處理。

圖3 震動(dòng)傳感器電路Fig.3 Circuit of vibration sensor

2.3 聲光報(bào)警模塊

聲光報(bào)警模塊的電路如圖4所示，其工作過程由單片機(jī)的輸出口P1.6輸出連續(xù)40 s的高平信號經(jīng)過ULN2003反相器后輸出低電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器同時(shí)發(fā)光二極管開始閃爍。

圖4 聲光報(bào)警電路Fig.4 Circuit of acousto-optic alarm

2.4 遙控模塊模塊

遙控模塊的電路主要單片機(jī)電路和無線發(fā)射模塊組成，其遙控流程如圖5所示。主要控制輸入口為單片機(jī)的P3.2與P3.3口，在程序中分別設(shè)置其值為“1”和“2”，當(dāng)報(bào)警器受到外界不良干擾發(fā)出警報(bào)時(shí)，主人可通過該遙控器遠(yuǎn)程按下按鍵K2，相當(dāng)于向P3.2口輸入一個(gè)低電平，通過SPI串行接口傳送給單片機(jī)得到一個(gè)中斷程序，進(jìn)而向無線模塊輸送值“1”，當(dāng)報(bào)警器上的無線接收模塊得到“1”時(shí)，便將其輸送給報(bào)警器上的單片機(jī)處理，單片機(jī)得到中斷信號則停止報(bào)警。同理，當(dāng)按下K3按鍵時(shí)，報(bào)警器上的無線模塊得到數(shù)據(jù)并傳給單片機(jī)執(zhí)行，其功能設(shè)定為防范系統(tǒng)關(guān)閉。

圖5 遙控電路流程圖Fig.5 Diagram of remote control circuit

2.5 GSM報(bào)警模塊

當(dāng)震動(dòng)傳感器檢測到低電平后，單片機(jī)通過串口通信電路TXD和RXD接口TTL電平與單片機(jī)進(jìn)行串口線通信，同時(shí)發(fā)送AT指令實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與GSM模塊的通信，這樣就可以發(fā)送短信或打電話到用戶主，實(shí)現(xiàn)汽車的防盜報(bào)警。TC35I是Siemens公司推出的新一代無線通信GSM模塊自帶RS232通訊接口，可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊?？梢钥焖佟踩?、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)（Short Message Service）和傳真。TC35I模塊的工作電壓為3.3～5.5 V，可以工作在900 MHz和1 800 MHz兩個(gè)頻段，所在頻段功耗分別為2 W（900 M）和1 W（1800 M）。模塊有豐富的AT命令集接口，支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4 k，4.8 k，9.6 k的非透明模式。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，由主程序、初始化子程序、中斷服務(wù)與定時(shí)器T1設(shè)置程序、NRF2401遙控發(fā)射程序、GSM撥打電話程序和停止報(bào)警程序等模塊組成。

3.1 主程序

主程序流程圖如圖6所示。先進(jìn)行硬件的初始化，讓硬件處于就緒工作狀態(tài)，nrf24110無線接收模塊配置為接收模式，初始化后，電源處于低功耗節(jié)能狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)檢測到震動(dòng)傳感器信號后，啟動(dòng)聲光報(bào)警或GSM撥打電話報(bào)警，這是兩種報(bào)警方式，可以按下功能鍵進(jìn)行切換。

圖6 主程序流程圖Fig.6 Flow chart of the main program

3.2 初始化程序

初始化程序如圖7所示。首先初始化串口，包括選擇串口工作方式和波特率的設(shè)定。初始化單片機(jī)IO電平，配置NRF2401為接收模式，初始化GSM手機(jī)模塊，使GSM處于待機(jī)狀態(tài)，打開總中斷，打開外部中斷。

圖7 初始化程序流程圖Fig.7 Flow chart of the initialization program

3.3 外部中斷INT0服務(wù)程序與定時(shí)器T0程序

外部中斷INT0服務(wù)程序與定時(shí)器T0程序如圖8所示。外部中斷INT0服務(wù)程序，主要檢測振動(dòng)傳感器的電平信號，進(jìn)入中斷服務(wù)程序后要關(guān)閉總中斷和外部INT0中斷，若檢測到低電平，則啟動(dòng)定時(shí)器T0，T0的工作方式為16位計(jì)數(shù)，定時(shí)1秒，定時(shí)1秒主要用于LED燈在1秒間隔內(nèi)閃爍和蜂鳴器的報(bào)警。

圖8 外部中斷INT0服務(wù)程序與定時(shí)器T0流程圖Fig.8 Flow chart of external interrupt service and timer T0 program

3.4 NRF2401遙控發(fā)射程序

NRF2401遙控發(fā)射程序如圖9所示，NRF2401配置為發(fā)送模式，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，NRF2401進(jìn)入中斷模式，NRF2401把數(shù)據(jù)打包，單片機(jī)和NRF2401進(jìn)行SPI通信，循環(huán)移位發(fā)送數(shù)據(jù)到NRF2401接收模塊。

3.5 NRF2401遙控接收程序

NRF2401遙控接收程序如圖10所示，配置NRF2410為接收模式，主控制系統(tǒng)和NRF2410進(jìn)行SPI通信，當(dāng)NRF2410接收模塊接收到數(shù)據(jù)時(shí)，定時(shí)器停止計(jì)數(shù)，LED燈滅，蜂鳴器停止鳴叫，通信結(jié)束。

3.6 GSM撥打電話程序

GSM撥打電話程序如圖11所示。初始化單片機(jī)串口，設(shè)置串口工作方式及波特率，打開總中斷和外部中斷，以便檢測到傳感器低電平信號，若檢測到傳感器低電平信號，單片機(jī)和GSM模塊進(jìn)行串口通信，單片機(jī)通過串口發(fā)送AT指令，控制GSM，若單片機(jī)和GSM握手成功，即單片機(jī)成功發(fā)數(shù)據(jù)到GSM，GSM成功接收來自單片機(jī)的數(shù)據(jù)后，但單片機(jī)再發(fā)送ATD撥打電話指令控制GSM撥打電話，車主接收到報(bào)警電話后，即可處理報(bào)警。

圖9 NRF2401遙控發(fā)射程序流程圖Fig.9 Flow chart of remote control and send program

圖10 NRF2401遙控接收程序流程圖Fig.10 Flow chart of remote control and receive program

圖11 GSM撥打電話程序流程圖Fig.11 Flow chart of GSM dial telephone program

4 結(jié) 論

文中設(shè)計(jì)制作汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的聲光防盜報(bào)警，通過GSM模塊及時(shí)撥打車主電話或短信方式通知車主。試驗(yàn)表明系統(tǒng)可在0～70 m的空曠范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對報(bào)警系統(tǒng)的準(zhǔn)確的啟動(dòng)與關(guān)閉。汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的成本可控制在幾百元以內(nèi)，通過更換通訊模塊可在3G網(wǎng)絡(luò)上使用，并且若在汽車上安裝攝像頭可將實(shí)時(shí)的圖片傳送給車主，為以后報(bào)警提供有力的證據(jù)。

[1]編輯部.汽車安防系統(tǒng)如何走出市場泥沼[EB/OL].中國安防展覽網(wǎng).（2011-11-10）[2011-11-23].http：//www.afzhan.com/news/detail/18197.html.

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