自制 基于单片机汽车报警器的毕业设计.docx
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自制基于单片机汽车报警器的毕业设计
高等职业学校
毕业设计
姓名：
学号：
系部：
专业：
机电一体化
设计题目：
基于单片机汽车报警器的设计
指导教师：
职称：
高级讲师
2012年5月
高等职业学校毕业设计
任务书
系部系专业年级班学生姓名
任务下达日期：
2011年12月19日
毕业设计日期：
2011年12月19日至2012年5月19日
毕业设计题目：
基于单片机汽车报警器的设计
毕业设计专题题目：
毕业设计主要内容和要求：
内容：
本设计利用各种传感器对警情和汽车各部分设备进行检测，通过遥控实现汽车防盗报警设防和撤防。
当报警器处于设防状态时，若警情采集电路采集到警情信号时，AT89S51立即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并切断点火系统的电源。
车辆行驶中，对汽车各部分各系统工作状况进行自动检测，当汽车设备出现不正常时，单片机根据传感器检测到各种警情信号分别进行报警，提醒车主进行处理，避免事故发生。
要求：
本设计要求利用各种传感器对警情和汽车各部分设备进行检测，通过遥控实现汽车防盗报警设防和撤防。
当报警器处于设防状态时，若警情采集电路采集到警情信号时，AT89S51立即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并切断点火系统的电源。
当汽车被盗或相应系统发生故障时，可以通过遥控电路，防盗检测电路，轮胎欠压检测电路，点火系统电源切断电源进行报警。
系主任签字：
指导教师签字：
高等职业学校毕业设计
指导教师评阅书
指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
。
成绩：
指导教师签字：
年月日
高等职业学校毕业设计
评阅教师评阅书
评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；③工作量的大小；④取得的主要成果及创新点；⑤写作的规范程度；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：
成绩：
评阅教师签字：
年月日
高等职业学校毕业设计
答辩及综合成绩
答辩情况
提出问题
回答问题
正确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答
答辩委员会评语及建议成绩
答辩委员会主任签字：
年月日
系部领导小组综合评定成绩
系部领导小组负责人：
年月日
摘要
随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车手段和交通事故的曾多，人们研制开发了不同方式的防盗器和报警器。
本文介绍了基于单片机的汽车多功能报警器的设计。
系统利用各种传感器对警情和汽车各部分设备进行检测，通过遥控实现汽车防盗报警设防和撤防。
当报警器处于设防状态时，若警情采集电路采集到警情信号时，AT89S51立即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并切断点火系统的电源。
车辆行驶中，对汽车各部分各系统工作状况进行自动检测，当汽车设备出现不正常时，单片机根据传感器检测到各种警情信号分别进行报警，提醒车主进行处理，避免事故发生。
关键词：
AT89S51；传感器；遥控模块；报警
1引言
汽车原指以可燃气体作动力的运输车辆，也指有自身装备动力驱动的车辆。
一般具有四个或四个以上车轮，不依靠轨道或架线而在陆地行驶的车辆。
汽车通常被用作载运客、货和牵引客、货挂车，也有为完成特定运输任务或作业任务而将其改装或经装配了专用设备成为专用车辆，但不包括专供农业使用的机械。
全挂车和半挂车并无自带动力装置，他们与牵引汽车组成汽车列车时才属于汽车范畴。
汽车是目前人类主要的交通工具，也是现代文明的标志。
全世界每年汽车销售量达6000多万辆，保有量已超过4亿辆。
在用的车辆越多，但随之而来的交通事故和被盗的汽车也越来越多，造成了人员伤亡及经济财产的损失。
人们对机动车辆的使用性能和防盗性能提出了更高的要求。
汽车安全成为一个重要的社会问题。
为了减少汽车事故的发生率，给拥有汽车的用户提供安全感,研制一种简单可靠、操作方便,能自动检测汽车各部分状况，发现不正常情况能给驾驶员发出报警提醒和防盗警报的安全系统，具有实际的设计意义。
2汽车多功能防盗报警器总体方案设计
2.1、汽车多功能报警器的设计思想
