电动车防盗系统设计.docx

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电动车防盗系统设计

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本科毕业设计（论文）

题目电动车防盗系统设计

院（系部）

专业名称电子信息工程

年级班级

学生姓名

指导教师

2009年06月2日

摘要

电动车具有环保，快捷，方便的优良特点。

随着电动车的普及，防盗问题越来越突出。

为了很好地解决防盗问题，应用新技术对防盗系统的设计非常必要。

本系统主要由单片机，振动传感器以及GSM短信模块组成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息形式，直接把电动车的遇险情况反映到车主的手机屏幕上，以便车主在第一时间发现险情，从而进行必要的防范。

它主要是采用振动传感器进行检测，把感应到的振动信号转换为电信号，单片机是该系统的主要部件，通过GSM模块发送信息。

该基于GSM模块的电动车防盗系统较之以往传统的防盗系统有很多优点。

首先，本防盗系统报警准确，误报率低，避免车主不必要的担心；其次，本防盗系统无噪音，避免了传统报警器报警声不断，吵人，扰民的情况；再次，本防盗系统借助的是最可靠、最成熟的GSM移动网络，由于GSM全球无线移动通讯网络信号覆盖面积广，真正实现了低价优质的超远距离方便、灵活的智能无线控制及报警，解决了固定电话或有线宽带网络有线报警的局限性。

关键词：

单片机;GSM模块;振动传感器;防盗。

Abstract

Thefinefeaturesofelectricbicycleareenvironmentallyfriendly,efficient,convenient.Withthepopularityofelectricbicycle,securityissuesbecomemoregrave.Inordertosolvesecurityissues,applicationofnewtechnologiesonthedesignofanti-theftsystemhasbecomeverynecessary.

Thissystemconsistsofsingle-chipmicrocomputer,pressuresensorsandGSMmodem.Itusesthemostreliable,mostmatureGSMmobilenetwork,inordertotellthestateofelectricbicycletotheownerintheformofshortmessageinChinese.Thiswillhelpownersfindthefirsttimedangerofelectricvehiclesinordertocarryoutpreventive.Itusessensorstodetectvibration,thevibrationsignalisconvertedtoelectricalsignal.Single-chipmicrocomputeristhemaincomponentsofthesystem.ThissystemdispatchesashortmessagebyGSMmodem.Theanti-theftsystemofelectricvehiclescomparedtothetraditionalanti-theftsystemhasmanyadvantages.Firstofall,theanti-theftalarmsystemisaccurate,falsealarmrateislow,toavoidunnecessaryworryoftheowner;Secondly,thisalarmsystemisnonoise,toavoidthetraditionalalarmsoundsunceasingly;onceagain,thesystemusesthemostreliable,mostmatureGSMmobilenetwork,asthesignaloftheGSMglobalwirelessmobilecommunicationnetworkisthebroadcoverage,trulycompletelow-cost,long-distancehigh-qualityultra-convenient,flexibleandintelligentwirelesscontrolandalarm,tosolvethelimitationsoffixed-linetelephoneandcableAlarmCablebroadbandnetwork.

Keyword:

single-chipmicrocomputer；GSMmodem；vibrationsensor；anti-theft.

