参考基于gsm（全球移动通信系统）模块的车载蓄电池报警系统2013

武汉理工大学毕业设计（论文）基于GSM的车用蓄电池容量报警系统学院（系）： 信息工程学院 专业班级： 电子科学与技术0901班 学生姓名： 指导教师： 武汉理工大学毕业设计（论文）学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密囗，在 年解密后适用本授权书2、不保密囗 。（请在以上相应方框内打“”）作者签名： 年 月 日导师签名： 年 月 日武汉理工大学本科生毕业设计(论文)任务书学生姓名 王 凯 专业班级 电子0901 指导教师 吴友宇 工作单位 信息工程学院 设计(论文)题目: 基于GSM的车用蓄电池容量报警系统 设计（论文）主要内容：实现基于GSM的车用蓄电池容量报警系统，具体要求如下：1了解基于车用蓄电池容量估算的发展历程和现状，了解GSM模块发送报警短信的原理和方法，以及了解该课题可能的设计方法和手段。2熟悉keil开发环境。掌握选定单片机开发的特点和开发过程。3GSM的车用蓄电池容量报警系统实现功能为：铅酸蓄电池SOC估算；铅酸蓄电池SOC显示；铅酸蓄电池SOC信息的手机短信发送给车主。要求完成的主要任务:1. 查阅中、外文相关资料。2. 整理分析资料掌握基于GSM模块和单片机控制的相关知识。学习用于控制无线模块的AT指令，完成基于GSM模块车载蓄电池报警系统的设计和功能实现； 3. 撰写出毕业论文，不少于15000字。图纸折合成3张12号图纸，不少于15张图。4. 参考文献20篇，其中5篇外文参考文献。外文资料翻译（20000英文字符文献的翻译）。必读参考资料： 1赵冲基于GSM的防盗报警系统设计硕士学位论文西安：西安科技大学，20072张鲁，许春磊基于GSM的短信控制系统设计中国科技信息2006，3-573谢崇明GSM汽车防盗报警系统设计装备制造技术，2008(1)：1051074赵长奎GSM数字移动通信应用系统北京：国防工业出版社，20015胡汉才单片机原理及其接口技术清华大学出版社2004：418-420指导教师签名 系主任签名 院长签名(章)_ 武汉理工大学本科学生毕业设计（论文）开题报告1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）1.1 课题研究背景汽车代表了一个国家的工业化水平，一个非常发达的国家它的汽车工业一定是相当的发达的。可以毫不夸张的说二十一世纪是车轮上的世界，在第一台汽车被发明出来之后，汽车行业经历了蓬勃发展，从少数人的奢侈品到大多数人的消费品，汽车行业拉动了整个世界经济快速发展，汽车制造业逐渐发展成为跨行业，跨专业的综合性行业1。与此同时拉动一大批行业跨越式发展。随着科技的发展和人们生活水平的不断提高，现在的人们对汽车的舒适性和安全性提出了更高的要求。各大汽车公司都推出了自己的智能化汽车，中国在无人汽车驾驶技术上也取得了很大的进步。与此同时各种基于汽车舒适和智能设计都获得了额巨大的成功。如汽车防盗报警系统，嵌入式开发和车速自动控制系统。这些设计灵感都来源于生活。因此我这次的毕业设计也是基于这种理念并结合自己专业知识。相信众多有车一族都遇到过这种情况，当你因为赶时间下车时忘记关上车前大灯、车内照明系统或车载DVD时，当你回来时却汽车打不着火了，这是很尴尬的时刻，因为这时你只能选择拖车或者找好心人帮你推车借此给电池充电。又或者由于汽车长时间停在车库，汽车电池会缓慢的放电，等你来时可能电池的电量已经不足以达到汽车的点火电压，严重可能导致汽车电瓶的损坏，只能花大价钱更换电池。这只是生活中一点点的忽视，却会带来很大的不便和麻烦。在汽车行业趋于成熟的今天，致力于车载电池报警系统的确寥寥无几。这个正式我关注的方向。但汽车这一移动的物体无法用上传统的线路或者是电缆报警系统。这就需要利用利用当今广泛使用的移动通信网络GSM网络。GSM是Global System For Mobile Communications的缩写。由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上，是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。