學士基于單片機的雙向防盜器設計

雙向防盜器設計【摘要】隨著人們生活水平的提高，汽車已逐步進入家庭，對汽車防盜的要求越來越高，并且無線技術(shù)的不斷發(fā)展，使得防盜系統(tǒng)的設計更加靈活、安全、方便、可靠。本文主要介紹基于LPC930單片機和TDA5255無線收發(fā)模塊設計的雙向汽車防盜系統(tǒng)，分遙控器和主機設計兩部分。遙控器和主機進行半雙工的通信，遙控器控制主機的狀態(tài)，包括設防、解除、尋車、開尾門等，還具有與主機同步報警的功能；主機能夠檢測多個觸發(fā)源自動報警并且同步通知遙控器，能根據(jù)遙控器的設定執(zhí)行相應的功能，還具有自動上下鎖、中控鎖自動化、自動恢復、緊急解除等功能。自定義無線通信協(xié)議，協(xié)議數(shù)據(jù)采用PWM編碼，使用FSK調(diào)制和解調(diào)方式。軟件實現(xiàn)采用C語言編程和Keil編譯環(huán)境?！娟P(guān)鍵詞】 LPC930、TDA5255、PWM、FSK調(diào)制和解調(diào)【Abstract】Withtheimprovementofpeople’slivingstandard,privatecarshavegraduallysteppedintomoreandmorecommonfamilies,andasaresult,peoplehavebeenmoreandmoreconcernedwitheffectivevehicleguarding-against-theftsystems;andatthesametime,withthecontinuousdevelopmentofwirelesstechnology,thiskindofsystemshavebecomemuchmoreflexible,convenient,reliableandsafer.Thisarticleintroducesadesignofabi-directionalvehicleguarding-against-theftsystem,whichisbaseduponMCULPC930andradiotransmissionandreceptionmoduleTDA5255,andthedesignismadeupoftwomainparts:theremotecontrollerandthemainframe.Thecommunicationbetweentheremotecontrollerandthemainframeisbymeansofhalf-duplexdatatransmission,andthestatesofthemainframecontrolledbythecontrollerincludesettingupandreleasefromdefense,seekingcars,openingthebackdoorofcarsanditalsocangiveanalarmsimultaneouswiththemainframe;andthemainframecandetectcouplesoftriggeredsources,giveanalarmandinformthecontrollersimultaneously,andalso,itcancarryoutcorrespondingactionssetbythecontroller;besides,itcanautomaticallylockandunlock,reverttotheoriginalstate,central-controllinglockandreleasefromdefensewheninemergency.ThesystemhasaPWM-codingbasedself-definingcommunicationprotocol,anditusesFSKmodulationanddemodulation.TheprogrammingisbasedonprogramminglanguageCwithKeilasthecompilerenvironment.