基于单片机的汽车防盗系统设计

穆加彩

(江苏省连云港工贸高等职业技术学校,江苏 连云港 222000)

0 引言

与传统的专用处理器相比,单片机是应用最为广泛的一种计算机技术,是电子产品不可或缺的重要组成部分,手机、电脑、家用电器中都有许多单片机在工作。一般情况下,汽车安装需要配置几十部单片机。将防盗系统安装在汽车驾驶区域,当出现非法入侵时报警系统能够第一时间发出警报,并智能化切断汽车的点火电路,迅速向车主拨打报警电话。在汽车处于防盗功能开启状态下,发生汽车拖行或离地现象时,通过震动传感系统将得到的数据信息传送至单片机,当到达报警限制范围后发出警报,新型汽车融入指纹识别技术具有稳定的防盗优势,提高汽车的安全性和便捷性。

1 某汽车单片机防盗系统总体结构设计

1.1 系统设计目标及要求

在汽车防盗系统设计的过程中,采用单片机控制传感器,利用GSM模块与外界保持通信连接,在手机移动终端接受报警信息,通过手机控制关闭报警状态。同时,手机能够通过观察通信信息了解系统的运行情况,在防盗系统总体设计阶段查找相关文献,明确单片机震动传感器与GSM模块的具体工作原理,不断调节报警流程,以单片机为主导建立控制模块,负责对系统电路的监督与管理。利用震动传感器检测汽车的服务状态,在报警模块设置蜂鸣器,第一时间将接触到的数据传送到GSM模块,完成通信传达。系统软件设计首先需要规划好报警电路程序,选择合适的初始化结构,进行串口通信程序编写,并保证手机移动端具有短信处理功能,远程控制系统的中断与连接。在系统硬件调试和软件调试的过程中,通过单片机测试了解各系统模块的具体工作情况,当确定零部件处于稳定运行状态时进行调试检验。开启手机端控制报警装置,并检测汽车安装的报警器是否能够按照GSM命令做出警示。通过单片机监控系统电路的运行情况,一旦发生盗窃行为,汽车能够自动发出警报。灵活的防盗系统能够及时发出报警提醒,单片机的使用与传统的防盗系统设计方式相比,单片机的应用更加适合汽车嵌入式系统结构,能够保证报警信息的准确性[1]。

1.2 系统总体设计方案

通过单片机震动传感器获取震动信号,单片机能够自主控制蜂鸣器发出被盗警报。通过单片机GSM串口通信,将生成的报警信息以短信的形式发送到车主控制终端。车主能够远程利用手机短信关闭或开启系统。系统总结构设计主要分为:电源模块、控制模块、系统检验模块、报警模块、远程通信模块等。电源提供稳定电压完成供电,构建单片机附属电路进行控制,安装常闭型震动传感器,能够实时完成震动检测,根据振动频率通过蜂鸣器发出报警。按照UART协议传输到GSM通信模块,单片机是防盗系统设计的核心。通过单片机将电源模块、检测模块进行有效连接,能够自动完成震动信号检测,并根据信号频率判断是否需要激活蜂鸣器发出警报。GSM通信模块通常与户主的手机之间建立联系,用户远程进行系统关闭或开启处理,同样通过GSM通信模块安装复位电路与系统开关。系统安装阶段的焊接流程需要总结操作人员的设计经验,尽量防止漏焊、短路等安全事故的发生。软件设计阶段要结合系统服务功能分别编写不同类型的子程序,避免出现软件设计错误,在后续的修正过程中能够为程序清除提供便利。在调试阶段采用模块分开调试法,在汽车防盗系统内安装指纹识别模块,迅速完成指纹图像识别,并将得到的指纹信息发送到单片机,要求用户在汽车启动阶段完成指纹的输入、储存和数据对比。有效识别汽车用户是否为车主本人,分析继电器的工作状态,了解指纹识别情况,当出现指纹不匹配现象时,蜂鸣器会发出警报,LCD液晶显示屏输出具体工作状态。

2 某汽车单片机防盗系统硬件设计

2.1 电源、控制模块

电源模块与控制模块是单片机系统最基础的模块。总体系统结构元件设计需要电源作为支撑,为核心电子板与GSM模块供电。根据GSM模块的电压需求,选择合适的供电方式,在施工开始前设计接线图纸,当电源开关闭合时,供电电路为单片机提供电力。控制模块设计需要进行核心元件单片机的选择,作为防盗系统设计核心,单片机安装报警状态指示灯、蜂鸣器、震动开关、时钟电路等众多元件,可以在接收到时钟脉冲后,自动执行电路循环,单片机的复位按钮负责进行系统控制,单片机重新进行程序执行。不同类型的汽车所采用的主控芯片各不相同,一般情况下,单片机具有低电压、高性能的应用特点,在芯片设计阶段安装反复擦写的程序储存器,随时进行数据储存。运用高密度器件完成指令下达,并在主控芯片中设置中央处理器和储存单元,提高单片机的性价比,选择一些功能多元化的单片机,其输出的时钟频率为零时,软件处于休眠状态。通过串行口、中断口控制的方式唤醒系统,单片机处于省电模式下,所具有的运行功能自动停止,工作系统的运行状态由用户进行调节。