目前，市场上的GPS卫星定位系统是目前国内外最先进的防盗装置，GPS系统具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、路况信息、人工导航、车辆查询等多种功能。
GPS卫星定位汽车防盗系统属于网络式防盗器，它主要靠锁定点火或起动达到防盗目的，而同时还可通过GPS卫星定位系统，将报警信息和报警车辆所在位置无声地传送到报警中心。
专家提醒，这种防盗技术名字叫起来很响亮，虽然有防盗的作用，但使用起来不是很实用，而且价格也昂贵，实际功用不大。
卫星追踪防盗系统，主要是汽车装备回报系统，经由卫星屏幕，显示车辆位置，因此根据失窃车中有安装卫星追踪系统者，无不是发报系统被破坏，即是电源被切断，使卫星无法追踪到汽车的具体位置，即失去防盗效用，而且价格昂贵，光安装一套不带显示屏的GPS就需要花费6000-7000元，而每年还需向GPS系统服务公司交纳近千元的服务费，高昂的购买费和使用费让许多车主望而却步，经济效益差[1]。
利用单片机的低成本、高精度、微型化性能及特点设计以其为核心的一种汽车多功能报警器，利用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统对汽车防盗报警和轮胎欠压的检测报警。
该多功能报警器有着经济实用的优点且符合普通大众的消费水平，能够被大多汽车消费者所接受，渐渐成为普通大众汽车用户的优先考虑安装的报警系统。
2.2、汽车多功能报警器的设计方案
该多功能汽车防盗报警器，采用AT89S51单片机和各种传感器的组合，构成汽车多功能报警系统。
其系统主要由以下几个部分组成：
遥控电路、传感器信号检测电路，单片机处理电路和声光报警。
本设计的汽车多功能防盗报警器工作原理：
车辆停放，当报警器处于设防状态时，若警情采集电路采集到警情信号时，AT89S51立即接通报警驱动电路实现声光报警，同时AT89S51通过无线信号发射电路发给车主报警信号，并同时切断点火系统的电源；车辆行驶中，对汽车各部分各系统工作状况进行自动检测，汽车报警器用各种传感器进行数据采集，传感器采集信息数据被送到AT89S51单片机，用AT89S51单片机作为主机对进行检测处理，AT89S51单片机控制电路根据传感器检测到信息做出判断，当某一系统出现故障时，其传感器检测的相应信号，经放大和模数转换后输入单片机，单片机进行比较判断输出信号，驱动报警电路，实现声光报警，以提醒司机及时处理，避免事故发生。
汽车报警器用来遥控器实现设防与撤防的切换。
2.3、汽车多功能防盗报警器的总体框图
汽车多功能防盗报警器由电源电路、传感器检测电路、遥控电路、声光报警器电路、点火系统电源切断电路和单片机组成。
图2-1汽车多功能防盗报警器方框图
3汽车多功能报警器软件系统
系统的硬件设计包括中央处理单元、电源电路、遥控电路、防盗检测电路、轮胎欠压检测电路、声光报警和点火系统电源切断电路组成。
系统的总体电路见附录1。
3.1、中央处理单元设计
AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kBytesISP（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指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有如下特点：
40个引脚，4kBytesFlash片内程序存储器，128bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。
此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。
空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。
本次设计是用89S51单片机为核心实现报警控制，所以我们要先对89S51的各个引脚及其功能有一个全面的认识。
3.1.1、89S51单片机的引脚功能介绍
如图3-1所示为89S51单片机40引脚双列直插形式，各引脚功能如下：
图3-189S51引脚图
1电源和晶振：
Vcc——运行和程序校验时加+5V。
Vss——接地。
XTAL1——输入到振荡器的反相放大器。
XTAL2——反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。
当用外部振荡器时，XTAL2不用，XTAL1接收振荡器信号。
2控制线，共4根。
（1）输入：
RST——复位输入信号，高电平有效。
在振荡器工作时，在RST上作用两个机器周期以上的高电平，将器件复位。
EA/Vpp——片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。