【Keywords】LPC930、TDA5255、PWM、FSKModulateandDemodulate目錄TOC\o"2-9"\h\z\t"標題1,1"第1章引言 由圖7.1和REF_Ref134849104\h圖7.2分析可知，當頻段在2500Hz-283Hz范圍內(nèi)，發(fā)送頻率和接收頻率基本上一致，誤差率在±20%范圍，根據(jù)這特性就可以定義通信協(xié)議了，速度在3KBbit/s以下。遙控器功耗的測量與分析根據(jù)遙控器的指標的要求，靜態(tài)功耗為在3.3V電壓下，電流為20uA，實際的測量中，分為多種不同的情況下測量功耗。具體的測量值如REF_Ref135129851\h表5.1所示：測試環(huán)境：電壓3.3V，溫度24℃測試對象：電流；測試工具：萬用表。表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s11電流測量表狀態(tài)電流值（平均值）完全掉電模式，關(guān)閉一切功能部件（關(guān)機狀態(tài)）1.40uA完全掉電模式，RTC不掉電，外部晶振工作12.24uA正常工作模式，LED不亮（TDA5255掉電）5.31mA正常工作模式，一盞LED亮（TDA5255掉電）6.47mA正常工作模式，TDA5255處于接收狀態(tài)17.35mA正常工作模式，TDA5255處于發(fā)射狀態(tài)19.78mA正常工作模式，TDA5255處于接收狀態(tài)，音樂LED閃爍18.71mA報警狀態(tài)，一個報警源（一盞LED、振動、蜂鳴器）27.23mA開機測試狀態(tài)，打開所有部件（振動電機、蜂鳴器、LED、TDA5255）28.35mA注：這些數(shù)據(jù)是通過多次測量取平均值得到由REF_Ref135129851\h表7.1所測的這些不同狀態(tài)的數(shù)據(jù)，分析和結(jié)論如下所示：單片機在完全掉電（RTC掉電）的模式下，大約消耗1uA的電流，這是它的參數(shù)特性決定的，TDA5255在完全掉電的狀態(tài)為5nA，幾乎不消耗電流，所以大約0.4uA的電流消耗在電路中；單片機在完全掉電模式下，保留RTC喚醒源，并且使用外部的32.768KHz的低頻晶振為時鐘源，大約消耗電流為12.24uA，可以算得，RTC工作時大約需要10uA左右的電流（低頻晶振提供時鐘源）；由上面的數(shù)據(jù)可以得到一盞LED大約消耗1.16mA電流，如果是多盞LED則成線性增加。振動電機和蜂鳴器消耗的電流也較大，兩個一起工作時大約消耗10mA的電流；TDA5255消耗的電流比較大，在處于接收狀態(tài)時，總消耗電流為17.35mA，TDA5255消耗大約11mA；在處于發(fā)射狀態(tài)時，總消耗電流為19.78mA，TDA5255消耗大約13mA，這與TDA5255的典型電流值很接近（典型值：發(fā)射13mA；接受9mA）。這些是通過測量的數(shù)據(jù)得出的一些結(jié)論，從結(jié)論中可以看出，這些測量值已經(jīng)遠遠超過了要求的指標（靜態(tài)功耗20uA），這個值代表的是遙控器在處于靜態(tài)時的電流，而它靜態(tài)時大部分時間在掉電狀態(tài)（掉電2s，工作250ms），此時電流消耗為12.24uA，達到要求。主機功率測試與分析晶振頻率越高，單片機消耗的功率越大，但對于主機而言，單片機自身的功耗并不大，可靠性是主機的主要矛盾，所以最終選用片內(nèi)晶振，在不同的晶振下測得的數(shù)據(jù)如REF_Ref136023281\h表7.2所示：表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s12 