學(xué)士基于單片機(jī)的雙向防盜器設(shè)計(jì)

雙向防盜器設(shè)計(jì)【摘要】隨著人們生活水平的提高，汽車已逐步進(jìn)入家庭，對(duì)汽車防盜的要求越來(lái)越高，并且無(wú)線技術(shù)的不斷發(fā)展，使得防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加靈活、安全、方便、可靠。本文主要介紹基于LPC930單片機(jī)和TDA5255無(wú)線收發(fā)模塊設(shè)計(jì)的雙向汽車防盜系統(tǒng)，分遙控器和主機(jī)設(shè)計(jì)兩部分。遙控器和主機(jī)進(jìn)行半雙工的通信，遙控器控制主機(jī)的狀態(tài)，包括設(shè)防、解除、尋車、開(kāi)尾門等，還具有與主機(jī)同步報(bào)警的功能；主機(jī)能夠檢測(cè)多個(gè)觸發(fā)源自動(dòng)報(bào)警并且同步通知遙控器，能根據(jù)遙控器的設(shè)定執(zhí)行相應(yīng)的功能，還具有自動(dòng)上下鎖、中控鎖自動(dòng)化、自動(dòng)恢復(fù)、緊急解除等功能。自定義無(wú)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(shí)現(xiàn)采用C語(yǔ)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(biāo)題1,1"第1章引言 由圖7.1和REF_Ref134849104\h圖7.2分析可知，當(dāng)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(cè)量與分析根據(jù)遙控器的指標(biāo)的要求，靜態(tài)功耗為在3.3V電壓下，電流為20uA，實(shí)際的測(cè)量中，分為多種不同的情況下測(cè)量功耗。具體的測(cè)量值如REF_Ref135129851\h表5.1所示：測(cè)試環(huán)境：電壓3.3V，溫度24℃測(cè)試對(duì)象：電流；測(cè)試工具：萬(wàn)用表。表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s11電流測(cè)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(jī)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(lè)LED閃爍18.71mA報(bào)警狀態(tài)，一個(gè)報(bào)警源（一盞LED、振動(dòng)、蜂鳴器）27.23mA開(kāi)機(jī)測(cè)試狀態(tài)，打開(kāi)所有部件（振動(dòng)電機(jī)、蜂鳴器、LED、TDA5255）28.35mA注：這些數(shù)據(jù)是通過(guò)多次測(cè)量取平均值得到由REF_Ref135129851\h表7.1所測(cè)的這些不同狀態(tài)的數(shù)據(jù)，分析和結(jié)論如下所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(jī)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(shí)鐘源，大約消耗電流為12.24uA，可以算得，RTC工作時(shí)大約需要10uA左右的電流（低頻晶振提供時(shí)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(dòng)電機(jī)和蜂鳴器消耗的電流也較大，兩個(gè)一起工作時(shí)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(shí)，總消耗電流為17.35mA，TDA5255消耗大約11mA；在處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，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(guò)測(cè)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(cè)量值已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了要求的指標(biāo)（靜態(tài)功耗20uA），這個(gè)值代表的是遙控器在處于靜態(tài)時(shí)的電流，而它靜態(tài)時(shí)大部分時(shí)間在掉電狀態(tài)（掉電2s，工作250ms），此時(shí)電流消耗為12.24uA，達(dá)到要求。主機(jī)功率測(cè)試與分析晶振頻率越高，單片機(jī)消耗的功率越大，但對(duì)于主機(jī)而言，單片機(jī)自身的功耗并不大，可靠性是主機(jī)的主要矛盾，所以最終選用片內(nèi)晶振，在不同的晶振下測(cè)得的數(shù)據(jù)如REF_Ref136023281\h表7.2所示：表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s12 主機(jī)功耗晶振型號(hào)系統(tǒng)電流單位最初測(cè)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(cè)試在防盜器的設(shè)計(jì)中主要是以實(shí)現(xiàn)功能為目的，因此針對(duì)給出的要求（見(jiàn)系統(tǒng)指標(biāo)要求）測(cè)試的結(jié)果如下表所示：表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s13遙控器功能測(cè)試功能名稱遙控器實(shí)現(xiàn)程度按鍵功能根據(jù)按得時(shí)間長(zhǎng)短實(shí)現(xiàn)不同的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)，包括短按（小于2S）、長(zhǎng)按（大于2S）、復(fù)合按鍵、開(kāi)關(guān)機(jī)按鍵，能夠?qū)崿F(xiàn)比較精確的跳轉(zhuǎn)音樂(lè)根據(jù)不同的需要，有按鍵音、回傳音、開(kāi)關(guān)機(jī)音樂(lè)、低電壓提示音樂(lè)、報(bào)警音，LEDLED根據(jù)不同的提示有不同的循環(huán)順序，開(kāi)機(jī)LED提示、開(kāi)尾門提示、低電壓提示。