程彬-基于單片機的汽車多功能器設計.doc

精品文檔河南科技學院2009屆本科畢業(yè)論文（設計）論文題目：基于單片機的汽車多功能報警器設計學生姓名： 程彬所在院系： 機電學院所學專業(yè)： 應用電子技術教育導師姓名： 劉法治完成時間：2009 年 5 月 20 日31歡迎下載31歡迎下載31歡迎下載31歡迎下載31歡迎下載31歡迎下載。摘 要本文介紹了基于單片機的汽車多功能報警器的設計。系統(tǒng)利用各種傳感器對警情和汽車各部分設備進行檢測，通過遙控實現(xiàn)汽車防盜報警設防和撤防。當報警器處于設防狀態(tài)時，若警情采集電路采集到警情信號時，AT89S51立即接通報警驅(qū)動電路實現(xiàn)聲光報警，同時AT89S51 通過無線信號發(fā)射電路發(fā)給車主報警信號，并切斷點火系統(tǒng)的電源。車輛行駛中，對汽車各部分各系統(tǒng)工作狀況進行自動檢測，當汽車設備出現(xiàn)不正常時，單片機根據(jù)傳感器檢測到各種警情信號分別進行報警，提醒車主進行處理，避免事故發(fā)生。關鍵詞：AT89S51，傳感器，遙控模塊，報警Based on Single-chip Microcomputermulti-function car alarmAbstractThis article introduced based on Single-chip Microcomputer multi-function car alarm. System uses various sensors to test the theft situation and working circumstance of Automotive various parts equipment, automobile anti-thief alarms opening and with closure through remote control. When automobiles anti-thief alarm is opening, if the automobile alarm had discovered some people steal the automobile, the Single-chip Microcomputer circuit control sound alarm circuit sends forth the warning at once, simultaneously Single-chip Microcomputer controls the wireless signal circuit to sends forth the alarm, simultaneously shuts off ignition systems power source. When the vehicle driving. Make use of sensor versus the auto plant working condition proceed automatic measurement, when the auto plant has abnormally work, the Single-chip Microcomputer has proceed respectively alarm according to the signal of the sensor, reminds the driver to carry on the processing, avoids happen the accident.Keywords：AT89S51, Sensor, Remote control, Alarm目 錄1 引言12 汽車多功能防盜報警器總體方案設計12.1 汽車多功能報警器的設計思想12.2 汽車多功能報警器的設計方案12.3 汽車多功能防盜報警器的總體框圖23 系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn)23.1 中央處理單元設計23.1.1 89S51單片機的引腳功能介紹33.1.2 89S51單片機的中斷系統(tǒng)53.1.3 定時器/計數(shù)器73.1.4 89S51單片機的外圍電路的設計73.2 電源電路設計83.3 遙控模塊設計93.3.1 PT2262/PT2272介紹93.3.2 遙控控制電路設計123.4 汽車防盜報警設計133.5 汽車輪胎欠壓檢測設計153.5.1 汽車輪胎欠壓報警器的設計難點及其解決辦法153.5.2 壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理153.5.3 霍爾效應開關163.6 冷卻系統(tǒng)溫度檢測設計173.7 報警驅(qū)動電路、切斷點火系統(tǒng)電源設計193.8 無線報警設計204 汽車多功能報警器軟件系統(tǒng)225 結(jié)束語23致謝24參考文獻25附錄1 電路總圖26附錄2 程序清單271 引言汽車是目前人類主要的交通工具，也是現(xiàn)代文明的標志。全世界每年汽車銷售量達6000多萬輛，保有量已超過4億輛。在用的車輛越多，但隨之而來的交通事故和被盜的汽車也越來越多，造成了人員傷亡及經(jīng)濟財產(chǎn)的損失。人們對機動車輛的使用性能和防盜性能提出了更高的要求。汽車安全成為一個重要的社會問題。為了減少汽車事故的發(fā)生率，給擁有汽車的用戶提供安全感,研制一種簡單可靠、操作方便,能自動檢測汽車各部分狀況，發(fā)現(xiàn)不正常情況能給駕駛員發(fā)出報警提醒和防盜警報的安全系統(tǒng)，具有實際的設計意義。2 汽車多功能防盜報警器總體方案設計2.1 汽車多功能報警器的設計思想目前，市場上的GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)是目前國內(nèi)外最先進的防盜裝置，GPS系統(tǒng)具有車輛定位、反劫報警、網(wǎng)絡防盜、遙控熄火、車內(nèi)監(jiān)聽、拋錨救援、路況信息、人工導航、車輛查詢等多種功能。