汽车防撞防盗报警器的设计Word文件下载.docx
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intheabsenceofenvironmentalanti-theftfunctiontoavoidthetheftofvehicles,andownersthroughthekeyboardinputpasswordtounlock.ThecrashburglaralarmdesignisbasedonthemicrocontrollerAT89S52whichsetthedistanceofthecarbytheultrasonicsensorsandinfraredsensorstodetectandproceduresforthecontrolofthecore,display,alarm,securityandotherfunctions.Theentiredesigniscomposedofschemecomparisonchoice,independentfunctionalmodules.Onthebasisofanalysisofthedesigntaskofalarm,thepapergivestheoveralldesignofthealarm,anddetaileddescriptionofthealarmhardwareandsoftwaredesignprocessesandfunctionstoachieve,andfinallyabriefintroductiontotheproductionandcommissioningofthealarmsystemprocess.Programscanachievethedesignobjectivesandrequirements,butthereal-timecontrolperformanceislessthanideal,whichneedsfurtherimprovement.
Keywords:
Ultrasonicwave;
Infra-red;
Anti-collision;
Anti-theft
1绪论
1.1立题意义及发展趋势
汽车工业的迅猛发展和人民生活水平的日益提高，汽车越来越成为人们生活中不可缺少的一部分,特别是轿车已经走进千家万户。
有统计数据表明，目前我国汽车的保有量达1700万辆。
在上海等大中城市，私家车的占有率已达12%，并且每年着以20%的速度增长。
业内人士分析，未来20年内，中国将成为全球第一大汽车市场。
从世界上第一辆T型福特牌轿车被盗开始，偷车已成为现今城市里最常见的犯罪行为之一。
汽车数量增多，车辆被盗的数量也逐年上升，这给社会带来极大的不安定因素，担心车辆被盗，成为困扰每一位汽车用户的难题。
随着敞篷汽车的流行，汽车门锁已无法成为万无一失的铁将军，使车门锁定系统的概念进一步被淡化，由此汽车防盗器也应运而生伴随着汽车随着现代汽车技术的不断发展。
同样，在享受汽车给我们带来方便的同时，也经受着一些实际问题的困扰。
一方面汽车的数量逐年增加，而街道，公路，停车场等可用于调转的空间越来越小；
另一方面，新司机，及一些非专职司机越来越多，由于倒车而产生的问题越来越多，倒车引起的纠纷也越来越多。
倒车时，车辆与人，车辆与车辆，车辆与障碍物之间的碰撞时有发生，倒车已成为令人头疼的事情，即使是经验丰富的老司机也会抱怨倒车是一件费力费神的事情。
为了减少因倒车和汽车无人时被盗而产生的损失，需要有一种专门的系统来帮助司机很好的进行倒车和防盗—汽车倒车防撞防盗系统。
目前汽车防盗器已由初期的机械控制，发展成为钥匙控制——电子密码——遥控呼救——信息报警的汽车防盗系统，由以前单纯的机械钥匙防盗技术走向电子防盗、生物特征式电子防盗。
电子防盗系统要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。
尤其是随着微电子技术的进步，汽车防盗技术己向着自动化、智能化方向发展。
利用信息感知、动态辨识、控制技术与方法提高的主动安全性，是先进汽车控制与安全系统（AVCSS）的主要研究内容。
毫米波雷达和CCD摄像机对车辆与障碍物的距离进行动态监测，当距离小于规定值时，系统将发出直观报警信号提醒本车驾驶员。
紧急制动劝告系统，利用先进的距离监测系统对障碍物距离进行动态监测，当需要减速或制动时，用制动灯亮来提醒驾驶员，并及时监测驾驶员操纵驾驶踏板的踏踩状态，必要时使汽车的自动制动系统前起作用降低车速，在最危险时刻自动制动。
扇形激光束扫描的雷达传感器，即使车辆在弯道行使也能检测到本车与前方汽车或障碍物的距离降到规定值时，驾驶员仍未及时采取相应措施，便发出警告信号。
毫米波雷达防撞方面也做了大量的研究，其雷达中心频率主要选择60~61GHz或76~77GHz,探测距离为120米。
这些技术产品已经或即将进入市场。
1.2研究内容及目标
本课题的研究内容是以单片机为控制核心，控制测距传感器测量距离，并实时显示倒车时障碍物与车间的距离，报警电路采用滴滴声加闪光报警；
有防盗功能控制开关，关闭就进入防盗状态，有10S延时以确保主人离开，在有人接近时，自动锁定点火装置处于关闭状态，主人通过键盘输入密码解除锁定状态。
课题目标是汽车在倒车环境时能检测出车距后方障碍物的距离，达到危险距离时进行声光报警，提示驾驶员提高警惕；
