电动车无线防盗警报器毕业论文.docx
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电动车无线防盗警报器毕业论文
广播电视大学国防工业职业技术学院
机械电子工程学院
毕业论文（设计）
课题电动车无线防盗报警器的设计
教研室机械电子技术教研室
专业机械设计与制造
班级09机械设计与制造1班
学生阮土芮学号
导师蒲少荣职称
2011年 3月1日
摘要
本论文课题是开发设计一款基于单片机的电动自行车无线防盗报警器。
通过市场调研和查阅相关资料，论证了本设计的必要性和可行性。
文中主要论述了该无线防盗报警器各个模块的详细设计过程。
设计从总体方案的设计入手，对无线收发模块、信号触发模块、报警电路模块等进行了相关的分析、选择与最终方案的确定；使用Protel软件绘制出该设计的最终方案的电路图，通过Protel电路图清晰地表达出该设计各个工作模块电器元件的连接情况。
本设计用单片机作为控制单元，弹簧开关作信号触发，远距离无线收发模块作信号传输，扬声器（或蜂鸣器）作报警装置。
当单片机收到无线收发模块发出的预警信号后，进入预警状态，并当弹簧开关在收到外界振动影响后，接通电路,以使报警器报警，以此来威慑犯罪分子，达到保护电动自行车的目的。
本课题开发设计的电动车无线防盗报警器体积小、结构紧凑、技术先进、成本低、生产率高、实用性强，适用于千千万万电动车使用者。
关键词单片机；无线收发模块；弹簧开关；防盗报警器；扬声器
Abstract
ThisthesisfocusesonthedevelopmentanddesignoftheelectricbicycleSCMofwirelessanti-theftalarmbasedonMonolithicintegratedcircuit.Throughmarketresearchandaccesstorelevantinformation,demonstratedthenecessityandfeasibilityofthedesign.Inthemajorexpositionsofthewirelessanti-theftalarmforthedetaileddesignofeachmoduleprocess.Designfromstartingwiththedesignoftheoverallplan,carryingouttherelevantanalysisabouttheradiotransceivermodules,signaltriggermodule,alarmcircuitmodule,selectionandexterminatingthefinalpackage;Protelsoftwareisusedtomapoutthefinaldesignofthecircuit,ThroughtheProtelclearlyshowtheworkofvariouselectricalcomponentsconnectingmodule,andgeneratePCBbyProtelcircuitplans,laythefoundationforweldingthePCBcircuitboards,accordingtotheProtelcircuit,connectingcircuitsandhardwaredebug;productsAppearancewasdesignedbyusingthePro|Esoftware.
ThedesignisusedasacontrolunitSCM,springswitchtotriggersignal,wirelesstransceivermodulesforlong-distancesignaltransmission,speakers（orbuzzer）forthealarmdevice.WhenthewirelesstransceivermoduleSCMreceivedawarningsignal,gointotheearlywarningstatus,andwhenthespringswitchvibrationimpactofthereceiptoftheoutsideworld,connectedtocircuit,toenablethealarmwarning,inordertodetercrimeElements,torealizethepurposeofprotectingelectricbicycles.
