汽车遥控防盗报警系统遥控发射接收模块设计计划书.docx

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汽车遥控防盗报警系统遥控发射接收模块设计计划书

汽车遥控防盗报警系统遥控发射接收模块设计计划书

第1章

1.1汽车防盗报警系统

1.1.1汽车防盗报警系统的含义

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。

1.1.2汽车防盗报警系统的种类

1.钥匙控制式防盗系统：

钥匙控制式防盗系统作用是：

当驾驶员将车门锁住的同时，接通了电子防盗系统电路，同时电子防盗系统开始进入工作状态。

一旦有窃贼非法打开车门，电子防盗系统一方面用喇叭报警求救，另一方面切断点火系统电路，使发动机不能起动，于是起到了防盗报警的作用。

而电子钥匙编码控制装置，是靠带编码的点火钥匙来控制汽车发动机的起动，以达到防止汽车被盗走的目的。

它主要由身份代码的点火钥匙、编码器构成的控制器和发动机控制单元等组成。

带编码的点火钥匙中镶有电阻管芯，在电阻管芯内设有身份代码（电阻值）。

点火锁筒内存储有代码，当插入的钥匙与存储的代码不符，即电阻值不符合点火锁内存储的电阻值，则点火系的电路不能接通，从而起到了防盗作用。

2.电子密码防盗系统：

防盗器的电子密码就是开启防盗器的钥匙。

它一方面记载着防盗器的身份码，区别各个防盗器的不同；另一方面，它又包含着防盗的功能指令码、资料码，负责开启或关闭防盗器，控制完成防盗器的一切功能。

根据密码发射方式的不同，遥控式汽车防盗器主要分为定码防盗器和跳码防盗器两种类型。

定码防盗器。

早期的遥控式汽车防盗器是主机与遥控器各有一组相同的密码，遥控器发射密码，主机接收密码，从而完成防盗器的各种功能，这种密码发射方式称为第一代固定码发射方式（简称定码发射方式）。

跳码防盗器。

定码防盗器长期以来一直存在密码量少、容易出现重复码且密码极易被复制盗取等不安全问题，因此跳码防盗器应运而生。

3.遥控电子防盗系统

目前这种电子防盗系统广泛应用于许多原厂配置防盗系统的汽车上使用。

遥控电子防盗系统是利用发射和接收设备，并通过电磁波或红外线来对车门进行锁止或开启，也就是控制防盗系统进行防盗值班或解除。

遥控电子防盗系统种类繁多，常见的有电磁波遥控电子防盗系统和红外线控制防盗系统。

遥控电子防盗系统在夜间无需灯光帮助就能方便快捷的将车门锁止或开启。

1.1.3汽车防盗报警系统的发展

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。

最初的防盗设备为机械锁装置,代表产品有转向盘锁和变速档锁,特点是价格低廉,但使用不方便,只防盗不报警。

之后推出了电子遥控门锁和钥匙防盗门锁,代表产品有德克萨斯仪器公司的一家子公司推出钥匙防盗技术,主要利用射频技术比对钥匙中的密码转发器和点火线圈上识别器的识别码,从而控制汽车发动机ECU的启动。

1994年德国梅赛德斯·奔驰公司推出变密码防盗技术,在之前技术的基础上将密码变成随时可变的,大大提高了防盗性能。

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。

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。

1.2汽车遥控防盗报警系统设计

1.2.1本设计的系统工作原理

本设计书中的汽车遥控防盗报警系统是基于红外遥控系统，红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。

设计的电路由几个基本模块组成：

直流稳压电源，红外发射电路，红外接收电路及控制部分。

发射电路，利用遥控发射利用键盘，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生具有脉冲串的红外波，通过空间的传送到受控机的遥控接收器。

1.2.2总体设计

红外线遥控就是利用波长为0.76～1.5μm之间的近红外线来传送控制信号的。

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。

红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的，在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。

“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。

一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便后级适时地来取数据。

这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。

除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。

所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。

本设计主要研究并设计一个基于单片机的红外接收系统，并实现对八路开关的控制。

控制系统主要是由MCS-51和52系列单片机、电源电路、红外发射电路、红外接收电路、LCD显示电路等部分组成，单片机编码发射遥控信号经红外接收处理传送给单片机，单片机根据不同的信息码控制八路LED发光二极管各个状态，并完成相应的状态指示。