在防盗功能开启时，自动进行检测，检测有人靠近时车门时，自行关闭点火装置，控制车辆，防止车辆被盗。
1.3本文主要内容
本文主要研究了汽车防盗防撞报警器的设计与实现，其中包括硬件方案的实现和软件方案的实现，软硬件的联合实现。
第一部分介绍了本文的研究意义与设计任务，分析技术发展的趋势，对设计进行分析与研究。
在第二部分主要讲述总体方案的论证。
首先对所要完成的任务进行分析，判断所要实现的任务的要求与难度，同时对任务进行分解，随后对分解后的任务进行方案设计，主要是通过对不同的方案进行论证与分析，选择最合适的方案。
在第三部分主要讲述硬件设计。
对选择的硬件方案进行分析，分析各个模块，对组成模块的硬件电路进行原理分析与设计，设计最佳的硬件模块，包括控制模块、防盗模块、防撞模块，通过分析硬件电路的组成与原理，了解整个系统的硬件以及各部分之间的联系。
在第四部分主要讲述软件设计。
在对硬件电路了解的基础上，对系统的软件设计进行分析，将主程序的任务分解为各个子程序，在对子程序任务基础上，设计子程序。
在第五部分主要讲述硬件的制作与系统调试。
首先讲述硬件的制作与调试，对硬件制作与调试过程出现的问题进行分析与解决，最终实现最佳效果；
随后讲述软件的调试，介绍软件调试的环境与平台，并对软件调试中出现的问题进行分析，最终解决实现软件功能；
最后讲述的是整个系统的联调，分析软件与硬件出现的问题，并解决，最终实现一个完成所有功能的系统。
2方案论证
本设计是利用单片机的控制功能，设计防撞防盗报警器，实现距离检测报警、防盗锁定与键盘密码解锁功能。
本章主要介绍了通过对任务的分析，对总体的方案进行论证，并介绍了总体的硬件分析与选择。
2.1任务分析
本次设计主要是完成具有自动距离检测、下限报警、防盗和解锁等功能的汽车报警器的设计。
要求系统在倒车环境下能检测出车具后方障碍物的距离，在达到危险距离时报警；
在防盗功能开启时在有人靠近车门时关闭点火装置，防止有人将车开走。
根据任务要求，本课题设计采用了功能模块化设计，选用了可靠性强、精度高的超声波传感器和红外传感器作为信号检测器件，单片机的信号综合处理让各功能模块既分工独立又协同处理，实现资源共享，提高了资源利用率和汽车的智能化程度。
防撞功能是通过安装在小车后部的超声波传感器进行实时检测障碍距离车后部的距离，为汽车的倒车实时显示障碍物的距离提供数据支持，指引驾驶员驾驶汽车避开障碍物而实现的；
防盗功能是通过小车靠近车门的红外传感器实时检测是否有人靠近车门，从而做出操作防止有人偷车而在有人靠近车门时将点火装置锁定的动作，并通过键盘输入密码解除锁定实现的。
2.2硬件方案设计
通过查找相关资料，收集相应传感器性能参数，并通过实际测试对比，决出优劣，选择最佳设计方案。
2.2.1防撞功能模块方案实现
方案一：
雷达测距是利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算得出距离，雷达探测的稳定性好，但是系统庞大，价格较高。
方案二：
超声波测距是利用频率在20kHz以上的机械波，具有穿透性强、衰减少、反射能力强等特点，发射器发射不断的发射一系列连续的脉冲，在接受反射回来的反射波后，通过对时间差进行计算得出距离。
超声波测距系统具有原理简单、成本低、制作简单等特点，故选方案二。
2.2.2防盗功能模块方案实现
激光检测，激光检测是利用激光的单色性的相干性好和方向性强的特点，可实现高精度的。
但激光的传播速度易受到空气的湿度、温度、压强等因素影响，优势不明显，而且成本相对较高，安装相对复杂。
方案二热释电红外传感器，该传感器采用热释电材料极化随温度变化的特性探测红外辐射，能有效的探测辐射信号，但主要工作在室内，易受到温度及阳光的影响。
方案三：
反射式红外传感器，红外发射极发射出去的红外线遇到人的时候反射回来，红外线接收管对反射回来信号进行解调，输出比较电平。
具有效果好，不易受到温度和室外环境的影响，故采用方案三。
2.3软件设计方案
硬件各个模块的确定和对应芯片型号的的选择完成之后，系统的主要功能将依赖于软件实现。
软件的设计应遵循结构化设计原则，在总体概况设计的基础上进行具体的详细设计，功能分解，模块划分，细化软件层次，优化软件结构，以达到模块功能的独立性，执行的高效性。
总之，设计的程序应该达到可读性，可理解性，可维护性，有效性，可修改性。
该系统的软件设计采用了模块化设计的思想即将程序划分为若干个相对独立的功能模块，绘制与之相对应的流程图，并根据流程图编写程序，最终按照软件设计的总体结构框图，将各模块连接成一个完整的主程序。
在主程序的设计中要合理地调用各模块程序。
模块化设计的优点是：
无论是硬件还是软件，每一个模块都相对独立，故能独立地进行设计、研制、调试和修改，从而使复杂的工作得以简化。
模块之间的相互独立也有助于研制任务的分解和设计人员之间的分工合作，这样可提高工作效率和研制速度。
常用的编程语言语言有汇编语言和C语言两种。
（1）汇编语言
汇编语言是一种功能很强的程序设计语言，也是利用计算机所有硬件特性并能直接控制硬件的语言。
汇编语言，作为一门语言，对应于高级语言的编译器，需要一个“汇编器”来把汇编语言原文件汇编成机器可执行的代码。
高级的汇编器如MASM，TASM等等为我们写汇编程序提供了很多类似于高级语言的特征，比如结构化、抽象等。
在这样的环境中编写的汇编程序，有很大一部分是面向汇编器的伪指令，已经类同于高级语言。