在编程时，其上施加21V的编程电压。
（2）输入，输出：
ALE/PROG——地址锁存允许信号，输出。
用做片外存储器访问时，低字节地址锁存。
ALE以1/6的振荡频率稳定速率输出，可用做对外输出的时钟或用于定时。
在EPROM编程期间，作输入。
输入编程脉冲。
ALE可以驱动8个LSTTL负载。
（3）输出：
PSEN——片外程序存储器选通信号，低电平有效。
在从片外程序存储器取指期间，在每个机器周期中，当PSEN有效时，程序存储器的内容被送上P0口（数据总线）。
PSEN可以驱动8个LSTTL负载。
3I/O口：
4个口，32根
单片机51系列共有四个8位双向并行I/O通道口，分别是P0、P1、P2、P3，各具有特殊的电路结构，每位均有自己的锁存器、输出驱动器和输入缓冲器。
这种结构，在数据输出时可锁存，即输出新的数据之前，通道口上原数据一直保持不变，但对输入信息是不锁存的，因此从外部输入的信息必须保持到取数指令执行完为止。
在这四个8位双向并行I/O通道口中，我们应该选择哪一个通道口作为输入信号和输出信号的端口呢？
下面我们先来了解一下四个通道口的结构。
（1）P0口介绍
P0口在访问外部存储器时，P0口既是一个真正的双向数据总线口，又是从分时输出8位地址口。
它包括一个输出锁存器，两个三态缓冲器，一个输出驱动电路和一个输出控制电路
（2）P1口介绍
P1口是专门为用户使用的I/O口，是准双向口，P1口为8位准双向口，每一位均可单独定义为输入或输出口。
在编程校验期间，用做输入低位字节地址。
P1口可以驱动4个LSTTL负载。
（3）P2口介绍
P2口也是双向口。
它是供系统扩展时输出高8位地址。
如果没有系统扩展时，也可以作为用户的I/O口使用。
P2口作为外部数据存储器或程序存储器的地址总线的高8位输出口AB8-AB15，P0口由ALE选通作为地址总线的低8位输出口AB0-AB7。
外部的程序存储器由PSEN信号选通，数据存储器则由WR和RD读写信号选通，因为216=64k，所以89S51最大可外接64kB的程序存储器和数据存储器
（4）P3口介绍
P3口是个双功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作变异功能用，为适应引脚的第二功能的需要，增加了第二功能控制逻辑，在真正的应用电路中，第二功能显得更为重要。
由于第二功能信号有输入输出两种情况，我们分别加以说明。
P3口的输入输出及P3口锁存器、中断、定时/计数器、串行口和特殊功能寄存器有关，P3口的第一功能和P1口一样可作为输入输出端口，同样具有字节操作和位操作两种方式，在位操作模式下，每一位均可定义为输入或输出。
表3-1P3口的第二功能
端口引脚
功能特征
P3.0
串行输入口（RXD）
P3.1
串行输出口（TXD）
P3.2
外中断0（INT0）
P3.3
外中断1（INT1）
P3.4
定时/计数器0的外部输入口（T0）
P3.5
定时/计数器1的外部输入口（T1）
P3.6
外部数据存储器写选通（WR）
P3.7
外部数据存储器读选通（RD）
现在我们已经对四个8位双向并行I/O口有了初步的了解。
根据以上的介绍我们知道只有P1口是标准的I/O口，所以我们选用P0口作为数据端口，P0口可逐位分别定义各口线为输入或输出线。
3.1.2、89S51单片机的中断系统
本次毕业设计的汽车多功能报警器是利用外部中断触发单片机中断处理程序，以实现防盗报警的功能。
所以，以下内容是对89S51单片机的中断系统的介绍。
1中断：
程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，使其转向为处理内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务的程序后，CPU继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断过程。
2中断源：
能产生中断的外部和内部事件。
89S51有5个中断源：
（1）INT0：
外部中断0请求，低电平有效。
通过P3.2引脚输入。
（2）INT1：
外部中断1请求，低电平有效。
通过P3.3引脚输入。
（3）T0：
定时器/计数器0溢出中断请求。
（4）TI：
定时器/计数器1溢出中断请求。
（5）TXD/RXD：
串行口中断请求。
当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。
每一个中断源都对应一个中断请求标志位，它们设置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。
当这些中断源请求中断时，相应的标志分别有TCON和SCON中的相应位来锁存。