目前，基于分布式传感器的远程监控系统正在被越来越广泛的应用到实际生产生活中来。无线技术自然而然的在其中发挥了重大的作用，作为一种成熟的的数字通信系统标准，GSM在远程监控及通信中的应用具有多个突出的优点：1、GSM技术已经发展得相当的成熟，有着现成的标准和协议，只需掌握即可开发出具有实际应用价值的产品。市场上基于GSM技术的产品及工业半成品也很多，可以方便的移植应用到自己的开发产品中，对于缩短研发周期、缩减研发成本有重大作用；2、经过将近20年的发展，国内GSM二代移动通信基础设施网络建设得已经比较完善，GSM基站遍布到每个角落，这对于使用GSM设备及技术工作的各种系统提供了极大的便利；3、可以利用GSM网络实现超远程的监控管理，将数百个传感器监控系统分散到数百公里之遥进行检测变得可以轻松实现，相比使用其他的远程通信技术，它有着得天独厚的优势。随着GSM技术的成熟，价格越来越便宜，我尝试着将GSM模块用于车载电池报警系统中去，本次设计车载电池报警系统时考虑到了实际情况，决定采用单片微型计算机来实现。单片机由单个集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机经过1、2、3代的发展，目前正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引脚的功能更多，并实现了低电压、低功耗。汽车防盗报警器主要由三部分组成：电池电压检测电路，单片机处理电路，GSM模块报警电路。当车载电池电量下降到一定值时，通过电池电压检测电路发出信号，经过单片微型计算机处理后，输出报警信号，再由GSM模块实现报警。GSM模块中的SIM卡在联入互联网后在单片机的控制下会给指定的手机号码发送短信。由服务中心转发给目的地址，基于GSM的报警系统充分利用了GSM无线移动通信网络平台，不仅实时、自动、可靠及方便地实现了远程通信报警的监控，而且打破了防盗报警地域的限制。1.2 国内外研究现状早期的GSM模块主要是供手机厂使用，手机厂直接购买模块，配上外围的器件就可以生产一部手机。GSM模块解决了手机设计中复杂的射频发送和基带处理问题，并提供了标准的通信接口，厂商不用再从底层的芯片级开始进行手机的设计，缩短了设计周期。5年前，国内的手机厂家几乎都是购买国外的成品GSM模块进行二次开发生产手机的，近几年，随着国内手机设计公司的逐渐成熟，手机厂家才摆脱对GSM模块的依赖，转为直接从芯片级入手生产手机。目前，GSM模块依然在广泛的工业应用领域使用，在各行各业都能看到GSM模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用GSM模块将车辆行驶的GPS数据传输回车辆管理中心；在电力、水务系统，通过GSM模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了GSM模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭生活中，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了GSM模块。可以说，随着GSM的网络建设的完善，GSM模块的应用范围也越来越广。2、基本内容和技术方案2.1 课题的基本研究内容此电池报警系统采用单片机作为的控制芯片，由于汽车在行驶时发动机转动会自动给电池充电，电池就不会出现电量不足的情况，所以当汽车启动时，单片机会自动判断使报警系统自动关闭或进入休眠状态。只有当汽车关闭并且检测到电池电量下降到一点值时，检测电路会自动给单片机一个电平信号，通过单片机控制GSM模块向手机发送报警短信。本设计有两个难点：一是电池的性能不能直接观测，其性能需要通过电池的外在电压、电流、温度等参数进行判断，二是本课题涉及到GSM模块所以需要熟悉并学会使用AT指令进行纯文本方式报警。要求：（1）检测电路包括对开路电压、电流、温度的测量；（2）编写单片机C程序代码，实现RS232串口与GSM模块通信，控制GSM模块发出报警信号；（3）对电路和程序进行调试，最终实现短信报警功能。2.2系统工作原理本课题可以分为单片机基本电路模块、信号检测与处理模块、GSM通信模块、单片机控制模块四个模块。