现在的汇编环境已经如此高级，即使全部用汇编语言来编写windows的应用程序也是可行的，但这不是汇编语言的长处。
汇编语言的长处在于编写高效且需要对机器硬件精确控制的程序。
用汇编编程可以更加准确的进行调试，更加贴近自己单片机课程所学知识，但编程复杂度很高，里面涉及到十进制与ASCII码的相互转换，另外还有比较复杂的计算，因此在这不采用。
（2）C语言
C语言是一种计算机程序设计语言，它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。
它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。
因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。
C语言一共只有32个关键字，9种控制语句，程序书写形式自由，主要用小写字母表示。
它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。
C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作，而这三者是计算机最基本的工作单元。
运算符包含的范围很广泛，共有34种运算符。
C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。
从而使C语言的运算类型极其丰富，表达式类型多样化。
灵活使用各种运算符可以实现在其它高级语言中难以实现的运算。
结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。
这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。
在此选用C语言编程，一是因为学习时间比较长，熟练掌握，二是减少了编程及调试的时间，大大缩短了开发周期，明显增加软件可读性，便于改进和扩充，很大的减少编程复杂度。
2.4系统原理框图
此系统是以单片机为控制核心，处理各个外部传感器检测得到的电平信号，其中外部信号由两部分得到：
防撞检测模块、防盗报警。
最后把处理结果传递给各个操作部件动作，使得到相应效果。
如图2.1总体设计框图。
图2.1总体设计框图
3硬件设计
本系统硬件主要有六大模块组成：
单片机控制模块、超声波检测模块、报警模块、显示模块、红外传感检测模块和点火锁定与解锁模块
3.1单片机最小系统的设计
本模块采用51系列单片机作为核心处理器。
AT89C52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AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
其应用范围广，性能良好，可用于解决复杂的控制问题。
图3.1单片机管脚图。
（1）主要特性：
·
与MCS-51兼容
4K字节可编程闪烁存储器
寿命：
1000写/擦循环
数据保留时间：
10年
全静态工作：
0Hz-24Hz
三级程序存储器锁定
128×
8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位定时器/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模
片内振荡器和时钟电路
（2）管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
RST：
复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
/PSEN：
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：
当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；
当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：
反相振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：
来自反相振荡器的输出。
3.1.1时钟电路
单片机的时钟产生有两种方法：
内部时钟方式和外部时钟方式。
系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路。
AT89单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
这个放大器与作为反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。
外接晶体谐振器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。
对外接电容的值虽然没有严格的要求，但电容的大小会影响震荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度的稳定性。
因此，此系统电路的晶体振荡器的值为12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容，电容值通常取30PF。
