基于PIC12CE519控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機(jī)提醒系統(tǒng)設(shè)計

艾衛(wèi)東，姚進(jìn)國，張春方

（1.河南省工業(yè)科技學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)市苗勇精工汽車修理有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000；3.新鄉(xiāng)市新金泰汽車音響裝飾城，河南 新鄉(xiāng) 453000）

維修企業(yè)經(jīng)常接到車主的緊急救援電話反映“前幾天車輛正常使用，現(xiàn)在使用時車輛無法起動”；買了發(fā)動機(jī)防盜配置的車輛被盜現(xiàn)象也時有發(fā)生。車主停放車輛后，由于蓄電池靜態(tài)電流過大造成蓄電池虧電及盜車賊利用高科技手段破解發(fā)動機(jī)防盜盜走車輛。由于車輛電控系統(tǒng)的功能越來越來強大，車載電器越來越多，車主在停車時偶爾忘記斷開電器開關(guān)或者不小心觸發(fā)其它功能，造成車輛的部分電器繼續(xù)工作，車輛電控系統(tǒng)不能休眠，這些因素使蓄電池靜態(tài)電流過大，造成蓄電池虧電。車輛舒適系統(tǒng)故障也會使車輛不能進(jìn)入休眠狀態(tài)，導(dǎo)致靜態(tài)電流過大，比如多路數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)線束折斷、車載電源控制單元的插接器接觸不良、車門控制單元有問題、行李廂燈和雜物箱燈及隱蔽處的照明燈損壞等，從而引起蓄電池虧電；如果經(jīng)常性虧電會使蓄電池壽命縮短以至于損毀，給車主造成不小的損失。隨著科技的發(fā)展，許多汽車雖然已經(jīng)配備了發(fā)動機(jī)防盜系統(tǒng)等高科技電子防盜系統(tǒng)，但盜車賊如果擁有高科技的設(shè)備，短時間內(nèi)就能破解發(fā)動機(jī)防盜等高科技電子系統(tǒng)，給車主帶來更大的損失。以上兩種情況給車主造成的損失都是在車主毫無知覺的狀態(tài)下發(fā)生，只有車主再次使用車輛時才能發(fā)現(xiàn)他們的愛車情況不妙，不能及時地保護(hù)和維護(hù)車輛，給車主的工作和生活帶來極大的損失和不便。

為了能夠使車主隨時保護(hù)和維護(hù)車輛，我們設(shè)計了一套基于PIC12CE519單片機(jī)汽車防盜及蓄電池虧電手機(jī)提醒系統(tǒng)，利用移動通信把車輛非法起動及蓄電池虧電信息通過撥通車主隨身攜帶的手機(jī)進(jìn)行提醒，進(jìn)行無線移動信息傳遞，使車主及時保護(hù)車輛防盜及維護(hù)蓄電池。本套系統(tǒng)成本較低，使用方便，性能穩(wěn)定。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

PIC12CE519單片機(jī)控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機(jī)提醒系統(tǒng)設(shè)計的總體思想是以PIC12CE519為核心的5V直流穩(wěn)壓電源模塊、信號電壓采集模塊、發(fā)動機(jī)防盜執(zhí)行模塊和手機(jī)撥號執(zhí)行模塊組成，如圖1所示。利用7805為整個系統(tǒng)提供5V直流穩(wěn)壓源，利用LM339電壓比較器對蓄電池和點火開關(guān)進(jìn)行電壓采集，單片機(jī)通過對電壓采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，發(fā)送信號給驅(qū)動電路，通過驅(qū)動電路控制推拉電磁鐵和發(fā)動機(jī)防盜繼電器，推拉電磁鐵撥號老年人手機(jī)的SOS鍵，通過老年人手機(jī)事先預(yù)存的號碼向車主隨身所帶的手機(jī)按預(yù)先軟件設(shè)定的規(guī)律撥打電話，讓他們隨時掌握是車輛蓄電池的虧電還是非法起動情況信息；防盜繼電器切斷發(fā)動機(jī)點火電路使發(fā)動機(jī)無法起動。此系統(tǒng)建立了車輛與車主之間通過移動通信，他們能夠隨時掌握車輛非法起動及蓄電池虧電信息，保護(hù)自己的車輛，維護(hù)蓄電池。

圖1 系統(tǒng)原理示意圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)5V直流穩(wěn)壓電源