第一章绪论5

1.1电动车防盗器的现状5

1.2本电动车防盗系统设计的意义6

1.3本电动车防盗系统设计的主要内容7

1.4本论文的组织结构7

第二章电动车防盗系统总体设计8

2.1系统的结构8

2.2硬件总体设计和分析9

2.2.1主控系统9

2.2.2无线通信部分10

2.2.3报警信息的检测电路10

2.2.4遥控器电路设计11

2.3软件总体设计与分析11

2.4本章小结11

第三章电动车防盗系统硬件详细设计与实现12

3.1系统的构成12

3.2AT89S52单片机模块设计12

3.2.1AT89S52单片机的功能特性13

3.2.2AT89S52单片机的主要性能13

3.2.3AT89S52单片机的P0、P1、P2、P3口功能13

3.2.4AT89S52的管脚排列如下图16

3.2.5ECU系统部分16

3.3无线GSM通信模块设计18

3.3.1TC35i总体描述18

3.3.2TC35i主要特点18

3.3.3TC35i的工作原理图19

3.3.4TC35i的硬件设计19

3.3.5短消息服务的通信接口建立21

3.3.6短消息的发送和接收22

3.3.7短消息检测与控制电路部分23

3.4振动传感器ZD2524

3.4.1振动传感器ZD25工作原理24

3.4.2振动传感器ZD25电路原理图25

3.4.3振动传感器ZD25的主要性能指标25

3.4.4振动传感器ZD25的主要工作参数26

3.5电动车防盗系统遥控器设计27

3.5.1调幅遥控器的主要优点27

3.5.2调幅遥控器的工作原理27

3.5.3发射、接收电路无解码电路图分别如下：

28

3.6本章小结28

第四章电动车防盗系统的软件设计29

4.1系统软件流程29

4.2GSM模块软件设计29

4.2.1西门子TC35i模块的AT指令29

4.2.2PDU格式简介31

4.2.3汉字编码32

4.3本章小结32

第五章电动车防盗系统总结与展望33

5.1系统总结33

5.2系统展望33

参考文献34

附录135

附录236

致谢41

第一章绪论

1.1电动车防盗器的现状

当今社会，电动车由于其环保，快捷，方便的优良特点，已经逐渐深受消费者的喜爱，在国内大街小巷到处可见各式各样的电动车。

随着电动车的使用用户的增多，电动车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。

丢车事件层出不穷，给车主们造成了经济上和精神上的双重损失，因此电动车的防盗问题异常严峻。

随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车手段，人们研制出各种方式、不同结构的防盗器，目前防盗器按其结构可分为两大类：

机械式防盗器和电子式防盗器。

（1）机械式防盗器。

早期的电动车防盗器材主要是机械式的防盗锁。

机械锁发展至今经过了数次技术升级，钩锁、转向盘锁和电机锁，它主要是通过锁定车把，轮胎和电机来达到防盗的目的，只防盗不报警。

其优点是价格便宜，只需几十元，且安装简便，可以在一定程度上吓阻盗车贼，或增加盗贼被发现的可能性。

缺点是防盗不彻底，破解的手段众多，由于核心是一把锁，这就当不住溜门撬锁之徒，更挡不住如液压剪之类的粗暴手段。

（2）电子式防盗器。

为了克服机械锁只防盗不报警的缺点，电子报警防盗器应运而生。

电子式防盗器是目前应用最广泛的防盗器，分为单向和双向的两种。

这两种防盗器都是车主通过遥控器来控制车辆，双向防盗器可以把车辆的真实状况反馈给车主。

单向防盗器主要是用遥控器向主机发出指令，控制设定和解除防盗。

单向防盗器在主机报警时，遥控器没有报警信号接收功能，不能同步报警。

双向防盗器具有单向防盗器的所有功能外，还可接收车辆报警信息，形成信息互通功能，用遥控器随时查寻当前车辆状态。

当车辆在防盗状态时，受到碰撞、非法移动、启动。

防盗器主机会立刻报警，同时遥控器液晶显示屏上，会有相应的同步符号显示，车主即可根据报警显示内容及时了解车辆状态。

双向报警器相比单向防盗器的主要优势有：

第一，在嘈杂环境中双向防盗器能够知道车的状态；第二，在看不到车的情况下，双向能够监测到车的状态；第三，在众多情况下，双向能够监测到车的状态。

电子防盗器品牌分类有：

①经典型盗传盗电动车双向防盗报警器

②智能型盗传盗电动车双向防盗报警器

③实用型盗传盗电动车双向防盗报警器

　　④经典型双遥控盗传盗电动车双向防盗报警器

　　⑤智能型双遥控盗传盗电动车双向防盗报警器

　　⑥实用型双遥控盗传盗电动车双向防盗报警器

但是电子防盗器也暴露了一些安全隐患，电子防盗器带来的麻烦是误报率较高，特别是大车经过、鞭炮响起、雷雨交加时，刺耳的报警声会影响居民的休息，引起民愤。

将车停在地下停车场或距离停车距离较远时，还接收不到反馈信号。

目前的情况是盗贼根本没有将此类防盗手段放在眼里，几个人配合（断线、对火、解码）轻松搞定，时间少于3分钟。

1.2本电动车防盗系统设计的意义

针对以上几种防盗设备的缺点，本人设计了基于GSM短信模块的电动车防盗系统。

此系统可以解决传统的防盗器的种种隐患，让电动车的防盗能力更加成熟稳定，让车主更加放心。

这个防盗系统运用电动车防盗报警技术和移动通信技术集成，借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，在车上的系统主机感知到发生被盗时，立即通过GSM移动通信网络及时、准确、有针对性地以最直观的中文短消息形式向车主的手机发送报警短信，直接把电动车的遇险情况反映到车主的手机屏幕上，以便车主在第一时间发觉爱车遇险，从而进行防范。