GPS衛(wèi)星定位汽車防盜系統(tǒng)屬于網(wǎng)絡式防盜器，它主要靠鎖定點火或起動達到防盜目的，而同時還可通過GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，將報警信息和報警車輛所在位置無聲地傳送到報警中心。專家提醒，這種防盜技術名字叫起來很響亮，雖然有防盜的作用，但使用起來不是很實用，而且價格也昂貴，實際功用不大。衛(wèi)星追蹤防盜系統(tǒng)，主要是汽車裝備回報系統(tǒng)，經(jīng)由衛(wèi)星屏幕，顯示車輛位置，因此根據(jù)失竊車中有安裝衛(wèi)星追蹤系統(tǒng)者，無不是發(fā)報系統(tǒng)被破壞，即是電源被切斷，使衛(wèi)星無法追蹤到汽車的具體位置，即失去防盜效用，而且價格昂貴，光安裝一套不帶顯示屏的GPS就需要花費6000-7000元，而每年還需向GPS系統(tǒng)服務公司交納近千元的服務費，高昂的購買費和使用費讓許多車主望而卻步，經(jīng)濟效益差1。利用單片機的低成本、高精度、微型化性能及特點設計以其為核心的一種汽車多功能報警器，利用單片機的實時控制和數(shù)據(jù)處理功能，完成系統(tǒng)對汽車防盜報警、輪胎欠壓的檢測報警和冷卻系統(tǒng)溫度檢測報警。該多功能報警器有著經(jīng)濟實用的優(yōu)點且符合普通大眾的消費水平，能夠被大多汽車消費者所接受，漸漸成為普通大眾汽車用戶的優(yōu)先考慮安裝的報警系統(tǒng)。2.2 汽車多功能報警器的設計方案該多功能汽車防盜報警器，采用AT89S51單片機和各種傳感器的組合，構(gòu)成汽車多功能報警系統(tǒng)。其系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：遙控電路、傳感器信號檢測電路，單片機處理電路，聲光報警和無線報警電路。本設計的汽車多功能防盜報警器工作原理：車輛停放，當報警器處于設防狀態(tài)時，若警情采集電路采集到警情信號時，AT89S51立即接通報警驅(qū)動電路實現(xiàn)聲光報警，同時AT89S51通過無線信號發(fā)射電路發(fā)給車主報警信號，并同時切斷點火系統(tǒng)的電源；車輛行駛中，對汽車各部分各系統(tǒng)工作狀況進行自動檢測，汽車報警器用各種傳感器進行數(shù)據(jù)采集，傳感器采集信息數(shù)據(jù)被送到AT89S51單片機，用AT89S51單片機作為主機對進行檢測處理，AT89S51單片機控制電路根據(jù)傳感器檢測到信息做出判斷，當某一系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，其傳感器檢測的相應信號，經(jīng)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入單片機，單片機進行比較判斷輸出信號，驅(qū)動報警電路，實現(xiàn)聲光報警，以提醒司機及時處理，避免事故發(fā)生。汽車報警器用來遙控器實現(xiàn)設防與撤防的切換。2.3 汽車多功能防盜報警器的總體框圖汽車多功能防盜報警器由電源電路、傳感器檢測電路、遙控電路、聲光報警器電路、點火系統(tǒng)電源切斷電路、無線報警電路和單片機組成。圖1為汽車多功能防盜報警器方框圖。89S51單片機遙控模塊震動傳感器聲音報警驅(qū)動電路電源點火系統(tǒng)電源切斷電路紅外傳感器溫度傳感器壓力傳感器霍爾開關無線信號發(fā)射電路燈光報警驅(qū)動電路圖1 汽車多功能防盜報警器方框圖3 系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn)系統(tǒng)的硬件設計包括中央處理單元、電源電路、遙控電路、防盜檢測電路、輪胎欠壓檢測電路、冷卻系統(tǒng)溫度檢測、無線信號發(fā)送電路、聲光報警和點火系統(tǒng)電源切斷電路組成。系統(tǒng)的總體電路見附錄1。3.1 中央處理單元設計AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。本次設計是用89S51單片機為核心實現(xiàn)報警控制，所以我們要先對89S51的各個引腳及其功能有一個全面的認識。3.1.1 89S51單片機的引腳功能介紹如圖2所示為89S51單片機 40引腳雙列直插形式，各引腳功能如下：圖2 89S51引腳圖1 電源和晶振：Vcc運行和程序校驗時加+5V。Vss接地。XTAL1輸入到振蕩器的反相放大器。XTAL2反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器。當用外部振蕩器時，XTAL2不用，XTAL1接收振蕩器信號。2 控制線，共4根。（1）輸入：RST復位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工作時，在RST上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復位。EA/Vpp片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。在編程時，其上施加21V的編程電壓。（2）輸入，輸出：ALE/PROG地址鎖存允許信號，輸出。用做片外存儲器訪問時，低字節(jié)地址鎖存。ALE以1/6的振蕩頻率穩(wěn)定速率輸出，可用做對外輸出的時鐘或用于定時。在EPROM編程期間，作輸入。輸入編程脈沖。ALE可以驅(qū)動8個LSTTL負載。（3）輸出：PSEN片外程序存儲器選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取指期間，在每個機器周期中，當PSEN有效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口（數(shù)據(jù)總線）。PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負載。