389S51中断系统有以下4个特殊功能寄存器：
（1）定时器控制寄存器TCON（用6位）；
（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；
（3）中断允许寄存器IE；
（4）中断优先级寄存器IP。
其中，TCON和SCON只有一部分用于中断控制。
通过对以上各特殊功能寄存器的各位进行置位或复位等操作，可实现各种中断控制功能。
4中断的响应过程及中断矢量地址
中断处理过程可分为3个阶段：
中断响应、中断处理和中断返回。
89C51的CPU在每个机器周期的S5P2期间顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志。
如查询到某个中断标志为1，则将在接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理。
中断系统通过硬件自动将相应的中断矢量地址装入PC，以便进入相应的中断服务程序。
表2既是各个中断源对应的中断矢量地址。
由于89S51系列单片机的两个相邻的中断源中断服务程序入口地址相距只有八个单元，一般的中断服务程序是容纳不下的，通常是在相应的中断服务程序入口地址中放一条常跳转指令LJMP，这样就可以转到64KB任何可用区域了。
表3-2中断源及其对应的矢量地址
中断源
中断矢量地址
外部中断0（
）
0003H
定时器/计数器0（T0）
000BH
外部中断1（
）
0013H
定时器/计数器1（T1）
001BH
串行口中断（RI、TI）
0023H
中断服务程序从矢量地址开始执行，一直到返回指令RETI为止。
RETI指令的操作一方面告诉中断系统该中断服务程序已执行完毕，另一方面把原来压入堆栈保护断点地址从栈顶弹出，装入程序寄存器PC，使程序返回到被中断的程序断点处继续执行。
5在编写中断服务程序时应注意：
（1）在中断矢量地址单元处存放一条无条件转移指令（如LJMP××××H），使中断程序可灵活的安排在64KB程序存储器的任何空间。
（2）在中断服务程序中，用户应注意用软件保护现场，以免中断返回后丢失原寄存器、累加器中的信息。
（3）若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，则可先用软件关闭CPU中断或禁止某中断源中断，在中断返回前在开放中断。
3.1.3、定时器/计数器
定时器/计数器是单片机中重要部件，其工作方式灵活、编程简单。
89C51单片机片内有两个16位定时器/计数器，即定时器0（T0）定时器1（T1）。
它们都有定时和事件记数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。
两个16位定时器实际上都是16位加1计数器。
其中，T0由两个8位特殊功能寄存器TH0和TL0构成；T1由TH1和TL1构成。
每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或计数工作方式及其他灵活多样的可控功能方式。
这些功能都由特殊功能寄存器TMOD和TCON所控制。
设置为定时工作方式时，定时器计数89S51片内振荡器输出的经12分频后的脉冲，即每个机器周期使定时器（T0或T1）的数值加1直至计满溢出。
当89S51采用12MHZ晶振时，一个机器周期为1us，计数频率为1MHZ。
设置为计数工作方式时，通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数。
当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器的值加1。
在每个机器周期的S5P2期间采样T0和T1引脚的输入电平，若前一个机器周期采样值为1，下一个机器周期采样值为0，则计数器加1。
此后的机器周期S3P1期间，新的数值装入计数器。
所以，检测一个1至0的跳变需要两个机器周期，故最高计数频率为振荡频率底1/24。
不管是定时还是计数工作方式，定时器T0或T1在对内部时钟或对外部事件计数时，不占用CPU时间，除非定时器/计数器溢出，才可能中断CPU的当前操作。
由此可见，定时器是单片机中效率高而且工作灵活的部件。
3.1.4、89S51单片机的外围电路的设计
本毕业设计的89S51单片机控制电路的外接电路包括单片机的晶振电路、复位电路。
89S51单片机内含有一个高增益的反相放大器，通过XTAL1、XTAL2外接作为反馈元件的晶体后，构成自激振荡器，所以89S51单片机正常工作时需要外接晶振和微调电容，本设计的单片机的晶振电路的外围电路由一个12MHZ的晶振和两个33PF的电容组成。