2.2 系统检测模块

在系统检测模块设计的过程中,常闭型震动传感器具有灵敏度高、体积小、便于安装的特点,在汽车防盗系统中作为震动报警装置。检测模块通过比较器完成信号输出,得到清晰、波形好的数据曲线。检测模块具有较强的驱动力,一般情况下传感器的工作电压控制在5 V以内,通过螺栓孔进行固定处理,安装过程十分简便。在检测模块运行阶段未检测到震动信号时,震动传感器内部的开关处于闭合状态,计算传感器输出端电平为低电平,指示灯发生变化。当检测模块获取到震动信号时,震动传感器开关处于开路状态,输出端的电平为高电平,指示灯保持不变,将震动器的输出端与系统单片机进行有效连接,检测模块在接收电力后,单片机会自动完成震动传感器输出端电压检测,判断电压处于高电平或低电平的状态。分析周围环境是否存在震动问题,并作出相应的报警提示。常闭型传感器作为单片机防盗系统的检测模块设计核心,当系统处于开启状态时,震动传感器随时做出系统监测。当检测到震动信号后,震动开关断开处理,输出端的电压为高电平,将输出端得到的信号频率直接发送到单片机做出检测判断。震动传感器的作用是对汽车内部的特殊震动进行实时监测,在出现汽车拖行或车辆离开地面现象时,震动传感器能够实时检测到未解除防盗功能信号下的环境信号,并将信号传送到单片机,由单片机完成数据分析,判断是否发出警报。除了常闭型震动传感器外,高灵敏位移传感器的应用作为全方位的固态器件,能够实现震动传感的微型化处理,将震动体进行密封炭化处理。根据周边提供的信号进行电容调整,具有较强的抗干扰性,输出的开关信号与单片机的输入电路进行有效连接,整体结构十分简单,具有较高的输出阻抗[2]。

2.3 GSM通信模块

GSM通信模块设计是在用户手机终端和汽车控制器之间建立信息沟通的模块,对防盗系统设计有着重要作用。采用不同型号的GSM模块,能够满足不同功能汽车的防盗需求。一般情况下,在GSM模块型号选择阶段,选择一些体积小巧、消耗功能率较低的模块芯片,在汽车内部建立便携式无线通信网络,GSM模块的控制命令要通过AT指令实现。AT指令负责接收与发送模块短信,由单片机对信息进行编码处理。通过统一的数据打包将其发送到GSM模块。单片机负责信息收发与解析,通过对信息的统一处理进一步完成GSM控制操作。GSM模块设计在供电后能够自行启动,接入电源时模块指示灯亮起,一盏灯处于常亮状态,一盏灯不停闪烁。根据灯亮的频率判断GSM模块当前所处的状态,主要分为网络搜寻状态、网络解析状态,通过指示灯闪烁频率观察判断GSM模块接入电源是否符合电源电压的基本规定,模块在收到电话信息后,模块串口输出字符串。观察指示灯变化情况,判断GSM模块是否接收到短信。在车辆防盗系统设计阶段,运用GSM通信模块能够确保通信流程的可靠性和安全性,突破传统指令下达所具有的距离限制,实现车主对汽车的远距离自动化监控。

3 某汽车单片机防盗系统软件设计

3.1 主程序设计

汽车防盗系统的设计软件程序,需要在完成硬件电路设计后,根据系统最终的功能目标进行程序编写。一般通过C语言来实现,对系统初始化处理,根据得到的短信提示输出报警信号。程序的编写是一个循序渐进的过程,通过模块化编程确保每项功能都有对应的子程序,严格按照编写顺序进行程序设计。系统完成电力输送后进行串口初始化,下达AT指令进行GSM模块初始化,分析是否顺利接收信息,完成短信解析处理,删除处理后的短信。震动传感器接收到震动信号时蜂鸣器会发出警报,并通过GSM模块向用户手机发送短信提示,车主能够第一时间接收到预警系统开放状态提示。当用户下达关闭指令后,由GSM模块将系统关闭指令下放到程序运行状态中,通过手机短信进行系统控制。