系統(tǒng)的5V直流穩(wěn)壓電源是系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。它主要由蓄電池、開關(guān)K1、熔斷器FU、電解電容器C1、C2和集成式三端穩(wěn)壓器LM7805構(gòu)成，如圖2所示。LM7805集成穩(wěn)壓器在本系統(tǒng)中應(yīng)用電路見圖2，它是一個輸出+5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路，最高輸入極限電壓36V，最低輸入電壓7V，極限電流1.5A。當(dāng)輸出電流較大時，7805應(yīng)配上散熱板；輸入電源為蓄電池電壓，蓄電池剩余電量100%時，電壓為12.7V，蓄電池剩余電量0%時，電壓為10.5V［1］，能夠滿足7805集成穩(wěn)壓器輸出5V電壓的使用要求；C1、C2分別為47μF的輸入端和輸出端濾波電容；按鈕開關(guān)閉合輸出5V直流電壓，按鈕開關(guān)斷開，輸出0V直流電壓；熔斷器FU是為了出現(xiàn)短路時保護(hù)電源電路。

圖2 系統(tǒng)5V直流穩(wěn)壓電源原理圖

2.2 系統(tǒng)信號輸入的電壓采集電路

系統(tǒng)的輸入信號是由LM339對點火開關(guān)ON時點火電壓和蓄電池電壓數(shù)據(jù)采集后送往單片機(jī)分析處理，電壓數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示。

圖3 電壓信號采集電路

LM339（四路差動比較器）是在電壓比較器芯片內(nèi)部裝有4個獨立的電壓比較器［2］，是一種常見的集成電路，主要應(yīng)用于高壓數(shù)字邏輯門電路。蓄電池的剩余電量可通過測量蓄電池的電壓粗略地得出，車用12V鉛酸蓄電池電壓與剩余電量的關(guān)系見表1［1］。正常使用的車輛蓄電池電量都是滿電，也即是其電壓大于或等于12.7V。當(dāng)蓄電池的剩余電量只有50%時，車輛起動困難，此時需要起動發(fā)動機(jī)利用車載發(fā)電機(jī)充電或拆下蓄電池負(fù)極線利用充電機(jī)充電，因此，蓄電池電量50%時為蓄電池虧電的臨界點，此時蓄電池電壓為12.0V，電阻R2兩端的電壓在蓄電池滿電時大于9.07V，電阻R2兩端的電壓在蓄電池電量半電時為5V，L339端子6、端子7和端子1的關(guān)系見表2。當(dāng)LM339的端子6電壓大于端子7電壓時，Output2輸出高電平，當(dāng)LM339的端子6電壓小于或等于端子7電壓時，Output2輸出低電平。點火開關(guān)在ON 閉合時，LM339端子5的電壓為蓄電池電壓，點火開關(guān)在ON斷開時，LM339端子5的電壓為0V，端子4和端子5的關(guān)系見表3。當(dāng)LM339的端子5電壓大于端子4電壓時，Output1輸出高電平；當(dāng)LM339的端子5電壓小于端子4電壓時，Output1輸出低電平。

表1 蓄電池電壓與剩余電量的關(guān)系

表2 蓄電池電壓數(shù)據(jù)采集表

表3 點火開關(guān)數(shù)據(jù)采集表

2.3 單片機(jī)主要特點及其在本系統(tǒng)的使用

PIC12CE519單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)采用的是數(shù)據(jù)總線（8位）和指令總線（12位）獨立分開的“哈弗結(jié)構(gòu)”，所以它具有精簡指令集（RISC）的特點：速度快，效率高且功耗很低。它是世界上第1個8腳封裝的8位單片機(jī)，功耗低，價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單易于編程，運行時的功耗為2 mA，寬電壓范圍，工作電壓為2.5～5.5V，內(nèi)置4MHz RC型振蕩源，可省外接震蕩。PIC12CE519價格低廉，使用簡單，功耗較低，這是本系統(tǒng)采用的主要原因。PIC12CE519單片機(jī)的管腳圖如圖4所示，每個管腳在本系統(tǒng)中的功能：GP0～GP5可由程序設(shè)計輸入輸出，VDD、VDS接電源+5V和搭鐵線［3］。

圖4 PIC12CE519單片機(jī)管腳圖

PIC12CE519單片機(jī)改變I/O口的輸入輸出依靠寫入寄存器TRIS的值，相應(yīng)位寫0，表示對應(yīng)管腳被定義成了輸出，相應(yīng)位寫1，表示對應(yīng)管腳被定義成了輸入。為了充分利用管腳，節(jié)約成本，減少空間，我們利用軟件把GP4、GP5定義為輸入端，把GP0、GP1、GP2、GP3定義為輸出端。在本系統(tǒng)中使用GP4、GP5作為采集信號的輸入端，GP0、GP1作為控制信號的輸出端，GP2接發(fā)光二極管，用來指示系統(tǒng)正常運行狀態(tài)，GP3懸空，不在系統(tǒng)中使用；系統(tǒng)采用的晶振是單片機(jī)內(nèi)部的晶振。

