汽車無線防盜防撞報警器的設(shè)計

孫景偉 丁學(xué)用

摘 ? 要：文章針對車輛正常運(yùn)行和車輛防盜問題，提出了汽車無線防盜防撞報警器的設(shè)計方案。該系統(tǒng)主要對車輛行駛（包含前進(jìn)、倒車、轉(zhuǎn)彎）的環(huán)境進(jìn)行判別，用兩車之間的間隔或者車與障礙物的距離作為判斷依據(jù)，一旦達(dá)到危險極限閥值，系統(tǒng)會發(fā)出危險警報提醒，大幅度減少交通事故的發(fā)生。此報警器以單片機(jī)為主體結(jié)構(gòu)，包含了4個不同的模塊：數(shù)據(jù)顯示、距離測量、無線發(fā)射和無線接收。采用單片機(jī)（STC89C51）為主控器，用超聲波進(jìn)行測距，震動檢測模塊檢測震動，并使用發(fā)光二極管進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。此系統(tǒng)具備顯示效果直觀、電路簡單易懂、切換簡單方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，市場前景非常廣闊。

關(guān)鍵詞：超聲波測距;無線發(fā)射;無線接收;無線防盜防撞

目前，汽車防盜器的性能已經(jīng)達(dá)到較高水平，開始綜合應(yīng)用電子傳感器進(jìn)行智能警報，有的還應(yīng)用了生物防盜電子控器電路或機(jī)械結(jié)構(gòu)，報警器和驅(qū)動器組成了電子防盜系統(tǒng)，可更好地滿足智能控制的相關(guān)要求，并向著智能化和自動化靠攏[1]。

該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中通過改變傳感器測量距離，及時把車與危險物體的極限距離顯示出來[2]在防盜開關(guān)閉合時開始進(jìn)行防盜，在其他人員接近且在車內(nèi)產(chǎn)生振動情況下，系統(tǒng)就會自動進(jìn)行報警且發(fā)出相關(guān)的聲光信號。

在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，車輛處于倒車模式時測量出車后方和障礙的間距，當(dāng)距離低于設(shè)定值時，報警系統(tǒng)就會發(fā)出警報，讓駕駛員保持警惕。在報警系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，震動檢測模塊會檢測車輛上是否有人盜竊。

1 ? ?基本原理

1.1 ?系統(tǒng)整體框架結(jié)構(gòu)

此系統(tǒng)的核心為STC89C51單片機(jī)，此外還包括測距電路、按鍵電路、無線電路這幾個模塊，綜合實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能[3]。各個電路一一對應(yīng)和單片機(jī)進(jìn)行連接，以單片機(jī)作為大腦，在單片機(jī)的操控下實(shí)現(xiàn)各個模塊的功能[4]。本設(shè)計的主程序主要進(jìn)行超聲測距且將結(jié)果顯示到數(shù)碼管上。首先，將聲波以40 kHz頻率發(fā)送出去，同時，計時器開始計時，等到信號返回時，結(jié)束計數(shù)且進(jìn)行計時，確定障礙物到汽車的距離，然后在數(shù)碼管（發(fā)光二極管）上顯示數(shù)據(jù)。

1.2 ?方案比較

1.2.1 ?測距模塊設(shè)計與論證

方案一：雷達(dá)測距。發(fā)射電磁波，遇到物體（或者前方車輛）后自動反射回來，計算其距離。特征表現(xiàn)為探測穩(wěn)定、可有效抵抗干擾，但控制成本高。

方案二：在一般情況下，超聲波測距采用頻率高于20 MHz的機(jī)械波，滲透性強(qiáng)、褪色少、反射強(qiáng)。在運(yùn)行過程中接收到反射信號后，發(fā)射器會發(fā)射一定長度的連續(xù)脈沖，通過計算時間差得出距離。

本設(shè)計使用方案二，原因是超聲波不但原理簡單、制作方法簡單，而且成本較低。

1.2.2 ?按鍵模塊設(shè)計與論證

方案一：使用普通點(diǎn)動按鍵進(jìn)行控制。

方案二：通過自鎖開關(guān)按鍵進(jìn)行控制，在運(yùn)行過程中按下此按鍵后，相應(yīng)的測距模塊電源被接通，按鍵松開時，對應(yīng)的震動檢測模塊開始處于工作狀態(tài)，進(jìn)行防盜檢測。

此模式下需要不斷進(jìn)行撞和防盜切換，控制簡單，可不必單獨(dú)設(shè)置。在方案一中，每個按鍵對應(yīng)各子程序，更為方便，因此，本設(shè)計選擇了方案一的點(diǎn)動按鍵。

1.2.3 ?防盜模塊設(shè)計與論證

方案一：選擇了熱釋電紅外傳感器，也就是基于紅外探測的原理進(jìn)行報警，在運(yùn)行過程中可檢測到人體發(fā)射的紅外線輻射而進(jìn)行報警，這種傳感器只能在室內(nèi)進(jìn)行工作，容易受外界干擾。