3.2 报警电路安装

在报警电路安装的过程中,可以融入独立式的指纹识别系统,利用DSP处理器搭配指纹传感器,在无上位机管理的状态下进行指纹录入、获取指纹图像,通过指纹对比完成智能化数据储存。将指纹识别模块与单片机进行有效连接。在连接过程中,为了保证TXD与RXD串行口输出输入的顺利进行,可以采用反接方式。报警电路将LED灯与继电器并联串联三极管,通过单片机软件进行统一控制。当三极管处于低电平状态时,继电器线圈通电,与单片机并联状态的二极管发亮。蜂鸣器的安装与继电器的安装相似,控制流程一致。根据系统多样化的按键功能,通过软件控制消除按键抖动,在报警电路设计阶段处于指纹识别模式状态下绿灯常亮,系统模式切换过程中红灯亮起,还可以将红灯作为指纹清除结果的判别标准。

3.3 报警工作流程

汽车内部的光电耦合器在工作过程中,输出端的加电信号会呈现出发光的状态,发光强度与电流的大小存在密切联系,当处于密封状态的受光器,接收到光照后会产生光电流,从输出端引出光电流实现光电转换。蜂鸣器的报警功能激发通过定时器、扬声器共同运行。系统在工作状态下输出高电平,经过反相器转化为低电平,定时器属于休眠状态,扬声器停止发声。当接收到报警信号后,位于中心区域的GSM芯片会自动中断服务,输出低电平经过反相器转化为高电平,定时器处于工作状态,扬声器会发出警报。蜂鸣器在报警过程中,即使汽车的蓄电池受到非法损坏,仍然可以完成报警流程,通常情况下报警电路连接自备电源,即使蓄电池卸下,汽车仍然会发出警报。GSM指令下达需要通过拨号模块,将接收到的报警信息通过信息储存模块进行通信发送通过单片机连接拨号系统,为用户提供不同类型的信号输出端,在发出警报的过程中进行信号采集。

3.4 智能化中断程序

中断程序主要采用普通的定时器来完成,系统在运行过程中需要自动检测是否处于开启状态。开启后指示灯亮起,通过震动传感器分析是否存在震动信号,当检测到震动信号后系统需要延迟进行确认,避免出现误判。延迟处理后系统仍然检测震动信号,需要启动报警装置,当检测系统处于关闭状态时,指示灯熄灭,分析是否出现按键按下的情况。在检查过程中要进行延时处理,当延时后系统仍然检测到按键按下,需要进行检测状态切换。检测阶段进入到松手检测,为了预防系统判断误差要进行延时检测。在程序分析阶段中断的速度较快,需要每10秒扫描一次。在进行防盗风险预防过程中,尽量加快扫描速度,保证判断结果的精准性,报警检测和按键检测都属于定时器中断程序的一部分。

4 某汽车单片机防盗系统调试

震动传感器、GSM模块、手机移动端之间的信息通信,无法通过仿真模型进行模拟。因此,在后续的防盗系统调试阶段,需要将整个系统的设计流程通过实物仿真的方式进行调试。建立单片机最小系统图,设计过程需要包含GSM通信模块、震动传感器以及蜂鸣器。在系统中分别设置按钮与开关,启动复位按钮开启蜂鸣器。在系统焊接的过程中按照接口图完成焊接工作,实物之间通过直线连接避免出现飞线问题,所设计的单片机防盗调试系统,通过USB电源进行单片机GSM模块供电。为了保证正常工作电源电压要与系统电压相一致,分别设计电源线和通信线与单片机保持连接。当传感器运行阶段未检测到震动信号时,指示灯处于常亮状态。当震动传感器检测到震动信号时,指示灯处于熄灭状态,单片机检测到高电平状态时触发蜂鸣器警报。在震动传感器区间设置传感器灵敏度调节模块,使其处于标准值范围内,避免出现传感器判断误差,监测状态通过手动开启按钮的方式,监测状态关闭时中断检测,蜂鸣器处于无声状态[3]。

5 结语

在汽车防盗系统设计阶段,调整好车辆防盗安全与解锁之间的关系,利用单片机构建防盗系统融入指纹识别模块、驱动模块、液晶显示模块。在进行汽车防盗系统设计的过程中,制定明确设计目标和基础要求,构建虚拟化系统结构分析模型,硬件设计分为电源控制模块、系统检测模块、GSM通信模块;软件设计包括主程序设计、报警电路安装、GSM指令下达和智能化中断程序。完成防盗系统设计后要进行系统调试,了解当前存在的单片机运行问题,并制定出科学合理的解决方案,满足当代汽车安全性设计需求。