红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。

电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。

所以采用单片机进行遥控系统的应用设计，遥控装置将同时具有编程灵活、控制范围广、体积小、功耗低、功能强、成本低、可靠性高等特点。

系统硬件由以下几部分组成：

红外数据发射电路，键盘采用矩阵键盘，4×4矩阵键盘中P1.0-P1.3为采集数据入口，P1.4-P1.7采集数据出口。

整体设计思路为：

根据扫描到不同的按键值转至相对应的ROM表读取数据。

确认设备及菜单选择键后AT89C2051将从ROM读取出来的值，按照数据处理要求从P2.5输出控制脉冲与T0产生的38KHz的载波（周期是26.3us）进行调制，经NPN三极管对信号放大驱动红外发光管将控制信号发送出去。

红外数据接收则是采用LT0038一体化红外接收头，内部集成红外接收、数据采集、解码的功能，只要在接收端INT0检测头信号低电平的到来，就可完成对整个串行的信号进行分析得出当前控制指令的功能。

然后根据所得的指令去操作相应的用电器件工作，如图1.2.2总体设计框图所示。

图1.2.2总体设计框图

1.2.3系统功能的实现方法

1.遥控码的编码方式及编码发射：

该遥控器采用脉冲个数编码，不同的脉冲个数代表不同的码，最小为2个脉冲，最大为17个脉冲。

为了使接收可靠，第一位码宽为3ms，其余为1ms，遥控码数据帧间隔大于10ms。

遥控码的编码发射是当某个操作按键按下时，单片机先读出键值，然后根据键值设定遥控码的脉冲个数，再调制成40kHz方波由红外线发光管发射出去。

P3.5端口的输出调制波如图1.2.3—1所示。

图1.2.3—1端口输出编码波形图

2.数码帧的接收处理：

当红外线接收器输出脉冲帧数据时，第一位码的低电平将启动中断程序实时接收数据帧。

在数据帧接收时，将对第一位码的码宽进行验证。

若第一位低电平码的的脉宽小于2ms，将作为错误码处理。

当间隔位的高电平脉宽大于3ms时，结束接收，然后根据累加器A中的脉冲个数，执行相应输出口操作。

图1.2.3—2就是红外线接收器输出的一帧遥控码波图

图1.2.3—2红外线接收器输出的一帧遥控码波形图

第2章

2.1红外遥控发射电路部分总况

2.1.1红外遥控发射电路

红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，系统采用编/解码专用集成电路和单片机芯片来进行控制操作。

发射系统设计的电路由如下的几个基本模块组成：

硬件电路组成:

4X4矩阵键盘电路、红外发射电路、红外接收电路、电源电路。

系统框图如图所示:

图2.1.1系统框图

2.1.2红外线发射电路主要芯片89C2051

同一般微处理器的89C2051的控制器也由指令寄存器IR。

指令译码器ID。

定时及控制逻辑电路和程序计数器PC等组成。

程序计数器PC是一个16为的计数器（注：

PC不属于特殊功能寄存器SFR的范畴）。

他总是存放着下一个要取得指令的16位存储单元地址。

也就是说，CPU总是把PC的内容作为地址，从内存中取出指令码或含在指令中的操作数。

因此，每当取完一个字节后，PC的内容自动加1，为取下一个字节作好准备。

只有在执行转移子程序调用指令和中断响应是例外，那时PC的内容不加1，而是指令或中断响应过程自动给PC置入新的地址。

单片机上电或复PC自动清0，即装入地址0000H，这就保证了单片机上电或复位后，程序从0000H地址开始执行。

指令寄存器1R保存当前正在执行的一条指令。

执行一条指令，先要把他从程序存储器取到指令存储器中。

指令内容含操作码和地址码，操作码送往指令译码器ID，并形成相应指令的微操作信号。

地址码送往操作数地址形成实际的操作数地址。

定时与操作是微处理器的核心部件，他的任务是控制取指令`执行指令`存取操作数或运算结果等操作，向其他部件发出各种微操作控制信号，协调各部件的工作。

80C2051单片机内设有振荡电路，只需外接石英晶体和频率微调电容就可产生内部时钟信号。

2.1.3芯片89C2051的引脚

AT89C2051采用引脚双列直插式封装，现将个引脚的功能说明如下：

·Vcc（20）：

电源电压端。

·GND（10）：

地端。

·RST

（1）：

复位输入端。

当RST引脚出现两个机器周期的高电平时，单片机复位。

复位后，AT89C2051内部专用寄存器及I/O口的处置与8051的情况一样，而内部的状态保持不变。

·XTAL1（5）：

振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入端。

·XTAL1（4）：

振荡器反相放大器的输出端。

·P1口：

P1口是一个8位双向I/O口。

P1.2-P1.3引脚内部接有上拉电阻。

P1.0和P1.1分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。

P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。

当P1口的锁存器写入“1”时，P1口可作为输入端。

当引脚P1.2--P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流（In）。

P1口还在闪速编程和程序校验期间接受代码数据。

·P3口：

P3口的P3.0-P3.5和P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/O引脚。

P3.6用于固定输入片内比较器的输入信号并且他作为一通用I/O引脚而不能访问。

P3口缓冲器可吸收20mA电流。

当P3口锁存器写入“1”时，它们被上拉电阻拉高并可作为输入端。

用作输入时，被外部拉低的P3口引脚将由于上拉电阻而流出电流（In）。

P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

P1口共8脚，准双向端口。

P3.0～P3.6共7脚，准双向端口，如P3.0、P3..1的串行通讯功能，P3.2、P3..3的中断输入功能，P3.4、P3.5的定时器输入功能。

在引脚的驱动能力上，89C2051具有很强的下拉能力，P1,P3口的下拉能力均可达到20mA.相比之下，89C51的端口下拉能力每脚最大为15mA。

但是限定9脚电流之和小于71mA.这样，引脚的平均电流只9mA。

89C2051驱动能力的增强，使得它可以直接驱动LED数码管。

80C51它的功耗少，便于携带，更经济使他在发射电路中起着重要的地位。

因此，在本设计红外发射电路中就用了他来实现脉冲信号的产生。

2.1.4矩阵键盘电路

1.4×4矩阵键盘的工作原理:

矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。

在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。

这样键盘中按键的个数是4×4个。

这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。

行线接P1.4-P1.7，列线接P1.0-P1.3。

2.键值得读取:

首先从P1口的高四位输出低电平，低四位输出高电平，从P1口的低四位读取键盘状态。

然后再从P1口的低四位输出低电平，高四位输出高电平，从P1口的高四位读取键盘状态。

将两次读取结果组合起来就可以得到当前按键的特征编码

3.按键功能说明:

设备1-3是用电器件的选择按键，按下时则相应的用电器件被选中，如果长按下超过5秒钟，则会关断对应的用电器件；S1-12是用电器件的功能选择按键；OFF是LED指示灯和所有用电器件的总关断按键，OFF按键按下时会使LED指示灭二达到节能的目的，如果长按超过5秒钟，则会关掉所有的用电器件。

以控制八路LED开关电路控制为例，首先按下设备3按键，然后再按下要哪个LED要亮或者灭的对应的按键（第一次按下为亮，第二次就会灭），则单片机就会把相应的红外控制信号发射出去控制相应的电路工作。

2.2红外线发射电路

2.2.1红外发射电路图

遥控发射通过键盘，每按下一个键，即产生具有不同的编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40KHz的载波上，激励红外光二极管产生不同的脉冲，以发出经过调制的红外光波。

P1口作为按键部分，P3.5口作为发射部分，然后用三极管的放大驱动红外发射。

在红外数据发射过程中，由于发送信号时的最大平均电流需几十mA（对应mW级发射功率），所以需要三极管放大后去驱动红外光发射二极管（又称电光二极管）。

软件编程将数据从P3口第6脚（P37）将数据输出。

T0定时产生38KHz载波信号。

电路如下图所示。

2.2.2红外编码原理

通常，红外遥控器将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去。

二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是PWM码（脉冲宽度调制码）和PPM码（脉冲位置调制码）。

前者以宽脉冲表示1，窄脉冲表示0。

后者脉冲宽度一样，但是码位的宽度不一样，码位宽的代表1，码位窄的代表0。

脉宽为0.56ms、间隔0.565ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.56ms、间隔1.69ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。

如图2.2.2所示。

图2.2.2—1指令脉冲图

遥控编码脉冲信号由引导码、系统码、系统反码、功能码、功能反码等信号组成。

引导码也叫起始码，由宽度为9ms的高电平和宽度为4.5ms的低电平组成（不同的红外家用设备在高低电平的宽度上有一定区别），用来标志遥控编码脉冲信号的开始。

系统码也叫识别码，它用来指示遥控系统的种类，以区别其它遥控系统，防止各遥控系统的误动作功能码也叫指令码，它代表了相应的控制功能，接收机中的可根据功能码的数值完成各种功能操作。