主機功耗晶振型號系統(tǒng)電流單位最初測量值穩(wěn)態(tài)值mA內(nèi)部晶振7.373MHZ5.7915.782mA片外晶振6MHZ2.6982.790mA片外晶振32.768KHZ.03740.340mA防盜器功能測試在防盜器的設計中主要是以實現(xiàn)功能為目的，因此針對給出的要求（見系統(tǒng)指標要求）測試的結(jié)果如下表所示：表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s13遙控器功能測試功能名稱遙控器實現(xiàn)程度按鍵功能根據(jù)按得時間長短實現(xiàn)不同的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，包括短按（小于2S）、長按（大于2S）、復合按鍵、開關(guān)機按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)比較精確的跳轉(zhuǎn)音樂根據(jù)不同的需要，有按鍵音、回傳音、開關(guān)機音樂、低電壓提示音樂、報警音，LEDLED根據(jù)不同的提示有不同的循環(huán)順序，開機LED提示、開尾門提示、低電壓提示。報警響應功能當接收到主機的報警信號時，遙控器報警提示，包括LED提示、振動提示和音樂提示，報警時間為30S，在30S內(nèi)接收到新的報警信號重新報警；可以同時報警多個觸發(fā)源報警停止功能在報警狀態(tài)下，任何一個按鍵都可以停止報警，按解除鍵還可以進入解除狀態(tài)。學習成功提示復合鍵可以發(fā)送學習數(shù)據(jù)，并接收主機的回傳，有音樂提示低電壓提示當檢測到電壓低于3.3V時有音樂提示，LED閃爍，電壓低于3.1V，自動關(guān)機，充電大于3.6V自動開機信號強度指示一盞LED指示信號的強度，以閃爍的次數(shù)不同來指示信號的強度，分三級，閃爍一次為弱信號，兩次為中強度信號，三次為高強度信號。監(jiān)控范圍指示每兩分鐘，發(fā)送測試數(shù)據(jù)幀給主機，收到回傳后并指示警戒狀態(tài)，有聲警戒2S閃爍兩次，無聲警戒2S閃爍一次，如果沒有收到測試的回復幀則在兩分鐘內(nèi)警戒指示關(guān)閉，表明現(xiàn)在不在監(jiān)控范圍內(nèi)。功耗控制功耗的實現(xiàn)程度見7.2所示表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s14遙控器功能測試功能名稱主機實現(xiàn)程度聲光警戒設定進入聲光警戒，方向燈閃一次，喇叭響一次靜音警戒設定進入靜音警戒，方向燈閃一次，喇叭不響報警ACC、邊門、振動、腳剎中的一個觸發(fā)或者損壞都會產(chǎn)生報警音樂，并傳送給遙控器以提示報警情況開尾門當接收到開尾門信號時進入開尾門狀態(tài)，并且屏蔽防盜30分鐘緊急解除當在報警時遇到遙控器失效時，可以踩住腳剎，打開ACC，同時按緊急短按按鈕三次，最后一次2S以上，解除報警，并進入緊急解除狀態(tài)，現(xiàn)在只有遙控器解除鍵可以解除。此功能不是很穩(wěn)定自動恢復功能如果遙控器按了解除鍵，25S內(nèi)沒有打開車門，則認為是誤解除，會自動恢復到原報警狀態(tài)遙控尋車根據(jù)遙控器的按鍵不同，分聲光尋車和靜音尋車，通知車主，喇叭響10S，LED閃爍10S中控鎖自動化汽車行駛15S后踩腳剎會自動鎖門，當停車熄火時，門鎖自動打開。LED警戒提示進入防盜狀態(tài)，LED警示燈2S快閃兩次，當觸發(fā)報警后連續(xù)快閃；觸發(fā)報警解除后LED2S快閃4次，直到解除警戒，向車主提示以被觸發(fā)傳感器觸發(fā)報警當某個傳感器觸發(fā)時，報警40S，報警的同時可以觸發(fā)其他報警源，并能同時報警傳感器損壞報警當某個傳感器連續(xù)觸發(fā)時，報警只報4分鐘，之后自動停止，在檢測到其他傳感器連續(xù)觸發(fā)時又報警4分鐘。被動設防和解除主機有設防和解除按鍵，可以進入防盜和解除狀態(tài)，并且同步通知遙控器更新狀態(tài)狀態(tài)掉電記憶當主機掉電時可以記住掉電前的狀態(tài)，上電后恢復狀態(tài)ID學習主機可以學習兩個遙控器，記住兩個ID號，并可以交替控制。功耗見7.3主機功耗測試與分析結(jié)束語通過對以上文章的閱讀，大家應該了解了汽車防盜器設計的原理，這類防盜器是現(xiàn)在汽車防盜器的主流，在性能功能上滿足了大部分車主的要求，在價格上相對低廉，普遍讓人接受。