報(bào)警響應(yīng)功能當(dāng)接收到主機(jī)的報(bào)警信號(hào)時(shí)，遙控器報(bào)警提示，包括LED提示、振動(dòng)提示和音樂(lè)提示，報(bào)警時(shí)間為30S，在30S內(nèi)接收到新的報(bào)警信號(hào)重新報(bào)警；可以同時(shí)報(bào)警多個(gè)觸發(fā)源報(bào)警停止功能在報(bào)警狀態(tài)下，任何一個(gè)按鍵都可以停止報(bào)警，按解除鍵還可以進(jìn)入解除狀態(tài)。學(xué)習(xí)成功提示復(fù)合鍵可以發(fā)送學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，并接收主機(jī)的回傳，有音樂(lè)提示低電壓提示當(dāng)檢測(cè)到電壓低于3.3V時(shí)有音樂(lè)提示，LED閃爍，電壓低于3.1V，自動(dòng)關(guān)機(jī)，充電大于3.6V自動(dòng)開(kāi)機(jī)信號(hào)強(qiáng)度指示一盞LED指示信號(hào)的強(qiáng)度，以閃爍的次數(shù)不同來(lái)指示信號(hào)的強(qiáng)度，分三級(jí)，閃爍一次為弱信號(hào)，兩次為中強(qiáng)度信號(hào)，三次為高強(qiáng)度信號(hào)。監(jiān)控范圍指示每?jī)煞昼姡l(fā)送測(cè)試數(shù)據(jù)幀給主機(jī)，收到回傳后并指示警戒狀態(tài)，有聲警戒2S閃爍兩次，無(wú)聲警戒2S閃爍一次，如果沒(méi)有收到測(cè)試的回復(fù)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(shí)現(xiàn)程度見(jiàn)7.2所示表STYLEREF1\s7.SEQ表\*ARABIC\s14遙控器功能測(cè)試功能名稱主機(jī)實(shí)現(xiàn)程度聲光警戒設(shè)定進(jìn)入聲光警戒，方向燈閃一次，喇叭響一次靜音警戒設(shè)定進(jìn)入靜音警戒，方向燈閃一次，喇叭不響報(bào)警ACC、邊門、振動(dòng)、腳剎中的一個(gè)觸發(fā)或者損壞都會(huì)產(chǎn)生報(bào)警音樂(lè)，并傳送給遙控器以提示報(bào)警情況開(kāi)尾門當(dāng)接收到開(kāi)尾門信號(hào)時(shí)進(jìn)入開(kāi)尾門狀態(tài)，并且屏蔽防盜30分鐘緊急解除當(dāng)在報(bào)警時(shí)遇到遙控器失效時(shí)，可以踩住腳剎，打開(kāi)ACC，同時(shí)按緊急短按按鈕三次，最后一次2S以上，解除報(bào)警，并進(jìn)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(dòng)恢復(fù)功能如果遙控器按了解除鍵，25S內(nèi)沒(méi)有打開(kāi)車門，則認(rèn)為是誤解除，會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到原報(bào)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(dòng)化汽車行駛15S后踩腳剎會(huì)自動(dòng)鎖門，當(dāng)停車熄火時(shí)，門鎖自動(dòng)打開(kāi)。LED警戒提示進(jìn)入防盜狀態(tài)，LED警示燈2S快閃兩次，當(dāng)觸發(fā)報(bào)警后連續(xù)快閃；觸發(fā)報(bào)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(bào)警當(dāng)某個(gè)傳感器觸發(fā)時(shí)，報(bào)警40S，報(bào)警的同時(shí)可以觸發(fā)其他報(bào)警源，并能同時(shí)報(bào)警傳感器損壞報(bào)警當(dāng)某個(gè)傳感器連續(xù)觸發(fā)時(shí)，報(bào)警只報(bào)4分鐘，之后自動(dòng)停止，在檢測(cè)到其他傳感器連續(xù)觸發(fā)時(shí)又報(bào)警4分鐘。被動(dòng)設(shè)防和解除主機(jī)有設(shè)防和解除按鍵，可以進(jìn)入防盜和解除狀態(tài)，并且同步通知遙控器更新?tīng)顟B(tài)狀態(tài)掉電記憶當(dāng)主機(jī)掉電時(shí)可以記住掉電前的狀態(tài)，上電后恢復(fù)狀態(tài)ID學(xué)習(xí)主機(jī)可以學(xué)習(xí)兩個(gè)遙控器，記住兩個(gè)ID號(hào)，并可以交替控制。功耗見(jiàn)7.3主機(jī)功耗測(cè)試與分析結(jié)束語(yǔ)通過(guò)對(duì)以上文章的閱讀，大家應(yīng)該了解了汽車防盜器設(shè)計(jì)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(jià)格上相對(duì)低廉，普遍讓人接受。