1.3本电动车防盗系统设计的主要内容

本设计利用在大学期间学过的单片机控制技术，传感器技术，以及GSM无线通信模块的知识，把防盗技术应用到电动车上。

该防盗系统采用AT89S51为中央处理单元，作为控制系统的核心；通过振动传感器ZD25检测电动车的异常振动信号把感应到的振动信号转换为电信号，传递给单片机；利用西门子TC35iGSM无线通信模块向预设的车主手机发送报警短信

1.4本论文的组织结构

第一章阐述课题的背景，课题的研究意义，并介绍了本课题的主要工作内容。

第二章介绍系统总体设计方案。

根据系统需求设计了系统的总体结构模型，分析了其工作机理，最后详细分述了系统硬件设计方案和软件设计方案。

第三章详细介绍系统硬件的具体实现。

将硬件按功能模块的设计分类描述，每个部分包括主要芯片的功能介绍和使用规则，主要管脚的说明、线路的连接和对应的原理图。

第四章详细介绍系统软件的具体设计。

论述了电动车防盗系统软件设计的要点，详细定义了程序中所用到的AT指令集。

并给出了相应的软件流程图和相应的程序代码。

第五章总结了系统的工作，以及对整个系统的展望。

第二章电动车防盗系统总体设计

2.1系统的结构

该防盗报警系统是依托GSM网，利用GSM无线通信业务及短消息服务业务，对电动车进行远程监控。

主控装置采用单片机的控制，功能由软件编程实现：

GSM手机控制方式有两种方式，一种是模拟键盘控制方式，采用双DTMF双音信号编解码实现数据信号发送接收。

一种是采用GSM手机串行数据接口，利用GSM网络消息服务业务，实现数据信号发送接收。

采用GSM手机串行数据接口方式，控制方便简单，是首选方案。

本系统选定西门子TC35i手机模块，并提供了数据接口协议。

系统实现原理方框图如图2—1所示。

-本文是用AT89S52实现的基于GSM短信模块的电动车防盗报警系统，

图2—1系统组成框图

防盗报警系统的主要工作原理：

当报警器处于设防状态时，若警情检测电路检测到警情信号时，输入AT89S52单片机，通过判断处理后,AT89S52通过无线调制解调器接入数字移动通信系统（GSM），拨打预存电话号码。

当报警器处于撤防状态时，不响应此报警信息。

2.2硬件总体设计和分析

总体设计方案是根据系统功能的要求和系统构成的需要来设计防盗系统，其总体设计方案如图2—1所示。

根据实际系统的需要和产品的性价比，选用Atmel公司生产的8位单片机AT89S52，作为系统的控制器，配有无线调制解调GSM模块、警情检测电路和遥控电路。

2.2.1主控系统

主控系统是整个防盗系统的核心，本系统选用Atmel公司生产的AT89S52微处理芯片作为控制器。

控制系统主要完成以下工作。

（1）处理传感器采集到的报警信息，对报警信号进行综合判断，确定警情，从而做出正确的判断。

（2）与GSM模块建立通讯，完成对GSM模块的初始化以及报警系统的设置。

（3）完成单片机系统，GSM模块之间的数据协议转换，包括将报警信息转换成符合SMS协议的数据格式并传递给GSM模块进行发送，以及将GSM模块收到的短信控制命令转换成相应的控制信号。

主控系统的单片机选用Atmel公司生产的AT89S52微处理芯片，该芯片与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：

0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

2.2.2无线通信部分

利用通讯模块进行数据通信，就是将数据体作为短消息的内容，从发送方的通讯模块发送出去，通过短消息中心进行转发，接收方通讯模块收到此短消息后即存储在SIM卡上，模块外接的控制器（单片机）从模块中读取短消息后，根据需要将无用的信息去除，取出有效信息，然后将SIM卡中的短消息删除，这样就完成一次单向数据的传输。

利用通信模块的短消息方式实现数据的发送和接收具有通信成本低、系统容量大、抗干扰能力强等优点，而且短消息经过服务中心再到达目的地的特点使通信模块无需24小时开机，降低了系统功耗。