3 I/O口：4個口，32根單片機51系列共有四個8位雙向并行I/O通道口，分別是P0、P1、P2、P3，各具有特殊的電路結(jié)構(gòu)，每位均有自己的鎖存器、輸出驅(qū)動器和輸入緩沖器。這種結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)輸出時可鎖存，即輸出新的數(shù)據(jù)之前，通道口上原數(shù)據(jù)一直保持不變，但對輸入信息是不鎖存的，因此從外部輸入的信息必須保持到取數(shù)指令執(zhí)行完為止。在這四個8位雙向并行I/O通道口中，我們應該選擇哪一個通道口作為輸入信號和輸出信號的端口呢？下面我們先來了解一下四個通道口的結(jié)構(gòu)。（1）P0口介紹 P0口在訪問外部存儲器時，P0口既是一個真正的雙向數(shù)據(jù)總線口，又是從分時輸出8位地址口。它包括一個輸出鎖存器，兩個三態(tài)緩沖器，一個輸出驅(qū)動電路和一個輸出控制電路(2）P1口介紹 P1口是專門為用戶使用的I/O口，是準雙向口，P1口為8位準雙向口，每一位均可單獨定義為輸入或輸出口。在編程校驗期間，用做輸入低位字節(jié)地址。P1口可以驅(qū)動4個LSTTL負載。(3）P2口介紹 P2口也是雙向口。它是供系統(tǒng)擴展時輸出高8位地址。如果沒有系統(tǒng)擴展時，也可以作為用戶的I/O口使用。P2口作為外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器的地址總線的高8位輸出口AB8-AB15，P0口由ALE選通作為地址總線的低8位輸出口AB0-AB7。外部的程序存儲器由PSEN信號選通，數(shù)據(jù)存儲器則由WR和RD讀寫信號選通，因為216=64k，所以89S51最大可外接64kB的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器(4）P3口介紹P3口是個雙功能口，第一功能作通用I/O口，第二功能是作變異功能用，為適應引腳的第二功能的需要，增加了第二功能控制邏輯，在真正的應用電路中，第二功能顯得更為重要。由于第二功能信號有輸入輸出兩種情況，我們分別加以說明。P3口的輸入輸出及P3口鎖存器、中斷、定時/計數(shù)器、串行口和特殊功能寄存器有關，P3口的第一功能和P1口一樣可作為輸入輸出端口，同樣具有字節(jié)操作和位操作兩種方式，在位操作模式下，每一位均可定義為輸入或輸出。表1 P3口的第二功能端口引腳功能特征P3.0串行輸入口（RXD）P3.1串行輸出口(TXD)P3.2外中斷0(INT0)P3.3外中斷1(INT1)P3.4定時/計數(shù)器0的外部輸入口(T0)P3.5定時/計數(shù)器1的外部輸入口(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通(WR)P3.7外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(RD)現(xiàn)在我們已經(jīng)對四個8位雙向并行I/O口有了初步的了解。根據(jù)以上的介紹我們知道只有P1口是標準的I/O口，所以我們選用P0口作為數(shù)據(jù)端口，P0口可逐位分別定義各口線為輸入或輸出線。3.1.2 89S51單片機的中斷系統(tǒng)本次畢業(yè)設計的汽車多功能報警器是利用外部中斷觸發(fā)單片機中斷處理程序，以實現(xiàn)防盜報警的功能。所以，以下內(nèi)容是對89S51單片機的中斷系統(tǒng)的介紹。1 中斷：程序執(zhí)行過程中，允許外部或內(nèi)部事件通過硬件打斷程序的執(zhí)行，使其轉(zhuǎn)向為處理內(nèi)部事件的中斷服務程序中去；完成中斷服務的程序后，CPU繼續(xù)原來被打斷的程序，這樣的過程稱為中斷過程。2 中斷源：能產(chǎn)生中斷的外部和內(nèi)部事件。89S51有5個中斷源：(1) INT0：外部中斷0請求，低電平有效。通過P3.2引腳輸入。(2) INT1：外部中斷1請求，低電平有效。通過P3.3引腳輸入。(3) T0：定時器/計數(shù)器0溢出中斷請求。(4) TI：定時器/計數(shù)器1溢出中斷請求。(5) TXD/RXD：串行口中斷請求。當串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收時，便請求中斷。每一個中斷源都對應一個中斷請求標志位，它們設置在特殊功能寄存器TCON和SCON中。當這些中斷源請求中斷時，相應的標志分別有TCON和SCON中的相應位來鎖存。3 89S51中斷系統(tǒng)有以下4個特殊功能寄存器：（1）定時器控制寄存器TCON（用6位）；（2）串行口控制寄存器SCON（用2位）；（3）中斷允許寄存器IE；（4）中斷優(yōu)先級寄存器IP。其中，TCON和SCON只有一部分用于中斷控制。通過對以上各特殊功能寄存器的各位進行置位或復位等操作，可實現(xiàn)各種中斷控制功能。4中斷的響應過程及中斷矢量地址 中斷處理過程可分為3個階段：中斷響應、中斷處理和中斷返回。89C51的CPU在每個機器周期的S5P2期間順序采樣每個中斷源，CPU在下一個機器周期S6期間按優(yōu)先級順序查詢中斷標志。如查詢到某個中斷標志為1，則將在接下來的機器周期S1期間按優(yōu)先級進行中斷處理。中斷系統(tǒng)通過硬件自動將相應的中斷矢量地址裝入PC，以便進入相應的中斷服務程序。表2既是各個中斷源對應的中斷矢量地址。由于89S51系列單片機的兩個相鄰的中斷源中斷服務程序入口地址相距只有八個單元，一般的中斷服務程序是容納不下的，通常是在相應的中斷服務程序入口地址中放一條常跳轉(zhuǎn)指令LJMP，這樣就可以轉(zhuǎn)到64KB任何可用區(qū)域了。表2 中斷源及其對應的矢量地址中斷源中斷矢量地址外部中斷0（）0003H定時器/計數(shù)器0（T0）000BH外部中斷1（）0013H定時器/計數(shù)器1（T1）001BH串行口中斷（RI、TI）0023H中斷服務程序從矢量地址開始執(zhí)行，一直到返回指令RETI為止。