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)從開(kāi)始到完成包括文檔的編寫(xiě)總共花了兩個(gè)月左右的時(shí)間，設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于通信協(xié)議的制定、數(shù)據(jù)可靠的傳輸、低功耗的設(shè)計(jì)、大量的功能狀態(tài)處理以及半雙工的實(shí)時(shí)通信等。本系統(tǒng)基本上完成了設(shè)計(jì)指標(biāo)的基本要求和擴(kuò)展要求，從設(shè)計(jì)的開(kāi)始就從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度考慮，在硬件選型上，充分考慮的價(jià)格和性能的因素，選擇了性價(jià)比較高的LPC930單片機(jī)和TDA5255無(wú)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(shè)計(jì)，從而減少系統(tǒng)的體積，這對(duì)遙控器的設(shè)計(jì)非常有必要；從客戶角度考慮，功能的實(shí)現(xiàn)是主要的考慮因素，所以在設(shè)計(jì)時(shí)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(shè)計(jì)又是客戶的另一方面要求，特別是遙控器的設(shè)計(jì)，所以硬件選型和軟件設(shè)計(jì)中都考慮了這點(diǎn)，把功耗盡量降到最低，延長(zhǎng)電池的使用壽命。但是由于時(shí)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(jìn)和完善的地方，未能真正達(dá)到產(chǎn)品化的要求，具體有以下幾點(diǎn)可以改進(jìn)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(duì)簡(jiǎn)單，但是它的可靠性是通過(guò)降低傳輸?shù)乃俾蕘?lái)?yè)Q得的，發(fā)送一幀數(shù)據(jù)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。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(gè)碼元都有跳變，有較好的抗干擾性，加上TDAA5255有檢測(cè)曼切斯特編碼速率的功能，實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。安全性。本系統(tǒng)采用的協(xié)議相對(duì)簡(jiǎn)單，每個(gè)主機(jī)用24位的ID來(lái)識(shí)別遙控器，一旦被人截取了無(wú)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jī)界面。本系統(tǒng)以LED作為信號(hào)的指示，指示的級(jí)別和類型相對(duì)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(bào)警音樂(lè)上，現(xiàn)在是用交流蜂鳴器產(chǎn)生一定的音樂(lè)，提示音樂(lè)較難區(qū)分，可以用專門的語(yǔ)音芯片產(chǎn)生人聲提示。新一代技術(shù)的改進(jìn)?，F(xiàn)在遙控?zé)o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(shí)別(RFID)技術(shù)不但可以進(jìn)行便利操作，只需靠近汽車就能自動(dòng)識(shí)別車主，而且準(zhǔn)確度非常的高。其他還有更先進(jìn)的GPS等網(wǎng)絡(luò)防盜器。致謝 在本次設(shè)計(jì)中，首先要感謝我的指導(dǎo)老師**老師，不僅在此設(shè)計(jì)中給了我許多指導(dǎo)性的意見(jiàn)，更多的是前幾年對(duì)我的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)心，一直以來(lái)*老師非常關(guān)心學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，很多的時(shí)候親臨和學(xué)生一起研究，他豐富的經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精湛的學(xué)術(shù)造詣以及和藹的態(tài)度，對(duì)我知識(shí)的積累、動(dòng)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(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)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(duì)他們表示感謝。此外我還要感謝周圍的老師和同學(xué)對(duì)我一直以來(lái)的支持和幫助，是他們使我能夠堅(jiān)持到最后。最后非常高興能在寧波大學(xué)學(xué)習(xí)生活了四年，在這四年中我學(xué)到了很多很多，也得到了很多，是寧大以及信息學(xué)院培養(yǎng)了我，她們教會(huì)了我怎樣去學(xué)，學(xué)什么重要，更重要的是教會(huì)了我怎樣做人。以后不管在哪里我都會(huì)以我是寧大一員感到自豪。參考文獻(xiàn)周立功等，LPC900系列Flash單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，2004年1月第1版陳明計(jì)，周立功，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)SmallRTOS51原理及應(yīng)用，北京航空航天大學(xué)出版社，2004年1月周立功等，增強(qiáng)型80C51單片機(jī)速成與實(shí)