2.4 手機(jī)提醒裝置

手機(jī)提醒裝置是由微型推拉電磁鐵和一部老年人手機(jī)構(gòu)成。微型推拉電磁鐵 U形框架式外形設(shè)計，外殼方便安裝，淘寶上可以低廉的價格購買，通電后動鐵心靈活運動；工作電壓直流3～48V，工作電流10 mA。老年手機(jī)中有一按鍵稱為緊急呼叫功能，即手機(jī)背面有橙色SOS按鍵一鍵求救功能；開機(jī)狀態(tài)下，長按該鍵2～3 s，即可同時先后自動依次發(fā)短信息給預(yù)設(shè)的5個緊急救助人，再自動依次撥打電話給預(yù)設(shè)緊急救助人，直到有人接聽電話為止，電話一接通，警報聲即刻停止。利用微型推拉電磁鐵按照SOS按鍵的使用要求按動該鍵，在該手機(jī)中預(yù)存車主及其家人的電話，及時按軟件設(shè)定的模式掌握車輛蓄電池虧電及車輛非法起動的信息。

3 系統(tǒng)的控制電路及其工作原理

系統(tǒng)的設(shè)計本著簡單、可靠、配件易于購買及低成本的原則，其使用的電源全部是5V電源，系統(tǒng)最大工作電流在16 mA左右。圖5為系統(tǒng)的控制電路。

圖5 系統(tǒng)的控制電路

Output2是LM399電壓比較器采集的車載蓄電池的電壓信號，當(dāng)蓄電池電壓小于12V時為低電平，大于12V時為高電平，把此信號送入單片機(jī)，通過單片機(jī)的軟件設(shè)置，把GP5作為輸入端，以此判斷蓄電池是否處于虧電的臨界點狀態(tài)12V。Output1是LM399電壓比較器采集的點火開關(guān)的點火電壓，把此信號送入通過軟件設(shè)置的輸入端GP4，以此判斷車輛是否處于非法點火狀態(tài)。車主使用車輛時，通過斷開5V電源總開關(guān)K1停止本系統(tǒng)的使用。通過單片機(jī)的軟件設(shè)置把GP0、GP1、GP2和GP3作為輸出端，GP3作為輸出端懸空，防止外界信號對單片的干擾。PIC12CE519單片機(jī)的每個I/O腳最大控制電路為25 mA，它可直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示，因此把GP2腳輸出帶動發(fā)光二極管，以顯示整個系統(tǒng)工作正常。GP0作為輸出端通過驅(qū)動三極管使防盜繼電器工作，當(dāng)滿足汽車非法起動條件時，它切斷發(fā)動機(jī)的點火控制電路。GP1作為輸出端通過驅(qū)動三極管帶動微型推拉電磁鐵工作，當(dāng)滿足汽車蓄電池虧電電壓時或者車輛非法接通點火開關(guān)（合法接通點火開關(guān)就是起動車輛前斷開系統(tǒng)電源開關(guān)），推拉電磁鐵工作3 s然后停止；如果蓄電池虧電，每間隔30 min，動作一次；如果車輛非法起動，每間隔1 min，動作一次；系統(tǒng)這種工作狀態(tài)一直到車主打開車門，斷開此系統(tǒng)電源開關(guān)為止，提醒車主維護(hù)蓄電池充電或趕快抓竊賊，保護(hù)車輛。

4 系統(tǒng)單片機(jī)的程序設(shè)計

本系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行開發(fā)，其輸入與輸出的邏輯關(guān)系見表4，GP4=1為非法起動車輛，GP5=0為蓄電池處于臨界虧電狀態(tài)，GP0=0為防盜繼電器啟動切斷點火控制線，GP1=0為微型推拉電磁鐵工作對老年手機(jī)的SOS鍵撥號，GP2=1系統(tǒng)發(fā)光二極管點亮，表明系統(tǒng)正常工作。為實現(xiàn)上述功能，對單片機(jī)進(jìn)行了設(shè)置：CONFIG=×××××××00110，禁止MCLR引腳復(fù)位，使能程序代碼保護(hù)，使能WDT，使用內(nèi)部RC振蕩器；OPTION=00001111，使用引腳喚醒功能。TRIS=11110000，端口GP0、GP1、GP2、GP3為輸出，其余為輸入。