RETI指令的操作一方面告訴中斷系統(tǒng)該中斷服務程序已執(zhí)行完畢，另一方面把原來壓入堆棧保護斷點地址從棧頂彈出，裝入程序寄存器PC，使程序返回到被中斷的程序斷點處繼續(xù)執(zhí)行。5 在編寫中斷服務程序時應注意：（1）在中斷矢量地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令（如LJMP H），使中斷程序可靈活的安排在64KB程序存儲器的任何空間。（2）在中斷服務程序中，用戶應注意用軟件保護現(xiàn)場，以免中斷返回后丟失原寄存器、累加器中的信息。（3）若要在執(zhí)行當前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，則可先用軟件關閉CPU中斷或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前在開放中斷。3.1.3 定時器/計數(shù)器定時器/計數(shù)器是單片機中重要部件，其工作方式靈活、編程簡單。89C51單片機片內(nèi)有兩個16位定時器/計數(shù)器，即定時器0（T0）定時器1（T1）。它們都有定時和事件記數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等場合。兩個16位定時器實際上都是16位加1計數(shù)器。其中，T0由兩個8位特殊功能寄存器TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。每個定時器都可由軟件設置為定時工作方式或計數(shù)工作方式及其他靈活多樣的可控功能方式。這些功能都由特殊功能寄存器TMOD和TCON所控制。設置為定時工作方式時，定時器計數(shù)89S51片內(nèi)振蕩器輸出的經(jīng)12分頻后的脈沖，即每個機器周期使定時器（T0或T1）的數(shù)值加1直至計滿溢出。當89S51采用12MHZ晶振時，一個機器周期為1us，計數(shù)頻率為1MHZ。設置為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0（P3.4）和T1（P3.5）對外部脈沖信號計數(shù)。當輸入脈沖信號產(chǎn)生由1至0的下降沿時，定時器的值加1。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0和T1引腳的輸入電平，若前一個機器周期采樣值為1，下一個機器周期采樣值為0，則計數(shù)器加1。此后的機器周期S3P1期間，新的數(shù)值裝入計數(shù)器。所以，檢測一個1至0的跳變需要兩個機器周期，故最高計數(shù)頻率為振蕩頻率底1/24。不管是定時還是計數(shù)工作方式，定時器T0或T1在對內(nèi)部時鐘或?qū)ν獠渴录嫈?shù)時，不占用CPU時間，除非定時器/計數(shù)器溢出，才可能中斷CPU的當前操作。由此可見，定時器是單片機中效率高而且工作靈活的部件。3.1.4 89S51單片機的外圍電路的設計本畢業(yè)設計的89S51單片機控制電路的外接電路包括單片機的晶振電路、復位電路。89S51單片機內(nèi)含有一個高增益的反相放大器，通過 XTAL1、XTAL2 外接作為反饋元件的晶體后，構(gòu)成自激振蕩器，所以89S51單片機正常工作時需要外接晶振和微調(diào)電容，本設計的單片機的晶振電路的外圍電路由一個12MHZ的晶振和兩個33PF的電容組成。本設計的復位電路采用最簡單的上電復位電路，上電復位電路的工作原理為：上電瞬間，RC電路充電，RST引腳端出現(xiàn)正脈沖，只要RST端保持10MS以上高電平，就能使單片機有效地復位2。圖3 89S51單片機的外接電路本系統(tǒng)還采用硬件看門狗電路，以解決因程序跑飛而使系統(tǒng)不能正常工作的問題，提高系統(tǒng)的可靠性。為此，使用MAX813L來設計單片機監(jiān)控電路，以保證系統(tǒng)可靠運行。其基本原理：MAX813L有一個看門狗輸入和復位輸出端，單片機必須每隔 1.6S之內(nèi)向輸入端（WDI）送入一信號（稱為喂狗信號）；若超過要求時間，MAX813L收不到喂狗信號，其復位輸出端（RESET）將產(chǎn)生一復位信號。當程序跑飛時，程序已無法正常運行即不可能在要求的時間內(nèi)向 MAX813L發(fā)送喂狗信號，從而看門狗產(chǎn)生復位信號使單片機復位，重新返回程序正常運行。它與單片機的連接電路如圖3 所示。3.2 電源電路設計汽車報警器的電源采用汽車蓄電池供電，汽車蓄電池提供12V的直流電壓，12V蓄電池電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓后產(chǎn)生5V電壓，作為汽車報警器器的主電源。電容C2作為高頻旁路電容，將高頻信號旁路到地。同樣電容C3為濾波電容，C4為高頻旁路電容。R1為限流電阻，LED1為5V電源指示燈。電源電路原理圖如圖4所示。圖4 電源電路（1）單片機AT89S51正常工作所需的+5V電壓。該電源電路的輸出電流應該不低于100mA，試驗證明，當電流低于100mA時，外圍電路不能正常工作，甚至導致單片機中程序的誤動作。（2）報警驅(qū)動電路正常工作時所需要的+12V工作電壓。該電壓一方面作為PWM輸出電路的工作電壓，單片機輸出的矩形波進行足夠的放大。另一方面為報報警驅(qū)動電路提供正常工作電壓。3.3 遙控模塊設計本系統(tǒng)的遙控模塊主要完成報警狀態(tài)的切換功能。報警狀態(tài)的切換功能是當用戶在車上時可以將報警器設為撤防狀態(tài)，以免誤操作；當用戶離開車時將報警器設為設防狀態(tài)，實現(xiàn)無人時的報警。本文采用PT2262 /PT2272紅外編碼/解碼芯片組實現(xiàn)對系統(tǒng)的遙控功能3。3.3.1 PT2262/PT2272介紹PT2262/PT2272 是臺灣普城公司生產(chǎn)的一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價位通用編解碼電路，PT2262/PT2272 最多可有 12 位(A0-A11)三態(tài)地址端管腳(懸空,接高電平,接低電平),任意組合可提供531441地址碼,PT2262 最多可有 6 位(D0-D5)數(shù)據(jù)端管腳,設定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從17腳串行輸出，可用于無線遙控發(fā)射電路。