KeywordsSCMWirelessTransceiverModuleSpringswitchAnti-theftAlarmSystemLoudspeakers
1绪论
1.1电动车无线防盗报警器研究背景
随着科学技术的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，电动自行车已经进入人们的生活，并进一步改善了人们的出行方便。
电动自行车以电为能源，无废气排放，噪音小，不污染环境，且骑行省力，经济适用，通用性广，上牌手续方便，政府也大力支持。
目前摩托车，燃油助力车因污染环境而受到限制。
国家出台燃油含税政策，又给电动自行车带来了福音，因此电动自行车成为工薪阶层的最佳选择，也受到越来越多人青睐。
然而就在电动自行车进入千家万户的同时，其失盗率也连连攀升，给使用者带来了很大的经济损失，为解决广大电动自行车使用者的后顾之忧，现设计一套基于单片机的关于电动自行车用无线防盗报警器的方案，给广大使用者装上一把“安心锁”。
1.2电动车无线防盗报警器的研究现状
为了充分掌握电动车市场防盗报警类产品的现状与发展动态，我深入开展了市场调研和文献搜索，从商家提供的电动车年销量和报警器（包括报警锁）年销量数据不完全统计，现在购买电动车的用户同时配备防盗报警装置的约占98％。
目前市场上出售的电动车防盗报警装置大致有如下几类：
（1）防盗报警锁，将报警器与车锁集成，只要部振动传感器感知到车身振动，就会立即触发启动锁上报警喇叭报警。
这种防盗报警锁使用比较方便，售价也能为大家接受，一般在50元左右，如杰达KL02、新奇特FB－8224。
但是用户反映使用这种防盗报警锁，发生误报的频率较高，而且发现是误报还得不到解除，同时在锁紧状态下无法人为撤防，造成不必要的干扰。
（2）普通防盗报警器，与防盗报警锁相比，这类报警装置体积较小，可独立安装在电动车上较为隐蔽的地方，不易被发现而拆卸。
其布防、撤防都是通过报警器外壳上的同一开关按钮实现，探测警情信号的也是各种类型的振动传感器，电源一般使用两节7号电池，性能比较稳定，价格在60元左右。
但是一旦将其安装在车身较为隐蔽的地方，如车身底部等，那么车主启动布防和撤防时要按开关就很困难，不易操作；如果安装在方便车主启动开关的地方，此报警器又很容易被盗贼发现而将其拆卸。
（3）遥控防盗报警器，由车载主机和手持遥控发射器组成，报警喇叭多是只安装在车载主机上，遥控器的作用主要是设防、撤防和启动报警功能，相当于主机的一个无线遥控电源开关，如新奇特E-12，龙锐lr-007。
这类报警器是现在电动车市场上的主流防盗产品，一般灵敏度较高，性能稳定，报警声响可达100分贝以上，基本可以满足一般电动车用户的需要，市场价格在80元左右。
漏报率和故障率都较低，但是误报率很高，报警噪音扰民现象严重。
（4）无线智能数字报警器，如荣高VA-2型、旭飞报警器。
这类防盗报警器一般采用微电脑技术，智能化程度较高，除了能遥控设防撤防、强警寻车外，还具有遥控熄火、自动延时设防和智能记忆等功能。
这类产品设计合理、性能优越，但是作为电动车的附属配件，它们的价格相对较高，一般要超过150元，普通用户不能接受，因而在电动车市场也就得不到推广。
电动自行车之所以能走进千家万户，为广大消费者所青睐，一个很重要的原因就是其价格相对于摩托车和汽车要低得多，能被一般收入的人们所接受。
因此，开发一种高性能、低价位的电动车专用防盗报警器是适合市场需要的，也是目前电动车用户这个消费群体给我们提出的一项艰巨任务。
1.3电动车无线防盗报警器的研究要求
电动车无线防盗报警器的的研究要求就是体积小，能安装在比较隐蔽的地方，不易被盗车贼发现拆卸，而车主又能操作方便；灵敏度较高，性能稳定，漏报率、误报率和故障率都应比较低，报警声应适中，能在有效围提醒车主或路人，达到震慑盗车贼的目的即可，以免报警声音太大，噪音扰民；价格适中能让普通消费者所接受。
1.4电动车无线防盗报警器的研究意义
现在市场上有各式各样的电动车防盗报警装置出售，一些高档的智能报警器由于价格过高，用户不愿意为售价仅两三千的电动车去配置，而得不到推广；另外，也有价格适中、质量可靠的防盗报警器出售，但是此类报警器的报警喇叭一般都只是安装在电动车身上，而完成警情传递任务的主要部件都是振动传感器，其灵敏度较高，致使一些外界环境因素，如刮风打雷，儿童嬉闹等，都有可能使其动作，并触发报警器报警，这种由于误报警带来的噪音污染常常造成不必要的扰民。
种种原因使得大部分电动车用户并没有为他们的车去配备防盗报警装置，导致一些不法分子有机可乘，电动车被盗现象日益严重，“电动自行车保险”也因出险率太高而销声匿迹。
报警装置作为电动车的一个重要附属配件，其防盗守护的重要作用众所周知。
由此，一种低价位、高品质，适合于普通用户的防盗报警器将是电动自行车市场翘首以盼的。