本设计的复位电路采用最简单的上电复位电路，上电复位电路的工作原理为：
上电瞬间，RC电路充电，RST引脚端出现正脉冲，只要RST端保持10MS以上高电平，就能使单片机有效地复位[2]。
图3-289S51单片机的外接电路
本系统还采用硬件看门狗电路，以解决因程序跑飞而使系统不能正常工作的问题，提高系统的可靠性。
为此，使用MAX813L来设计单片机监控电路，以保证系统可靠运行。
其基本原理：
MAX813L有一个看门狗输入和复位输出端，单片机必须每隔1.6S之内向输入端（WDI）送入一信号（称为喂狗信号）；若超过要求时间，MAX813L收不到喂狗信号，其复位输出端（RESET）将产生一复位信号。
当程序跑飞时，程序已无法正常运行即不可能在要求的时间内向MAX813L发送喂狗信号，从而看门狗产生复位信号使单片机复位，重新返回程序正常运行。
它与单片机的连接电路如图3所示。
3.2、电源电路设计
汽车报警器的电源采用汽车蓄电池供电，汽车蓄电池提供12V的直流电压，12V蓄电池电压经过7805稳压后产生5V电压，作为汽车报警器器的主电源。
电容C2作为高频旁路电容，将高频信号旁路到地。
同样电容C3为滤波电容，C4为高频旁路电容。
R1为限流电阻，LED1为5V电源指示灯。
电源电路原理图如图4所示。
图3-3电源电路
（1）单片机AT89S51正常工作所需的+5V电压。
该电源电路的输出电流应该不低于100mA，试验证明，当电流低于100mA时，外围电路不能正常工作，甚至导致单片机中程序的误动作。
（2）报警驱动电路正常工作时所需要的+12V工作电压。
该电压一方面作为PWM输出电路的工作电压，单片机输出的矩形波进行足够的放大。
另一方面为报报警驱动电路提供正常工作电压。
3.3、遥控模块设计
本系统的遥控模块主要完成报警状态的切换功能。
报警状态的切换功能是当用户在车上时可以将报警器设为撤防状态，以免误操作；当用户离开车时将报警器设为设防状态，实现无人时的报警。
本文采用PT2262/PT2272红外编码/解码芯片组实现对系统的遥控功能[3]。
3.3.1、PT2262/PT2272介绍
PT2262/PT2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/PT2272最多可有12位（A0-A11）三态地址端管脚（悬空,接高电平,接低电平）,任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位（D0-D5）数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。
编码芯片PT2262发出的编码信号由：
地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。
当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。
PT2262/PT2272特点：
CMOS工艺制造，低功耗；外部元器件少；RC振荡电阻；工作电压范围宽：
2.6-15v；数据最多可达6位；地址码最多可达531441种。
（1）编码芯片PT2262
PT2262的外形图和引脚如图5所示。
图3-4PT2262外形图和引脚
表3-3PT2262管脚说明
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）；
D0-D5
7-8、10-13
数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉
Vcc
18
电源正端（＋）
Vss
9
电源负端（－）
TE
14
编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；
OSC1
16
振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；
OSC2
15
振荡电阻振荡器输出端；
Dout
17
编码输出端（正常时为低电平）
在具体的应用中，外接振荡电阻可根据需要进行适当的调节，阻值越大振荡频率越慢，编码的宽度越大，发码一帧的时间越长。
（2）解码芯片PT2272
PT2272的外形图和引脚如图3-5所示。
图3-5PT2272外形图和引脚
名称
管脚
说明
A0-A11
1-8、10-13
地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”（悬空）,必须与2262一致,否则不解码
D0-D5
7-8、10-13
地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换
Vcc
升级会员 