編碼芯片PT2262發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片PT2272接收到信號后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后，VT 腳才輸出高電平，與此同時相應的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時，PT2262 不接通電源，其17 腳為低電平，所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262得電工作，其第 17 腳輸出經(jīng)調(diào)制的串行數(shù)據(jù)信號，當17 腳為高電平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號，當17腳為低平期間315MHz的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于 PT2262的17腳輸出的數(shù)字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ASK調(diào)制）相當于調(diào)制度為100的調(diào)幅。PT2262/PT2272特點：CMOS工藝制造，低功耗；外部元器件少；RC 振蕩電阻 ；工作電壓范圍寬：2.6-15v ；數(shù)據(jù)最多可達6位；地址碼最多可達531441種。（1）編碼芯片PT2262PT2262的外形圖和引腳如圖5所示。圖5 PT2262外形圖和引腳表3 PT2262 管腳說明名稱管腳說 明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空)；D0-D57-8、10-13數(shù)據(jù)輸入端，有一個為“1”即有編碼發(fā)出，內(nèi)部下拉Vcc18電源正端（）Vss9電源負端（）TE14編碼啟動端，用于多數(shù)據(jù)的編碼發(fā)射，低電平有效；OSC116振蕩電阻輸入端，與 OSC2 所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；Dout17編碼輸出端（正常時為低電平）在具體的應用中，外接振蕩電阻可根據(jù)需要進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)，阻值越大振蕩頻率越慢，編碼的寬度越大，發(fā)碼一幀的時間越長。（2）解碼芯片PT2272PT2272的外形圖和引腳如圖6所示。圖6 PT2272外形圖和引腳表4 PT2272 管腳說明名稱管腳說 明A0-A111-8、10-13地址管腳,用于進行地址編碼,可置為“0”,“1”,“f”(懸空),必須與 2262 一致,否則不解碼D0-D57-8、10-13地址或數(shù)據(jù)管腳,當做為數(shù)據(jù)管腳時,只有在地址碼與 2262 一致,數(shù)據(jù)管腳才能輸出與2262數(shù)據(jù)端對應的高電平,否則輸出為低電平,鎖存型只有在接收到下一數(shù)據(jù)才能轉(zhuǎn)換Vcc18電源正端（）Vss9電源負端（）DIN14數(shù)據(jù)信號輸入端，來自接收模塊輸出端OSC116振蕩電阻輸入端，與 OSC2 所接電阻決定振蕩頻率；OSC215振蕩電阻振蕩器輸出端；VT17解碼有效確認,輸出端（常低）解碼有效變成高電平（瞬態(tài)）PT2272 解碼芯片有不同的后綴，表示不同的功能，有 L4/M4/L6/M6 之分，其中 L 表示鎖存輸出，數(shù)據(jù)只要成功接收就能一直保持對應的電平狀態(tài)，直到下次遙控數(shù)據(jù)發(fā)生變化時改變。M 表示非鎖存輸出，數(shù)據(jù)腳輸出的電平是瞬時的而且和發(fā)射端是否發(fā)射相對應，可以用于類似點動的控制。后綴的 6 和4 表示有幾路并行的控制通道，當采用 4 路并行數(shù)據(jù)時（PT2272-M4)，對應的地址編碼應該是 8 位，如果采用 6 路的并行數(shù)據(jù)時(PT2272-M6)，對應的地址編碼應該是 6 位。在通常使用中，我們一般采用 8 位地址碼和 4 位數(shù)據(jù)碼，這時編碼電路 PT2262 和解碼PT2272 的第18 腳為地址設定腳，有三種狀態(tài)可供選擇：懸空、接正電源、接地三種狀態(tài)，3 的8 次方為 6561，所以地址編碼不重復度為 6561 組，只有發(fā)射端 PT2262 和接收端PT2272的地址編碼完全相同，才能配對使用，遙控模塊的生產(chǎn)廠家為了便于生產(chǎn)管理，出廠時遙控模塊的 PT2262 和PT2272的八位地址編碼端全部懸空，這樣用戶可以很方便選擇各種編碼狀態(tài)，用戶如果想改變地址編碼，只要將 PT2262 和 PT2272 的 18 腳設置相同即可，例如將發(fā)射機的 PT2262 的第1 腳接地第 5 腳接正電源，其它引腳懸空，那么接收機的 PT2272 只要也第 1 腳接地第 5 腳接正電源，其它引腳懸空就能實現(xiàn)配對接收。當兩者地址編碼完全一致時，接收機對應的 D1D4 端輸出約 4V 互鎖高電平控制號信，同時 VT 端也輸出解碼有效高電平信號。用戶可將這些信號加一級放大，便可驅(qū)動繼電器、功率三極管等進行負載遙控開關操縱。3.3.2 遙控控制電路設計遙控模塊電路設計如圖7和圖8所示。圖7 發(fā)射電路發(fā)射電路如圖7所示，編碼芯片PT2262的發(fā)射位使能端TE始終接地，使數(shù)據(jù)在任何時刻輸入均有效、當按下S1、S2、S3和S4鍵時，DOUT端正常輸出，不受任何限制。