着眼于解决上述问题，我们展开了一系列调查研究、开发创新工作，希望我们的努力可以在报警器成本与性能之间找到一个最佳平衡点，为电动车增加一道理想的安全防线，解除用户的后顾之忧。
2总体方案设计
电动车无线防盗报警器的总体方案设计是根据其功能和设计要求，从全局的角度，以系统的观点而进行整体方面的设计，主要包括无线收发模块设计，信号触发模块设计和报警电路模块设计等容。
2.1框架结构体系设计
本设计主要依据下列框架结构（如图2-1）进行设计。
图2-1总体框架结构体系
其中单片机作为控制单元模块，弹簧开关作信号触发模块，采用远距离无线收发装置作无线收发模块，扬声器（或蜂鸣器）作报警电路模块。
当单片机收到无线收发模块发出的预警信号后，进入预警状态，并让弹簧开关在收到外界振动影响后，接通电路使报警器报警，以此来威慑犯罪分子，达到保护电动自行车的目的。
2.2各功能模块方案设计
本设计各功能模块主要包括无线收发模块，信号触发模块和报警电路模块等，下面将分模块讨论各个模块拟采用方案和最终方案的确定。
2.2.1无线收发模块
2.2.1.1HF-15/HJ-15红外收发组件
普通红外遥控器作用距离一般为10m左右，且方向性很强。
而由HF-15/HJ-15构成的红外遥控发射/接收电路（见图2-2）作用距离可达25m，其对射夹角大于15°，且外接电路简单，安装方便。
HF-15为红外遥控发射组件，其工作电压4～12V，典型值9V；工作频率32～50kHz可调，由第1、2脚之间所接的电位器来调节发射电路的载波频率，一般选40kHz。
HJ-15部设有前置放大电路、整形电路和滤波电路，放大器放大倍数可达2.5万倍。
如果需要加大遥控距离，可在红外发射或接收管的前面加只带凸镜聚光片的聚光筒，但此时应注意调整好焦距，否则无效果。
图2-2HF-15/HJ-15红外收发应用电路图
当红外遥控发射电路的SK开关闭合时，通过HF-15装置的5、6脚将HF-15装置启动，再经HF-15装置的1、2脚之间所接的电位器调节发射电路的载波频率，载波频率的大小直接影响传输距离。
电位器调节的数值越大发射电路的载波频率就越小，其传输距离也就越短；电位器调节的数值越小发射电路的载波频率就越大，其传输距离就越长，因为频率低衰减小，频率高衰减大。
当载波频率确定后HF-15装置的3、4脚所接的型号为PH303的发光二极管，将给红外遥控接收电路型号为PH303的二极管一个脉冲，HJ-15通过部的前置放大电路、整形电路和滤波电路对接收到的脉冲信号进行分析，当是其识别的波形时就启动该电路，完成红外收发的工作。
HF-15/HJ-15红外收发装置的传输距离和安全性的确可以满足本设计的需要，但是其体积比较大，价格也远远超出了市场上现在所出售的整套电动车无线防盗报警器的价格，从产品的性价比考虑，不予采纳。
2.2.1.2LR-T15CTM4-S红外接收远程控制系统模块
LR-T15CTM4-S系列是红外遥控接收模块。
该模块的最大优点就是即使在很弱的光源下也能可靠运行、并保护、防止受到其他输出脉冲的干扰。
LR-T15CTM4-S系列所需的供电电压在2.4V～6.5V之间，与本设计所构想的5V供电电压很吻合；而其低电流消耗是HF-15/HJ-15红外收发组件不可比拟的；其输出信号为4.5V高电压正好能被本设计中采用的AT89C51单片机所识别。
LR-T15CTM4-S系列与无线发送装置的有效作用距离为28米，相对HF-15/HJ-15红外收发组件有了相当大的改观，其最大优点就是即使在很弱的光源下也能可靠运行、并能有效防止受到其他输出脉冲的干扰。
本设计就是想找到这样的红外无线收发模块：
体积小、重量轻，5V供电电压，4.5V高电平输出，低电流消耗；作用距离长，能适用恶劣环境，而不至于受到其他输出脉冲的干扰。
因此欲采用LR-T15CTM4-S红外接收远程控制系统模块为本设计的无线收发模块。
该模块将在第3章中详细介绍。
2.2.2信号触发模块
2.2.2.1水银开关
水银开关（见图2-3），又称倾侧开关，是电路开关的一种，用一个接着电极的小巧容器储存着一小滴水银，容器中多数注入惰性气体或为真空。
因为重力的关系，水银水珠会随容器中较低的地方流去，如果同时接触到两个电极的话，开关便会将电路闭合，开启开关。
图2-3水银开关
容器的形状亦会影响水银水珠接触电极的条件，例如邮包炸弹使用的会是倒V字型的，令收件人在不知情的情况下倾侧邮包，闭合电路、制动爆炸，但送件人（或邮包携带者）则不会。
水银开关的原理很简单，在普通固定电路中均可用于信号触发，但在本设计中，电动车无线防盗报警器不可能完全保持水平状态；并且水银对人体与环境均有毒害，不适合在本设计中采用。
2.2.2.2振动传感器
振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。