方案二：采用震動檢測器。在運(yùn)行過程中，如果車輛出現(xiàn)了明顯的振動，則可進(jìn)行報警提示。在出現(xiàn)報警信號的情況下，可將其通過無線模式傳給接收端，對車主進(jìn)行提示。本設(shè)計采用震動檢測，因為溫度會影響紅外傳感的精度，從而導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。

2 ? ?主程序設(shè)計

接通電源后，系統(tǒng)的默認(rèn)工作模式為防撞模式，LED數(shù)碼管顯示與障礙物的間距。在運(yùn)行過程中，系統(tǒng)可發(fā)射出一定的超聲波脈沖，然后對車輛和障礙物的間距進(jìn)行判斷，且和設(shè)定的閾值進(jìn)行對比，并通過LED數(shù)碼管顯示出兩者之間的距離[5]。轉(zhuǎn)換開關(guān)（自鎖開關(guān)），控制兩種模式的切換，當(dāng)按下轉(zhuǎn)換開關(guān)時，系統(tǒng)將進(jìn)入防盜模式的初始化，LED數(shù)碼管顯示“000”，當(dāng)系統(tǒng)初始化完畢時，開始檢測是否有震動。一旦達(dá)到危險距離或者出現(xiàn)震蕩，系統(tǒng)會開始聲光警報。

3 ? ?硬件調(diào)試

防盜防撞功能開啟時，承擔(dān)了探測距離和震動檢測的功能，如圖1所示，3個點(diǎn)動按鍵從上到下分別為距離“+”鍵、距離“-”鍵、設(shè)置距離鍵。自鎖開關(guān)用于兩種模式的切換。當(dāng)防撞功能開啟時，LED發(fā)光二極管顯示探測的距離（默認(rèn)為50 cm）。當(dāng)防盜功能開啟時，檢測到振動時，發(fā)光二極管會閃爍。

圖1 ?防盜防撞功能開啟

圖2 ?接收機(jī)報警功能激活

接收機(jī)報警功能激活時，承擔(dān)了接收信號和發(fā)出警報的功能，如圖2所示。當(dāng)接收機(jī)接收到發(fā)送機(jī)的無線信號時，即開始進(jìn)行防撞功能時，檢測的距離到達(dá)閥值，接收機(jī)的聲光警報就會被激活。

在調(diào)試過程中，需要用到主控模塊，根據(jù)調(diào)試結(jié)果，在出現(xiàn)以下方面的問題時，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

3.1 ?接上VCC時，發(fā)光二極管沒有變亮，無法顯示信息

（1）在VCC未連接的情況下，測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)單片機(jī)加載了5 V電壓。

（2）P1為低電平情況下，分析其輸出為低。

（3）檢查P0口，結(jié)果發(fā)現(xiàn)上拉電阻沒有連接上，將其接入之后正常顯示。

3.2 ?不能正常顯示數(shù)據(jù)

（1）檢查單片機(jī)引腳和數(shù)碼管連接是否正確，經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的連接方面是正確的。

（2）查看超聲波模塊連接方式的是否正確，檢測出發(fā)射模塊和接收模塊是否接反。然后對其進(jìn)行調(diào)整處理，就可滿足顯示相關(guān)的要求。

4 ? ?結(jié)語

該系統(tǒng)的主要組成單元包括超聲波傳感器、單片機(jī)、收發(fā)電路等。在運(yùn)行過程中，超聲波傳感器發(fā)送和接收超聲波，然后測出距離，并且在顯示器上顯示所測量的距離。利用振動檢測器檢查是否存在震動，當(dāng)存在震動時，發(fā)送無線信號并發(fā)出警報。焊接的工藝和元器件的質(zhì)量會導(dǎo)致測量的極限距離有時不完全滿足設(shè)計的要求，但是誤差不大，影響很小，可以滿足日常的測量要求，具有較高的應(yīng)用價值。

[參考文獻(xiàn)]

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[5]華成英，童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

Abstract：Aiming at the problems of vehicle normal operation and vehicle anti-theft， this paper puts forward the design scheme of wireless anti-theft and anti-collision alarm for automobile. The system mainly discriminates the environment of the vehicle driving including forward， reverse， turn， using the interval between the two vehicles or the distance between the vehicle and the obstacle as the basis for judgment. Once the danger limit threshold is reached， the system will issue a danger alarm warning and greatly reduce the occurrence of traffic accidents. This alarm takes the single chip microcomputer as the main structure and contains 4 different modules： data display， distance measurement， wireless transmission and wireless reception. Single chip microcomputer（STC89C51）is used as the main controller， ultrasonic is used for ranging， vibration detection module is used to detect vibration， and LED is used for data display. This system has the advantages of visual display effect， simple and easy to understand circuit， simple and convenient switching， low cost and so on.

Key words：ultrasonic ranging; wireless transmitting; wireless receiving; wireless anti-theft and anti-collision