接收電路如圖8所示，紅外接收選用SBX1610。它是紅外放大、解調(diào)一體化組件成品，當SBX1610的感光窗接收到由發(fā)射器發(fā)來的紅外線調(diào)制信號時，經(jīng)內(nèi)部電路處理后，從AI的OUT端輸出，經(jīng)三極管VT2放大倒相后，送到解碼芯片PT2272的DIN端，本設計的解碼芯片PT2272采用具有鎖存輸出的有PT2272L4芯片，解碼正確時，VT端輸出。此時，解碼芯片PT2272L4的數(shù)據(jù)輸出端與編碼芯片PT2262的輸入相一致。本設計采用S1作為汽車報警器的防盜設置按鍵，任意按下S2、S3和S4中的一個鍵是汽車報警器的撤防操作，單片機定時檢測P1.2口線，當檢測到有信號輸入時，就停止主程序的循檢工作，再次檢測到信號時恢復主程序工作。因為，系統(tǒng)的遙控電路只用來完成設防撤防的切換，硬件電路可以簡化。圖8 接收電路3.4 汽車防盜報警設計當車輛停放時，車主用遙控器啟動汽車報警器的防盜設置，報警器處于設防狀態(tài)。如果有人企圖打開車門進入車內(nèi)啟動汽車時，汽車報警器的震動傳感器和熱釋電紅外探測傳感器兩路傳感器同時采集到警情信號，經(jīng)與非門電路輸出警情信息給89S51單片機，單片機通過判斷處理后，輸出信號進行聲光報警，同時切斷點火系統(tǒng)的電源，并把報警信息通過無線信號發(fā)射電路發(fā)給車主報警；當報警器處于撤防狀態(tài)時，不響應此報警信息4。本設計采用的震動傳感器是國產(chǎn)T968A 型“一體化”微震動傳感器。國產(chǎn)T968A型“一體化”微震動傳感器采用塑料殼封裝，外形如同半個橢圓體，見圖9（a）所示在外殼正面右上角有一發(fā)光二極管，用作通電指示；左上角有一靈敏度調(diào)節(jié)孔，里面實際上是一個微調(diào)電位器，調(diào)節(jié)它的阻值可改變探測震動的靈敏度，以滿足不同場合需求。引出線為一根長約1.2m的雙芯屏蔽線，紅色線接電源“+”極，白色線 為輸出端OUT，屏蔽皮網(wǎng)線（套有一小段黑色塑管）接電源“-”極，T968A的內(nèi)部電路功能框圖見圖9（b）所示，其特點是：靈敏度高，并可隨時調(diào)節(jié)探側(cè)震動的靈敏度，以滿足不同場合需求；能全方位探測，無死角；輸出為正極性高電平脈沖，能直接與晶體管及數(shù)字邏輯電路接口；外殼小巧堅固，能在各種惡劣環(huán)境下使用。T968A的主要電參數(shù)為工作電壓5-12V，靜態(tài)工作電流2.5mA；傳輸方式為正為正極性震動脈沖，輸出電平Vcc（工作電壓0）1V，可探測震動的頻率范圍100-3000Hz。圖9 T968A型“一體化”微震動傳感器紅外探測傳感器選用新型熱釋電紅外探測模塊HN911L。采用新工藝制作的HN911系列紅外傳探測模塊，由于在結(jié)構(gòu)上采用了微型化、設計上突出了對信號處理電路和抗干擾能力的改善，其抗干擾性能，特別是在抗電磁波性能方面，得到很大提高。HN911L模塊的靜電流僅為20uA，電源電壓為DC 5V10，電源不大于VDD0.02V,傳感響應度大于2500V/W，傳感水平角度大于100，傳感垂直角度大于80。HN911L 內(nèi)電路包括高靈敏度紅外傳感器、放大器、信號處理電路、輸出電路等。當防范區(qū)無人移動，即紅外探測器件沒有接到移動人體輻射出的紅外信號時，整個模塊處于靜止狀態(tài)，此時耗能極少，其輸出端腳呈低電平，腳呈高電平；當有人接近汽車進入車內(nèi)時，移動人體發(fā)出的紅外線，熱釋電紅外傳感器遙測移動人體發(fā)出的該微熱紅外信號，送入HN911L，通過放大、濾波后，由比較電路進行比價鑒別，再經(jīng)信號處理電路處理和延時后，由驅(qū)動級在輸出端輸出放大后的高、低電平信號。該模塊中的放大器具有“增益調(diào)節(jié)”功能和溫度補償功能。這主要是考慮到在紅外探測器工作過程中，周圍環(huán)境的紅外線（波長為0.320m）輻射能量與移動人體輻射出的紅外射線一起被接收，當空氣升高時，背景紅外輻射會增強，將會影響到對人體輻射的紅外線（中心波長為811m）的檢測。設置溫度補償電路，可使放大器通帶（0.37Hz）內(nèi)的增益隨環(huán)境溫度的升高而自動提升，以保證探測器的溫度穩(wěn)定性。3.5 汽車輪胎欠壓檢測設計汽車在行駛中，若輪胎氣壓不足，則會導致輪胎磨損加劇、行駛阻力增加、油耗增加。且在緊急制動時，若某側(cè)輪胎壓力偏低，就會造成車身偏轉(zhuǎn)，甚至釀成事故。如果輪胎氣壓在低于某一設定值時，能發(fā)出報警信號，告知駕駛員應及時補氣，對提高行車安全性和經(jīng)濟性具有十分重要的意義5。3.5.1 汽車輪胎欠壓報警器的設計難點及其解決辦法汽車輪胎欠壓報警器的設計必須解決兩個難題：一是壓力傳感器的能源，通常壓力傳感器工作時將壓力轉(zhuǎn)換為電信號必須要有電源，電源如果取自汽車交流發(fā)電機或蓄電池，則需安裝電刷和集電環(huán)組件，因為車輪工作時是旋轉(zhuǎn)的，如果在車輪上加裝交流發(fā)電機或安置電池，則其結(jié)構(gòu)復雜、成本高。二是信號的傳輸問題，若信號采用接觸式傳輸，因汽車車輪工作環(huán)境惡劣，這樣勢必會降低信號傳輸?shù)目煽啃裕喝绻捎秒娦盘柊l(fā)射和接收方式實現(xiàn)耦合，則電路復雜、維護困難。本文設計的汽車輪胎欠壓報警器，采用輪胎內(nèi)氣體壓力作為動力，巧妙地利用輪胎內(nèi)氣壓變化差使彈性元件（彈簧與波紋管組件）產(chǎn)生壓縮和拉伸變化，并使磁鋼產(chǎn)生位移，從而改變磁感應強度，即由輪胎內(nèi)空氣作為傳遞信號的介質(zhì)，從而減少了動力消耗；再利用空間磁場實現(xiàn)信號耦合。該汽車輪胎欠壓報警器，可通過調(diào)整螺釘調(diào)整在0.130.15 MPa 內(nèi)的任一氣壓報警 ，適用于不同型號的車輛，試驗時重復報警率誤差在50 kPa 以內(nèi)。該種汽車輪胎欠壓報警器結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠。3.5.2 壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖10所示。壓力傳感器固定安裝在汽車輪轂上，隨車輪一起轉(zhuǎn)動，由接口通過銅管與氣門心連通。當輪胎內(nèi)壓力充足時，在氣體壓力作用下，波紋管和彈簧被壓縮，由導桿帶動磁鋼右移；當欠壓時，氣體壓力減少，波紋管與彈簧伸長，通過導桿推動磁鋼左移，因此由輪胎內(nèi)氣體的壓力變化可實現(xiàn)磁鋼的左右移動。彈簧的初始壓力可以通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘來調(diào)節(jié)，整個工作過程中彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，波紋管在輪胎欠壓時，因彈簧伸長而處于拉伸狀態(tài)；在非欠壓狀態(tài)下，其處于壓縮狀態(tài)2。波紋管和彈簧組件的鋼度為:K = KtK (1)式中；Kt彈簧鋼度Kb 波紋管的鋼度 ,壓縮時Kb 0 ,拉伸時Kb 0在欠壓狀態(tài)下，波紋管和彈簧組件的鋼度為:K = Kt-Kb (2)靈敏度S = 1/ K。設彈簧輸入功率譜密度為 Sx = SO , 彈簧的阻尼系數(shù) C 為常數(shù) , 則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：H(i)=K（K+iC） (3)圖10 汽車輪胎欠壓報警器壓力傳感器結(jié)構(gòu) 3.5.3 霍爾效應開關霍爾效應開關固定安裝在制動底板上，霍爾元件與壓力傳感器中磁鋼的安裝距離為35mm?；魻栃_關工作原理圖如圖11所示。圖11中H為霍爾元件， A為運算放大器，D為觸發(fā)器，R為溫度補償電阻。R遠遠大于霍爾元件輸入電阻，這樣溫度變化時，霍爾元件控制電流幾乎不變?；魻栯妱?En = KHBI（KH為霍爾常數(shù)），控制電流不變時，霍爾電勢 En 正比于磁鋼的磁感應強度B。當輪胎氣壓低于某一設定值時，磁鋼移向霍爾元件 ，從而產(chǎn)生電壓輸出。輸出的電壓信號經(jīng)運算放大器A放大，并由觸發(fā)器D將其轉(zhuǎn)移變?yōu)槊}沖信號輸出，使三極管工作在開關狀態(tài)，再將三極管輸出的信號給單片機；也可使揚聲器工作發(fā)出報警信號，告知駕駛員應及時補氣。觸發(fā)器D可保證三極管可靠地工作在開關狀態(tài)。圖11 霍爾開關工作原理對輪胎欠壓的檢測，采用由特制壓力傳感器和霍爾效應開關組合實現(xiàn)檢測 。它們的原理為，讓輪胎內(nèi)氣壓變化作為動力，通過壓力傳感器中的彈簧與波紋管組件壓縮、拉伸，使磁鋼產(chǎn)生位移，以改變磁感應強度，再利用空間磁場實現(xiàn)信號耦合。在控制電流不變時，霍爾電勢正比于磁鋼的磁感應強度。當輪胎氣壓低于某一設定值時，磁鋼移向霍爾元件，霍爾元件產(chǎn)生輸出電壓信號。輸出電壓信號經(jīng)放大器放大輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，并由A/D 轉(zhuǎn)換器將信號傳送給AT89S51單片機。壓力傳感器固定安裝在汽車輪轂上，隨車輪一起轉(zhuǎn)動，由接口通過銅管與氣門芯連通。而霍爾效應開關固定安裝在制動底板上，霍爾元件與壓力傳感器中磁鋼的安裝距離為35mm。3.6 冷卻系統(tǒng)溫度檢測設計目前, 汽車上用溫度傳感器有熱電阻式、熱敏電阻式和熱電偶式三種主要類型。三種類型傳感器各有特點, 其應用場合也略有區(qū)別。熱電阻式溫度傳感器測量精度高, 穩(wěn)定性好。熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高, 響應特性好, 但線性差, 適應溫度較低。熱電偶式溫度傳感器的精度高,測量溫度范圍寬, 但需要配合放大器和冷端處理一起使用6。 本系統(tǒng)采用的是美國DALLAS半導體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器DS18B20，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測度數(shù)，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DSl8B20數(shù)字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機CPU到DSl8B20僅需一條線(和地線)。DSl8B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。因為每一個DSl8B20在出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DSl8B20可以存放在同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DSl8B20的測量范圍從-55攝氏度到+125攝氏度，增量值為0.5攝氏度，可在ls(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。每一個DSl8B20包括一個唯一的64位長的序號，該序號值存放在DSl8B20內(nèi)部的ROM(只讀存貯器)中。開始8位是產(chǎn)品類型編(DSl8B20編碼均為10H)。接著的48位是每個器件唯一的序號。最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼。DSl8B20中還有用于存儲測得的溫度值的兩個8位存貯器RAM，編號為0號和1號。1號存貯器存放溫度值的符號，如果溫度為負(攝氏度)，則1號存貯器8位全為1，否則全為0。0號存貯器用于存放溫度值的補碼，LSB(最低位)的1表示0.5攝氏度。將存貯器中的二進制數(shù)求補再轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)并除以2就得到被測溫度值(-55攝氏度-125攝氏度)。