由于它也是一种机电转换装置。
所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。
振动传感器目前广泛应用的报警检测传感器，它部用压电瓷片加弹簧重锤结构检测振动信号，并通过LM358等运放器放大并输出控制信号。
当检测到振动大于一定幅度时，动作指示灯点亮，并发出报警，振动检测的灵敏度可以通过灵敏度调节旋钮调节，顺时针灵敏度增加，逆时针灵敏度降低。
振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量作为振动传感器的输入量Mi，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量Mt，最后由机电变换部分再将Mt变换为电量E，如图2-4所示。
因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。
振动传感器具有成本低、灵敏度高、工作稳定可靠，振动检测可调节围大的优点，器件的部均含有专用的控制芯片,应用非常方便,可直接带动小功率负载,用一只三极管进行电流放大后,即可驱动继电器或报警被大量应用到汽车、摩托车、电动车的防盗系统上，目前80％的车辆报警器都用这类传感器。
MiMtE
振动传感器的性能特点符合本设计的需要，但在元件采购的过程中发现电子市场找不到振动传感器的销售，给本设计的实物制作造成了困难。
因此将在第4章音乐集成电路报警模块设计中对信号触发模块的设计做详细介绍。
2.2.3报警电路模块
2.2.3.1蜂鸣器
蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、机、定时器等电子产品中作发声器件。
蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种，在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。
（1）压电式蜂鸣器
压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器与共鸣箱、外壳等组成。
有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.5~2.5kHz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电瓷材料制成。
在瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
（2）电磁式蜂鸣器
电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片与外壳等组成。
接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。
振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。
（3）自制简易蜂鸣器电路
目前蜂鸣器被广泛应用与多种控制装置和家用电器的特定功能指示。
笔者在做本设计的时候发现了一种简易蜂鸣器电路[1][2]，现介绍给大家（如图2-5）。
图2-5简易蜂鸣器电路
基本电路如上图所示，由R1～R4、C1、C2和Q1、Q2组成自激多谐振荡器电路，产生的音频振荡信号经Q3放大、驱动压电瓷片发出响亮的蜂鸣声。
电路的振荡频率见式（2.1）。
f=
式（2.1）
改变其元件的参数，就可以得到自己满意的声调。
压电瓷片为该电路的发声部件，其质量好坏直接影响发声音量的大小，选用时还要注意其工作电压。
在制作时，最好选用带有助声腔的蜂鸣器。
图中电感L可用线圈完好的废旧6V～12V直流继电器绕组代替，也可用废旧录音机磁头和晶体管收音机中音频变压器绕组代替。
按图中所示数值，本电路可在3V～15V直流电压围正常工作，其最大工作电流为45ma。
若加大工作电压，须将Q3换成耐压和电流值较大的三极管。
2.2.3.2扬声器
扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的高低影响很大。
扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式（即动圈式）、静电式（即电容式）、电磁式（即舌簧式）、压电式（即晶体式）等几种；按其频率围可分为低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器。
电动式扬声器的结构和工作原理
电动式扬声器应用最广泛，它又分为纸盆式、号筒式[3]和球顶形三种。
