基于PIC12CE519控制的汽车防盗及蓄电池亏电手机提醒系统设计

艾卫东，姚进国，张春方

（1.河南省工业科技学校，河南 新乡 453000；2.新乡市苗勇精工汽车修理有限公司，河南 新乡 453000；3.新乡市新金泰汽车音响装饰城，河南 新乡 453000）

维修企业经常接到车主的紧急救援电话反映“前几天车辆正常使用，现在使用时车辆无法起动”；买了发动机防盗配置的车辆被盗现象也时有发生。车主停放车辆后，由于蓄电池静态电流过大造成蓄电池亏电及盗车贼利用高科技手段破解发动机防盗盗走车辆。由于车辆电控系统的功能越来越来强大，车载电器越来越多，车主在停车时偶尔忘记断开电器开关或者不小心触发其它功能，造成车辆的部分电器继续工作，车辆电控系统不能休眠，这些因素使蓄电池静态电流过大，造成蓄电池亏电。车辆舒适系统故障也会使车辆不能进入休眠状态，导致静态电流过大，比如多路数据传输系统线束折断、车载电源控制单元的插接器接触不良、车门控制单元有问题、行李厢灯和杂物箱灯及隐蔽处的照明灯损坏等，从而引起蓄电池亏电；如果经常性亏电会使蓄电池寿命缩短以至于损毁，给车主造成不小的损失。随着科技的发展，许多汽车虽然已经配备了发动机防盗系统等高科技电子防盗系统，但盗车贼如果拥有高科技的设备，短时间内就能破解发动机防盗等高科技电子系统，给车主带来更大的损失。以上两种情况给车主造成的损失都是在车主毫无知觉的状态下发生，只有车主再次使用车辆时才能发现他们的爱车情况不妙，不能及时地保护和维护车辆，给车主的工作和生活带来极大的损失和不便。

为了能够使车主随时保护和维护车辆，我们设计了一套基于PIC12CE519单片机汽车防盗及蓄电池亏电手机提醒系统，利用移动通信把车辆非法起动及蓄电池亏电信息通过拨通车主随身携带的手机进行提醒，进行无线移动信息传递，使车主及时保护车辆防盗及维护蓄电池。本套系统成本较低，使用方便，性能稳定。

1 系统的总体设计方案

PIC12CE519单片机控制的汽车防盗及蓄电池亏电手机提醒系统设计的总体思想是以PIC12CE519为核心的5V直流稳压电源模块、信号电压采集模块、发动机防盗执行模块和手机拨号执行模块组成，如图1所示。利用7805为整个系统提供5V直流稳压源，利用LM339电压比较器对蓄电池和点火开关进行电压采集，单片机通过对电压采集的数据进行分析和判断，发送信号给驱动电路，通过驱动电路控制推拉电磁铁和发动机防盗继电器，推拉电磁铁拨号老年人手机的SOS键，通过老年人手机事先预存的号码向车主随身所带的手机按预先软件设定的规律拨打电话，让他们随时掌握是车辆蓄电池的亏电还是非法起动情况信息；防盗继电器切断发动机点火电路使发动机无法起动。此系统建立了车辆与车主之间通过移动通信，他们能够随时掌握车辆非法起动及蓄电池亏电信息，保护自己的车辆，维护蓄电池。

图1 系统原理示意图

2 系统的硬件设计

2.1 系统5V直流稳压电源

系统的5V直流稳压电源是系统正常工作的关键。它主要由蓄电池、开关K1、熔断器FU、电解电容器C1、C2和集成式三端稳压器LM7805构成，如图2所示。LM7805集成稳压器在本系统中应用电路见图2，它是一个输出+5V直流电压的稳压电源电路，最高输入极限电压36V，最低输入电压7V，极限电流1.5A。当输出电流较大时，7805应配上散热板；输入电源为蓄电池电压，蓄电池剩余电量100%时，电压为12.7V，蓄电池剩余电量0%时，电压为10.5V［1］，能够满足7805集成稳压器输出5V电压的使用要求；C1、C2分别为47μF的输入端和输出端滤波电容；按钮开关闭合输出5V直流电压，按钮开关断开，输出0V直流电压；熔断器FU是为了出现短路时保护电源电路。