目前国内已经开始使用的GSM模块有CENTELPIML的2D系列、西门子的TC35系列、Wavecom的WMOZ系列、爱立信的DMIOIDM20系列、中兴的ZXGM18系列等，这些模块的功能、用法差别不大。

其中西门子的TC35系列模块性价比很高，并且已经有国内的无线电设备入网证。

所以本系统的设计选用的是西门子TC35系列的TC35i。

这是西门子推出的较新的无线模块，功能上与TC35兼容、设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。

TC35i与GSM2、2+兼容、双频（GSM900/GSMI800）,RS-232数据口、符合ETSI标准。

GSM07.07和GSM07.05，且易于升级为GPRS模块。

TC35i模块同时还支持RTSO/CTSO的硬件握手和XONIXOFF的软件流控制。

该模块集射频电路和基带于一体，向用户提供标准饿AT指令接口，为数据、语音、短信息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。

2.2.3报警信息的检测电路

报警信息通过振动传感器ZD25检测振动传感器可以直接安装在系统板上，当车子被移动碰撞时，传感器马上向主控系统发出相应的报警信号。

2.2.4遥控器电路设计

本系统的遥控模块主要完成报警状态的切块功能，即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。

本文采用调幅遥控器实现对系统的遥控功能。

2.3软件总体设计与分析

系统软件包括三个方面内容，系统初始化，单片机对输入输出信号处理，通过单片机控制GSM模块向手机发送短信。

2.4本章小结

本章分析了总体设计方案及系统的架构，着重分析了硬件和软件设计的总体思路，对后续章节课题的设计与实现进行了展望并打下铺垫。

第三章电动车防盗系统硬件详细设计与实现

在前面的两章中，本文论述了课题的背景、系统设计意义、总体设计方案及系统的构架，着重分析了硬件和软件设计的总体思路。

下面本文将提出系统硬件具体的整体设计方案，并对与之相关的各种外围具体电路图进行详细分析和设计，给出硬件设计方案和电路原理图。

3.1系统的构成

本文设计的防盗系统是一种能与手机实现互相通信的装置。

装置由单片机及其外围电路构成，它的输入口与被检测的对象相连接、只要被检测对象的平衡点被破坏，其输出口立刻发出信号，信号通过本装置中的通信平台，经GSM网络传递给手机。

本系统是应用GSM网络作载体，传递手机与装置的互动信息。

只要GSM网络能覆盖到的地方都能实现通信、即使在千里之外也是如此。

系统由AT89S52单片机最小系统部分，TC35GSM无线通信模块，ZD25振动传感器，调幅遥控器四个部分构成。

整个系统原理图见附录1

3.2AT89S52单片机模块设计

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。

片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，其接口简单，方便使用，且功能强大，因此本系统采用AT89S52单片机作为主控制芯片。

[6]

3.2.1AT89S52单片机的功能特性

AT89S52具有以下标准功能：

8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

3.2.2AT89S52单片机的主要性能

与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：

0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。

3.2.3AT89S52单片机的P0、P1、P2、P3口功能

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。

在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。

程序校验时，需要外部上拉电阻。

P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节

表3—1P1的第二功能

引脚号

第二功能

P1.0

T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

P1.1

T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

P1.5

MOSI（在系统编程用）

P1.6

MISO（在系统编程用）

P1.7

SCK（在系统编程用）

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

表3—2P3口的第二功能

引脚号

第二功能

P3.0

RXD（串行输入）

P3.1

TXD（串行输出）

P3.2

INT0（外部中断0）

P3.3

INT0（外部中断0）

P3.4

T0（定时器0外部输入）

P3.5

T1（定时器1外部输入）

P3.6

WR（外部数据存储器写选通）

P3.7

RD（外部数据存储器写选通）

3.2.4AT89S52的管脚排列如下图

图3—1AT89S52管脚排列

3.2.5ECU系统部分

鉴于AT89S52的各种优良特点，本设计采用AT89S52单片机最小系统构成电子控制单元（EDU），系统电路图如图2—2所示

3—2单片机最小系统图

3.3无线GSM通信模块设计

目前市场上可供选择的GSM模块较多，经过对模块的综合性能比较，本系统选用了西门子公司生产的TC35i无线通信模块。

该模块由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（专用集成电路）、闪存、ZIF连接器、天线接口等6部分组成，可以快速安全可靠地实现数据、语音传输、短消息服务和传真，作为中介，它将报警信息送入GSM网络。

3.3.1TC35i总体描述

TC3