而前两种应用比较广泛，因此这里只介绍前两种。
（1）纸盆式扬声器
纸盆式扬声器其结构如图2-6所示。
它由三部分组成：
①振动系统，包括锥形纸盆、音圈和定位支片等；②磁路系统，包括永久磁铁、导磁板和场心柱等；③辅助系统，包括盆架、接线板、压边和防尘罩等。
当处于磁场中的音圈有音频电流通过时，就产生随音频电流变化的磁场，这一磁场和永久磁铁的磁场发生相互作用，使音圈沿着轴向振动，由于扬声器结构简单、低音丰满、音质柔和、频带宽，但效率较低。
（2）号筒式扬声器
号筒式扬声器其结构如图2-7所示，它由振动系统（高音头）和号筒两部分构成。
振动系统与纸盆扬声器相似，不同的是它的振膜不是纸盆，而是一球顶形膜片。
振膜的振动通过号筒（经过两次反射）向空气中辐射声波。
它的频率高、音量大，常用于室外与广场扩声。
2.2.3.3音乐集成电路
就在商榷报警电路元件的选用时，无意中发现了音乐集成电路[4]，它是一种乐曲发生器，它可以向外发送固定存储的乐曲。
它具有声音悦耳、外接元件少、价格低、功能全面与使用方便等特点，因而音乐集成电路在家用电器，时钟，玩具等方面得到了广泛的应用。
通过比较蜂鸣器﹑扬声器和音乐集成电路的外接元件数量、价格、功能全面性与使用方便等特点决定采用音乐集成电路作为本设计的报警电路模块，该模块将在第4章音乐集成电路报警模块设计中做详细介绍。
2.3本章小结
本章对该设计的总体框架结构体系设计进行了论述，并对该设计的各功能模块拟采用和最终采用的方案进行了详细的介绍，通过比较HF-15/HJ-15红外收发组件和LR-T15CTM4-S红外接收远程控制系统模块确定了本设计的无线收发模块；通过比较水银开关和振动传感器确定了本论文的信号触发模块；通过比较蜂鸣器、扬声器和音乐集成电路确定了本论文的报警电路模块，而被选定的模块元件将在下面几章做详细的介绍。
3无线收发模块设计
LR-T15CTM4-S系列是红外遥控接收模块。
它已转移成型、体积小、重量轻和低电流消耗。
该模块的最大优点就是即使在很弱的光源下也能可靠运行、并保护、防止不受控制的输出脉冲的干扰。
3.1LR-T15CTM4-S红外接收远程控制系统模块介绍
本小节将详细介绍LR-T15CTM4-S红外遥控接收模块（见图3-1）的主要特性、引脚特征、光电特性、极限参数、材料配置，外部尺寸等物理特性。
3.1.1主要特性
（1）供电电压2.4V～6.5v之间；
（2）光电检测器与前置放大器封装在一起；
（3）PCM频率的部过滤器；
（4）对不同种干扰光源的免疫力较强；
（5）低效输出
（6）低功率消耗；
图3-1LR-T15CTM4-S
因LR-T15CTM4-S红外遥控接收模块具有上述的主要特性，所以其应用围也是比较广泛的。
大致有①AV设备（如：
电视，DVD播放机，音响，CD播放机，机顶盒等）；②家电（如：
电脑，空调，照相机等）；③红外遥控器控制玩具。
LR系列红外遥控接收模块的引脚配置和载波频率如表3-1所示。
表3-1LR系列引脚配置和载波频率
在本设计中该元件要与单片机连接使用，完成报警系统的上锁和解锁过程，因此要选择合适的工作电压和输入频率，焊接电路板时应考虑该电子元件的焊锡温度，以免过高烧坏元件。
LR-T15CTM4-S红外遥控接收模块的建议操作条件和极限参数见表3-2和表3-3。
表3-2建议操作条件
参数
符号
数值
单位
运行电压
Vcc
2.4～6.5
V
输入频率
fin
30～60
kHz
表3-3极限参数（温度=25℃）
参数
符号
数值
单位
供电电压
Vcc
7
V
输出电流
Iout
2.5
mA
运行温度
Topr
-20～+80
℃
存储温度
Tstg
-30～+85
℃
焊锡温度
Tsd
270
℃
3.1.2工作原理方框图
图3-2方框图
发射装置输出波形
红外模块输出波形
图3-3输出波形
LR-T15CTM4-S红外遥控接收模块工作原理方框图如图3-1所示。
当无线发射装置有信号输入后，通过自动增益控制器保证通道的信号同步放大稳定动态工作点,以达到更高的传输效率。
通过限制器将突发的信号、过强的信号、误操作所产生的大信号和声反馈，按一定的比例进行压缩或限幅，解决了功率放大器过载问题，从而保护了昂贵的功率放大器和扬声器。
通过滤波器过滤掉不理想的信号，得到单一频段的理想信号，保证了信号传输的正确。
通过高峰活塞和比较器比较电压，然后根据比较结果，把输出电压设定在数字高态。
通过积分器将前后信号叠加。
最后通过施密特触发器对脉冲边缘进行整形和产生输出方波脉冲，如图3-3所示。
3.1.3外部应用电路
（1）该元件的外部应用电路[5]如图3-4所示。
①防止电压包括任何噪音因素的影响，请将RC滤波器放在顶端.RC滤
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