每只D518B20都可以設置成兩種供電方式，即數(shù)據(jù)總線供電方式和外部供電方式。采取數(shù)據(jù)總線供電方式可以節(jié)省一根導線，但完成溫度測量的時間較長，采取外部供電方式則多用一根導線，但測量速度較快 。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖12所示。圖12 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖DS18B20主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光ROM單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器（內(nèi)含便箋式RAM）、用于存儲用戶設定的溫度上下限值TH和TL的觸發(fā)器、存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗碼（CRC）發(fā)生器8部分。DS18S20既可以采用寄生供電，也可以采用外部5 V電源供電，本電路的設計采用的是外部5 V電源供電。光刻ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，它可以看作是該DS18B20的地址序列碼。64位光刻ROM的排列是：開始8位（28H）是產(chǎn)品類型標號，接著的48位是該DS18B20自身的序列號，最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一個DS18B20都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個DS18B20的目的。64位激光ROM的結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。DS18B20與單片機的連接有兩種方法，一種是Vcc接外部電源，GND接地，I/O與單片機的I/O線相連；另一種是用寄生電源供電，此時UCC、GND接地，I/O接單片機I/O。無論是內(nèi)部寄生電源還是外部供電，I/O口線要接5k左右的上拉電阻。CPU對DS18B20的訪問流程是：先對DS18B20初始化，再進行ROM操作命令，最后才能對存儲器操作，數(shù)據(jù)操作。DS18B20每一步操作都要遵循嚴格的工作時序和通信協(xié)議。如主機控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換這一過程，根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，須經(jīng)三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。復位要求主CPU將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，DS18B20收到信號后等待1660微秒左右，后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主CPU收到此信號表示復位成功。其軟件設置程序的流程圖如圖13所示。DS18B20把檢測到的溫度信號輸入單片機 AT89S51的P1.3口。當發(fā)動機預熱及正常工作時，檢測到數(shù)據(jù)與單片機中數(shù)據(jù)存儲器中存放的數(shù)據(jù)進行比較，若小于參考值，報警電路無聲光報警。當發(fā)動機工作異常，檢測的水溫數(shù)據(jù)超過參考值時，單片機驅(qū)動報警電路進行報警。發(fā)復位信號發(fā)ROM命令依次讀出N個DS18B20的機器碼發(fā)匹配命令（55H）發(fā)轉(zhuǎn)換命令（44H）發(fā)讀RAM的低9位值命令求補轉(zhuǎn)換成十進制并除以2保存N置P1.0為高電平且大于2S全部轉(zhuǎn)換完了嗎？Y返回圖13 DS18B20的軟件設置程序3.7 報警驅(qū)動電路、切斷點火系統(tǒng)電源設計聲音報警系統(tǒng)的設計采用發(fā)光二極管和揚聲器組成，該報警驅(qū)動電路是以分立元件組成的多諧自激振蕩升壓電路，其電路原理圖如圖14所示。圖14 聲報警驅(qū)動電路 當89S51的P2.0有信號變化時，送入本報警驅(qū)動電路，經(jīng)Q1基極輸入，如果信號電壓達到三極管Q1導通放大條件，Q1開始工作，集電極輸出電平通過C2耦合到Q2的基極，使Q2進入工作狀態(tài)，同時Q2集電極輸出電壓通過C1耦合到Q1基極，完成自激振蕩。Q3和Q4的工作原理與Q1和Q2的工作原理是一樣的，Q4的集電極同時輸出信號電壓加在由Q5和Q6組成的NPN復合三極管上，對信號電壓進行高倍放大，送入升壓變壓器初級，耦合到次級加給揚聲器，產(chǎn)生大功率報警聲音。光報警電路、切斷點火系統(tǒng)電源電路如圖15所示，發(fā)光二極管D3-D5分別與單片機的P2.1-P2.3端口相連，D3表示防盜報警；D4表示汽車輪胎欠壓報警；D5表示汽車冷卻系統(tǒng)溫度報警；切斷點火系統(tǒng)和控制油路由單片機控制繼電器KM1，通過繼電器KM1的觸點的開關和閉合實現(xiàn)對汽車點火系統(tǒng)和控制油路的控制。圖15 光報警電路、切斷點火系統(tǒng)和控制油路3.8 無線報警設計無線信號發(fā)射電路的設計以MICRF102 為核心,如圖16所示。MICRF102是Micrel公司推出的一個單片UHF ASK發(fā)射器，MICRF102 采用SOP(M) - 8 封裝,芯片內(nèi)包括由基準振蕩器、相位檢波器、分頻器、帶通濾波器、壓控振蕩器構(gòu)成的合成器;發(fā)射偏置控制;RF 功率放大器;無線調(diào)諧控制和變?nèi)荻O管等電路,是一個真正的“數(shù)據(jù)輸入- 無線輸出”的單片無線發(fā)射器件。由它給駕駛員發(fā)送無線信號。UHF合成器產(chǎn)生載頻和正交信號輸出。輸入相位信號（I）用來驅(qū)動RF功率放大器。