本系統(tǒng)設計從開始到完成包括文檔的編寫總共花了兩個月左右的時間，設計的難點在于通信協(xié)議的制定、數(shù)據(jù)可靠的傳輸、低功耗的設計、大量的功能狀態(tài)處理以及半雙工的實時通信等。本系統(tǒng)基本上完成了設計指標的基本要求和擴展要求，從設計的開始就從產(chǎn)品設計的角度考慮，在硬件選型上，充分考慮的價格和性能的因素，選擇了性價比較高的LPC930單片機和TDA5255無線發(fā)射模塊作為主控部分，選擇了多功能的控制器件可以減少外圍電路的設計，從而減少系統(tǒng)的體積，這對遙控器的設計非常有必要；從客戶角度考慮，功能的實現(xiàn)是主要的考慮因素，所以在設計時把客戶需要的大部分要求都考慮在內(nèi)，滿足不同人的需求；其次低功耗的設計又是客戶的另一方面要求，特別是遙控器的設計，所以硬件選型和軟件設計中都考慮了這點，把功耗盡量降到最低，延長電池的使用壽命。但是由于時間的局限性以及本人能力的有限性，本系統(tǒng)還有許多需要改進和完善的地方，未能真正達到產(chǎn)品化的要求，具體有以下幾點可以改進的地方：在通信協(xié)議上。本系統(tǒng)采用PWM編碼，雖然編碼和解碼相對簡單，但是它的可靠性是通過降低傳輸?shù)乃俾蕘頁Q得的，發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的時間過長。雖然曼切斯特編解碼未能很好的調(diào)試成功，但是它仍然是比較理想的編碼方式。不但可以提高傳輸速率，而且由于每個碼元都有跳變，有較好的抗干擾性，加上TDAA5255有檢測曼切斯特編碼速率的功能，實現(xiàn)相對簡單。安全性。本系統(tǒng)采用的協(xié)議相對簡單，每個主機用24位的ID來識別遙控器，一旦被人截取了無線數(shù)據(jù)就可能破解此防盜系統(tǒng)，安全性較弱。所以可以在發(fā)射端對數(shù)據(jù)進行加密，在接收端再解密，加密的方法可以有軟件加密或硬件加密。人機界面。本系統(tǒng)以LED作為信號的指示，指示的級別和類型相對較少，可以用液晶顯示代替LED，用圖形界面更加得直觀，還可以附加有日期、鬧鐘等功能。在報警音樂上，現(xiàn)在是用交流蜂鳴器產(chǎn)生一定的音樂，提示音樂較難區(qū)分，可以用專門的語音芯片產(chǎn)生人聲提示。新一代技術(shù)的改進?，F(xiàn)在遙控無匙系統(tǒng)還是具有一定不可靠的因素，使用不是非常的方便，新一代的射頻識別(RFID)技術(shù)不但可以進行便利操作，只需靠近汽車就能自動識別車主，而且準確度非常的高。其他還有更先進的GPS等網(wǎng)絡防盜器。致謝 在本次設計中，首先要感謝我的指導老師**老師，不僅在此設計中給了我許多指導性的意見，更多的是前幾年對我的細心指導和關(guān)心，一直以來*老師非常關(guān)心學生動手能力的培養(yǎng)，很多的時候親臨和學生一起研究，他豐富的經(jīng)驗、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、精湛的學術(shù)造詣以及和藹的態(tài)度，對我知識的積累、動手能力和興趣的培養(yǎng)有非常大的幫助，正是這樣的鋪墊才使得我能夠非常順利的完成我的畢業(yè)設計。本次設計大部分內(nèi)容是在公司里完成的，所以得到了部門經(jīng)理和很多同事的幫忙，特別是阮慶渝師兄，在此對他們表示感謝。此外我還要感謝周圍的老師和同學對我一直以來的支持和幫助，是他們使我能夠堅持到最后。最后非常高興能在寧波大學學習生活了四年，在這四年中我學到了很多很多，也得到了很多，是寧大以及信息學院培養(yǎng)了我，她們教會了我怎樣去學，學什么重要，更重要的是教會了我怎樣做人。以后不管在哪里我都會以我是寧大一員感到自豪。參考文獻周立功等，LPC900系列Flash單片機應用技術(shù)，北京航空航天大學出版社，2004年1月第1版陳明計，周立功，嵌入式實時操作系統(tǒng)SmallRTOS51原理及應用，北京航空航天大學出版社，2004年1月周立功等，增強型80C51單片機速成與實