在焊接刷电路板时，晶体振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定和可靠地工作。
图3.2单片机时钟电路。
图3.2单片机时钟电路
3.1.2复位电路
复位是由外部的复位电路来实现的。
片内复位电路是复位引脚RST通过一个触发器与复位电路相连，触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期中由复位电路采样一次。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
所谓上电复位，是指计算机加电瞬间，要在RST引脚出现大于10ms的正脉冲，使单片机进入复位状态。
按钮复位是指用户按下“复位”按钮，使单片机进入复位状态。
如图3.3是上电复位及按钮复位的一种实用电路。
图3.3复位电路
上电时，+5V电源立即对单片机芯片供电，同时经电阻R对电容C充电。
C上电压建立的规程就产生一定宽度的负脉冲，经反向后，RST上出现正脉冲使单片机实现了上电复位。
按钮按下时，RST上同样出现高电平，实现了按钮复位。
在应用系统中，有些外围芯片也需要复位。
如果这些芯片复位端的复位电平和单片机一致，则可以与单片机复位脚相连。
3.2超声波测距模块
本模块的任务是在倒车环境下通过超声波测距仪测出车后危险的障碍物距离车身后部的距离以提示驾驶员随时停车；
若无倒车时停止工作。
3.2.1超声波原理
人们能听到声音是由于物体振动产生的，它的频率在20Hz-20kHz。
超声波传感器范围内，超过20kHz称为超声波，低于20Hz的称为次声波。
常用的超声波频率为几十kHz-几十MHz。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：
横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。
在工业中应用主要采用纵向振荡。
超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。
另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。
在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十kHz，而在固体、液体中则频率可用得较高。
在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。
利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，医疗家电等各方面得到广泛应用。
超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波,在发射时刻的同时开始计时,超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来,超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
超声波在空气中的传播速度为
而根据计时器记录的测出发射和接收回波的时间差
就可以计算出发射点距障碍物的距离
，即：
（3.1）
这就是所谓的时间差测距法。
由于超声波也是一种声波,其声速
与温度有关。
在使用时,如果温度变化不大,则可认为声速是基本不变的。
常温下超声波的传播速度是334米/秒,但其传播速度
易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响,其中受温度的影响较大，如温度每升高1℃,声速增加约0.6米/秒。
如果测距精度要求很高,则应通过温度补偿的方法加以校正（本系统正是采用了温度补偿的方法）。
已知现场环境温度T时,超声波传播速度
的计算公式为：
（3.2）
超声波传感器主要材料有压电晶体（电致伸缩）及镍铁铝合金（磁致伸缩）两类。
电致伸缩的材料有锆钛酸铅（PZT）等。
压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器，它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波，同时它接收到超声波时，也能转变成电能，所以它可以分成发送器或接收器。
有的超声波传感器既作发送，也能作接收。
3.2.2超声波测距模块电路
该模块使用HC-SR04超声波检测模块，有一个发射探头和一个接收探头，如图3.4所示。
图3.4HC-SR04超声波模块
在超声波模块开始工作时，向其TRIG端口提供10us以上脉冲触发信号，该模块内部将发出8个40周期电平并检测回波，一旦检测到有回波信号则通过ECHO端口输出回响信号。
回响信号的脉冲宽度与所测距离成正比，高电平持续的时间就是超声波从发射到接收的时间。
3.2.3超声波测距模块的工作过程
测距模块开始工作，单片机向P3.3口发射脉冲信号，检测P3.2口是否有电平信号由低到高变化，若有，开始计时，计算距离。
单片机与模块的接线图3.5如图所示。
图3.5超声波模块接线图
3.3报警模块
本模块的任务是测距达到危险距离时进行声光报警提示，蜂鸣器发出有规律的声音，LED发光，以提示驾驶员提高警惕。
3.3.1声光报警模块工作原理
本模块使
升级会员 