图2 系统5V直流稳压电源原理图

2.2 系统信号输入的电压采集电路

系统的输入信号是由LM339对点火开关ON时点火电压和蓄电池电压数据采集后送往单片机分析处理，电压数据采集电路如图3所示。

图3 电压信号采集电路

LM339（四路差动比较器）是在电压比较器芯片内部装有4个独立的电压比较器［2］，是一种常见的集成电路，主要应用于高压数字逻辑门电路。蓄电池的剩余电量可通过测量蓄电池的电压粗略地得出，车用12V铅酸蓄电池电压与剩余电量的关系见表1［1］。正常使用的车辆蓄电池电量都是满电，也即是其电压大于或等于12.7V。当蓄电池的剩余电量只有50%时，车辆起动困难，此时需要起动发动机利用车载发电机充电或拆下蓄电池负极线利用充电机充电，因此，蓄电池电量50%时为蓄电池亏电的临界点，此时蓄电池电压为12.0V，电阻R2两端的电压在蓄电池满电时大于9.07V，电阻R2两端的电压在蓄电池电量半电时为5V，L339端子6、端子7和端子1的关系见表2。当LM339的端子6电压大于端子7电压时，Output2输出高电平，当LM339的端子6电压小于或等于端子7电压时，Output2输出低电平。点火开关在ON 闭合时，LM339端子5的电压为蓄电池电压，点火开关在ON断开时，LM339端子5的电压为0V，端子4和端子5的关系见表3。当LM339的端子5电压大于端子4电压时，Output1输出高电平；当LM339的端子5电压小于端子4电压时，Output1输出低电平。

表1 蓄电池电压与剩余电量的关系

表2 蓄电池电压数据采集表

表3 点火开关数据采集表

2.3 单片机主要特点及其在本系统的使用

PIC12CE519单片机的总线结构采用的是数据总线（8位）和指令总线（12位）独立分开的“哈弗结构”，所以它具有精简指令集（RISC）的特点：速度快，效率高且功耗很低。它是世界上第1个8脚封装的8位单片机，功耗低，价格便宜，结构简单易于编程，运行时的功耗为2 mA，宽电压范围，工作电压为2.5～5.5V，内置4MHz RC型振荡源，可省外接震荡。PIC12CE519价格低廉，使用简单，功耗较低，这是本系统采用的主要原因。PIC12CE519单片机的管脚图如图4所示，每个管脚在本系统中的功能：GP0～GP5可由程序设计输入输出，VDD、VDS接电源+5V和搭铁线［3］。

图4 PIC12CE519单片机管脚图

PIC12CE519单片机改变I/O口的输入输出依靠写入寄存器TRIS的值，相应位写0，表示对应管脚被定义成了输出，相应位写1，表示对应管脚被定义成了输入。为了充分利用管脚，节约成本，减少空间，我们利用软件把GP4、GP5定义为输入端，把GP0、GP1、GP2、GP3定义为输出端。在本系统中使用GP4、GP5作为采集信号的输入端，GP0、GP1作为控制信号的输出端，GP2接发光二极管，用来指示系统正常运行状态，GP3悬空，不在系统中使用；系统采用的晶振是单片机内部的晶振。

2.4 手机提醒装置

手机提醒装置是由微型推拉电磁铁和一部老年人手机构成。微型推拉电磁铁 U形框架式外形设计，外壳方便安装，淘宝上可以低廉的价格购买，通电后动铁心灵活运动；工作电压直流3～48V，工作电流10 mA。老年手机中有一按键称为紧急呼叫功能，即手机背面有橙色SOS按键一键求救功能；开机状态下，长按该键2～3 s，即可同时先后自动依次发短信息给预设的5个紧急救助人，再自动依次拨打电话给预设紧急救助人，直到有人接听电话为止，电话一接通，警报声即刻停止。利用微型推拉电磁铁按照SOS按键的使用要求按动该键，在该手机中预存车主及其家人的电话，及时按软件设定的模式掌握车辆蓄电池亏电及车辆非法起动的信息。

3 系统的控制电路及其工作原理

系统的设计本着简单、可靠、配件易于购买及低成本的原则，其使用的电源全部是5V电源，系统最大工作电流在16 mA左右。图5为系统的控制电路。

图5 系统的控制电路

Output2是LM399电压比较器采集的车载蓄电池的电压信号，当蓄电池电压小于12V时为低电平，大于12V时为高电平，把此信号送入单片机，通过单片机的软件设置，把GP5作为输入端，以此判断蓄电池是否处于亏电的临界点状态12V。Output1是LM399电压比较器采集的点火开关的点火电压，把此信号送入通过软件设置的输入端GP4，以此判断车辆是否处于非法点火状态。车主使用车辆时，通过断开5V电源总开关K1停止本系统的使用。通过单片机的软件设置把GP0、GP1、GP2和GP3作为输出端，GP3作为输出端悬空，防止外界信号对单片的干扰。PIC12CE519单片机的每个I/O脚最大控制电路为25 mA，它可直接驱动数码管显示，因此把GP2脚输出带动发光二极管，以显示整个系统工作正常。GP0作为输出端通过驱动三极管使防盗继电器工作，当满足汽车非法起动条件时，它切断发动机的点火控制电路。GP1作为输出端通过驱动三极管带动微型推拉电磁铁工作，当满足汽车蓄电池亏电电压时或者车辆非法接通点火开关（合法接通点火开关就是起动车辆前断开系统电源开关），推拉电磁铁工作3 s然后停止；如果蓄电池亏电，每间隔30 min，动作一次；如果车辆非法起动，每间隔1 min，动作一次；系统这种工作状态一直到车主打开车门，断开此系统电源开关为止，提醒车主维护蓄电池充电或赶快抓窃贼，保护车辆。