系统反码与功能反码分别是系统码与功能码的反码，反码的加入是为了能在接收端校对传输过程中数据是否产生差错。

脉冲位置表示的“0”和“1”组成的32位二进制码前16位控制指令，控制不同的红外遥控设备。

而不同的红外家用电器又有不同的脉冲调控方式，后16位分别是8位的功能码和8位的功能反码。

串行数据码时序图如2.2.2—2所示。

图2.2.2—2串行数据码时序图

将要发送的指令脉冲编码信号调制在38KHz的载波上，可以增加信号的抗干扰能力，提高信号传输效率。

信号调制时序如图2.2.2—3所示。

图2.2.2—3信号调制图

2.2.3红外发射二极管的主要技术参数

SIR333是GaAlAs红外发射二极管，其特点是体积小、功耗低、高发射强度、高可靠性、发射角度45°、SIR333管子直径5mm。

广泛应用于仪器、仪表、电气设备近距离红外数据传输、电视机、空调机等家用电器红外遥控信号发射其红外发射距离为8--10米。

2.3软件设计及其调试结果分析

2.3.1软件设计

发射编码的软件设计

首先，初始化定时器，定时频率为40KHz的时间段。

当按下某一按键时，送数据1，就开始工作。

同时定时器溢出，也就是定时器记满了，执行定时器中断，中断程序如下：

INTT1：

CPLP3.5；40KHZ红外线遥控信号产生

RETI;中断返回

由此就产生了40KHZ的载波信号。

当发送数据0时，定时器不工作。

程序流程图如图2.3.1所示：

图2.3.1程序流程图

2.3.2软件调试

本电路总共设计了8个输入按键，7，8为特殊按键。

当输入一个按键5时，通过红外发射和接收电路，对应的继电器5的设备工作即5号发光二极管发光，而数码管显示工作的设备的个数，就显示1。

当再次按下按键5时，5号发光二极管灭，数码管显示0。

当同时按下两个键3和4时，3号和4号二极管亮，数码管显示2。

当按下按键7时，所有设备都不工作，数码管显示0，发光二极管都不发光。

当按下按键8时，所有设备都工作，数码管显示6，发光二极管都发光。

2.3.3结果分析

本设计在调试过程中也遇到很多问题。

（1）电路要求遥控控制距离为4—6m，在利用38KHz的接收头时，虽然能接收到信号，但是接收的距离很有限。

经过反复调试，换用40KHz的接收头时基本满足了设计需求。

（2）由于将3ms的接收脉冲放在1ms的后面，编码解调出现错误，导致接受端无信号输出。

解决方法是将3ms的接收脉冲放在前面就可以接收到信号。

单片机进行数码帧的接收处理，3ms的脉冲检验，当第一位低电平码的脉宽小于2ms时就会错误处理。

在初始化过程中，将P1口全置0，但是继电器仍工作，通过反复调试，将初始化的P1口全置1，通过反向使得输出全为0，从而满足上电复位，继电器掉电，满足初始化要求。

第3章

3.1红外遥控接收电路部分总况

3.1.1红外遥控接收电路

硬件电路组成有:

红外接收电路、电源电路、用电器控制电路、八路开关电路。

红外遥控接收电路系统图如图所示：

图1.2.2—1系统框图

3.1.2红外线遥控接收电路主要芯片STC89S52

STC89S52是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含8kBytesISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用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。

STC89C52RC系列单片机是有超强抗干扰、高速、低功耗的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟机器周期和6时钟机器周期可任意选择，最新的D版本内部集成MAX810专用复位电路。

特点：

1、增强型6时钟机器周期，12时钟机器周期8051CPU；

2、工作电压：

5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（3V单片机）；

3、工作频率范围:

0-40MHz，相当于普通8051的0～80MHz.实际工作频率可达48MHz；

4、用户应用程序空间4K/8K/16K/20K/32K/64K字节；

5、片上集成1280字节/512字节RAM；

6、通用I/O口（32个），复位后为：

P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；

7、ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器、仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒即可完成；

8、EEPROM功能；

9、内部集成MAX810专用复位电路（D版本），外部晶体20M以下时，可省外部复位电路。

10、共3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可当成2个8位定时器使用；

11、外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；

12、通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；

3.1.3芯片STC89S52的引脚

输入/输出引脚P0.0～P0.7、P10.～P1.7、P2.0～P2.7和P3.0～P3.7。

①P0端口（P0.0～P0.7）P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。

作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。

在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。

②P1端口（P1.0～P1.7）P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

③P2端口（P2.0～P2.7）P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，这时可用作输入口。

P2作为输入口时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR指令）时，P2送出高8位地址。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri,A指令）时，P2口引脚上的内容，在整个访问期间不会改变。

④P3端口（P3.0～P3.7）P3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。

P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。

对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。

P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器，该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石英震荡和陶瓷震荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

由于输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保