系統(tǒng)的流程圖如圖6所示。當(dāng)系統(tǒng)電源開關(guān)閉合通電時，系統(tǒng)上電復(fù)位，進(jìn)行初始化端口寄存器功能，端口GP0、GP1、GP2、GP3為輸出端，GP4、GP5為輸入端；程序使GP2端口為高電平，點亮系統(tǒng)的發(fā)光二極管，指示系統(tǒng)已經(jīng)處于工作狀態(tài)；系統(tǒng)檢測車輛點火開關(guān)是否接通ON位置，GP4=0表示沒有接通ON位置，系統(tǒng)檢測GP5，GP5=0表示車載蓄電池電壓（以12V為臨界點）是處于虧電狀態(tài)，單片機(jī)發(fā)出指令使GP1=0維持3 s時間，此時驅(qū)動三極管導(dǎo)通，微型推拉電磁鐵導(dǎo)通3 s后斷開，撥動老年手機(jī)SOS鍵，SOS鍵把預(yù)存在老年人手機(jī)車主號碼撥通，提醒車主其汽車蓄電池即將虧電，間隔30 min后，再次撥通車主的手機(jī)號碼，直到車主到車內(nèi)斷開系統(tǒng)電源開關(guān)或給蓄電池充電。

表4 系統(tǒng)輸入與輸出的邏輯關(guān)系表

如果系統(tǒng)檢測到GP4=1表示非車主接通點火開關(guān)ON位置，單片機(jī)發(fā)出指令使GP0=0，GP1=0；GP0=0信號驅(qū)動三極管導(dǎo)通，防盜繼電器工作切斷點火電路，即使再高明的儀器也無法起動發(fā)動機(jī)，同時GP1=0維持3 s時間，驅(qū)動三極管導(dǎo)通3 s時間，微型推拉電磁鐵通電3 s后斷開，它撥動老年手機(jī)SOS鍵，SOS鍵把預(yù)存在老年人手機(jī)車主號碼撥通，間隔1 min后，再次撥通車主的手機(jī)號碼，提醒車主車輛被非法起動，趕快去保護(hù)車輛抓住竊賊。

圖6 系統(tǒng)的流程圖

5 結(jié)束語

本文對PIC12CE5191控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機(jī)提醒系統(tǒng)在汽車實驗室車輛、部分靜態(tài)電流過大車輛（靜態(tài)電流在100 mA以上的故障車輛）以及不關(guān)閉小燈開關(guān)的車輛上進(jìn)行使用，性能可靠。系統(tǒng)的總成本約200元左右（主要采用不同品牌老年人手機(jī)因素造成成本差異），經(jīng)過半年使用，從未出現(xiàn)過誤判。特別是一個車主的手機(jī)可以同時得到多個車輛防盜和蓄電池提醒的信息，使車主對車輛防盜和蓄電池虧電的維護(hù)能夠隨時通過移動手機(jī)掌握情況，以便及時處理，使自己的車輛沒有損失，使自己的出行不受影響。本系統(tǒng)體積小，很容易實現(xiàn)嵌入式安裝，整個系統(tǒng)在車輛上拆裝方便，不影響車輛的其他系統(tǒng)，性能可靠。整個系統(tǒng)的配件屬于大眾型配件，通過淘寶很容易購買，價格便宜。

本系統(tǒng)目前主要應(yīng)用在院校汽車實訓(xùn)室科魯茲轎車、威朗轎車及豐田卡羅拉轎車上和擁有車庫家庭的車輛上蓄電池虧電提醒功能，以及失竊率比較高的低配車輛上比如日產(chǎn)陽光和北京現(xiàn)代瑞納車輛上被盜提醒。系統(tǒng)蓄電池虧電提醒避免了車輛使用時無法起動，車輛被盜提醒和點火電路防盜避免了財產(chǎn)損失。

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點：它采用了價格低廉，僅有8個管腳的PIC單片機(jī)作為控制器的控制核心，通過移動手機(jī)間通信實現(xiàn)了人車之間的聯(lián)網(wǎng)。單片機(jī)根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行了開發(fā)，合理設(shè)計了系統(tǒng)穩(wěn)壓電源電路、電壓信號采集電路和單片機(jī)控制流程，使車主隨時掌握車輛非法起動和蓄電池虧電信息。