4 系统单片机的程序设计

本系统采用C语言进行开发，其输入与输出的逻辑关系见表4，GP4=1为非法起动车辆，GP5=0为蓄电池处于临界亏电状态，GP0=0为防盗继电器启动切断点火控制线，GP1=0为微型推拉电磁铁工作对老年手机的SOS键拨号，GP2=1系统发光二极管点亮，表明系统正常工作。为实现上述功能，对单片机进行了设置：CONFIG=×××××××00110，禁止MCLR引脚复位，使能程序代码保护，使能WDT，使用内部RC振荡器；OPTION=00001111，使用引脚唤醒功能。TRIS=11110000，端口GP0、GP1、GP2、GP3为输出，其余为输入。

系统的流程图如图6所示。当系统电源开关闭合通电时，系统上电复位，进行初始化端口寄存器功能，端口GP0、GP1、GP2、GP3为输出端，GP4、GP5为输入端；程序使GP2端口为高电平，点亮系统的发光二极管，指示系统已经处于工作状态；系统检测车辆点火开关是否接通ON位置，GP4=0表示没有接通ON位置，系统检测GP5，GP5=0表示车载蓄电池电压（以12V为临界点）是处于亏电状态，单片机发出指令使GP1=0维持3 s时间，此时驱动三极管导通，微型推拉电磁铁导通3 s后断开，拨动老年手机SOS键，SOS键把预存在老年人手机车主号码拨通，提醒车主其汽车蓄电池即将亏电，间隔30 min后，再次拨通车主的手机号码，直到车主到车内断开系统电源开关或给蓄电池充电。

表4 系统输入与输出的逻辑关系表

如果系统检测到GP4=1表示非车主接通点火开关ON位置，单片机发出指令使GP0=0，GP1=0；GP0=0信号驱动三极管导通，防盗继电器工作切断点火电路，即使再高明的仪器也无法起动发动机，同时GP1=0维持3 s时间，驱动三极管导通3 s时间，微型推拉电磁铁通电3 s后断开，它拨动老年手机SOS键，SOS键把预存在老年人手机车主号码拨通，间隔1 min后，再次拨通车主的手机号码，提醒车主车辆被非法起动，赶快去保护车辆抓住窃贼。

图6 系统的流程图

5 结束语

本文对PIC12CE5191控制的汽车防盗及蓄电池亏电手机提醒系统在汽车实验室车辆、部分静态电流过大车辆（静态电流在100 mA以上的故障车辆）以及不关闭小灯开关的车辆上进行使用，性能可靠。系统的总成本约200元左右（主要采用不同品牌老年人手机因素造成成本差异），经过半年使用，从未出现过误判。特别是一个车主的手机可以同时得到多个车辆防盗和蓄电池提醒的信息，使车主对车辆防盗和蓄电池亏电的维护能够随时通过移动手机掌握情况，以便及时处理，使自己的车辆没有损失，使自己的出行不受影响。本系统体积小，很容易实现嵌入式安装，整个系统在车辆上拆装方便，不影响车辆的其他系统，性能可靠。整个系统的配件属于大众型配件，通过淘宝很容易购买，价格便宜。

本系统目前主要应用在院校汽车实训室科鲁兹轿车、威朗轿车及丰田卡罗拉轿车上和拥有车库家庭的车辆上蓄电池亏电提醒功能，以及失窃率比较高的低配车辆上比如日产阳光和北京现代瑞纳车辆上被盗提醒。系统蓄电池亏电提醒避免了车辆使用时无法起动，车辆被盗提醒和点火电路防盗避免了财产损失。

本系统的创新点：它采用了价格低廉，仅有8个管脚的PIC单片机作为控制器的控制核心，通过移动手机间通信实现了人车之间的联网。单片机根据系统需要进行了开发，合理设计了系统稳压电源电路、电压信号采集电路和单片机控制流程，使车主随时掌握车辆非法起动和蓄电池亏电信息。