单片机基本电路模块主要包括电源电路、复位电路、时序产生电路，即构成单片机最小系统的基本电路；信号检测与处理模块主要包括开路电压检测、电流检测，温度检测，信号检测电路、信号处理电路（信号放大滤波等）；GSM模块采用的是明基公司推出的新一代无线通信GSM模块M22该模块的工作电压为3.35.5V，可以工作在900MHZ1800MHZ两个频段。自带RS232通讯接口，可以方便地与PC机、单片机连机通讯，安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务和传真。其中，由于短消息具有实现简单、通信成本低、保密性好、直接面向用户手机且不受地域限制等特点，是目前利用最为广泛的通讯方式2。在该报警系统中，将用户手机作为接收终端，当有情况时，手机会自动收到一条来自智能报警系统的报警短信，这样便可实时、可靠、快捷的实现远程报警。2.3 充电机系统总体设计方案其基本框图如图一所示：GSM单元液晶显示单元单片机电池监控单元蓄电池图一 系统总体方案框图3、进度安排第1周：选定毕业设计题目，并查找相关资料；第2-3周：查找资料；撰写开题报告；第4周：根据系统框架确定设计方案；第5-8周：完成硬件系统的制作与调试；第9周：完成软件系统；第10-12周：完成整个系统，并进行整机调试，修复出现的错误；第 13-14 周：撰写毕业论文；第15- 17 周：完善毕业论文并答辩。4、指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 选题背景11.2 GSM技术在汽车智能化中的应用11.3 车载蓄电池SOC技术发展21.4 本文主要研究内容31.5 论文的章节安排42 总体方案设计62.1总体设计方案62.2 电池监控电路62.2.1 硬件电路设计72.3 单片机系统选择82.3.1 方案选择82.4 GSM无线通信模块102.4.1方案选择102.5 显示屏的选择112.6 本章小结123 硬件电路原理分析133.1 电量测量电路分析与计算133.1.1基准源芯片介绍133.1.2 减法器电路设计143.1.3 模数转换电路163.2 单片机最小系统硬件设计183.3 GSM模块电路193.4 液晶显示模块硬件设计203.5 总体硬件框图213.6 本章小结224 系统软件设计234.1 总体框图234.2 单片机串口程序模块244.2.1 异步串口通信程序设计254.2.2 同步串口通信程序设计264.3 GSM无线模块程序设计274.3.1 AT指令与短信收发模式274.4 液晶显示与电压信号采集程序设计294.5 本章小结315 总结与展望325.1 总结325.2 展望与感想32参考文献34附录I 实物图35附录II 系统主要软件代码37致 谢44摘 要随着科技的发展以及人民生活水平的提高，现在的人们对汽车的舒适性和安全性提出了更高的要求。本课题的理念就是来源生活应用于生活。相信众多车主都遇到过汽车打不着火的时候，很多情况下都是由于蓄电池电量不足造成的。在汽车行业趋于成熟的今天，致力于车载电池报警系统的确寥寥无几。这个正是我关注的方向，本设计利用GSM模块设计了一种蓄电池容量报警系统，通过对国内外无线通信技术和蓄电池SOC的估算方法发展现状和研究，提出了系统设计实施方案。通过对个模块不同方案的比较论证和计算，确定了各模块电路设计方案和软件控制方法。在查阅相关资料的基础上，论文主要研究了蓄电池电量估算电路设计、信号调理电路设计、数模转换电路设计、单片机控制电路设计、GSM短信报警电路设计、液晶显示电路设计。本设计中选用明基公司的M22模块来实现远程报警；信号处理采用运算放大器和A/D转换器件实现电池电量的估算；单片机控制电路完成对输入信号的处理并经过串口与GSM模块通信，通过发送AT指令控制明基M22模块给用户发送短信实现智能报警。在对设计方案的不断改进和对硬件电路的调试之后，完成了系统设计和功能实现，基本达到期望设定值。电量估算电路和调理电路以十二位A/D转换芯片为核心，能准确的采集蓄电池开路电压并送到单片机主控单元，采集到的信号在液晶屏上显示出转换好的蓄电池SOC值，到显示屏上显示的电量值小于50%时会自动给指定手机号码发送报警短信。本系统的设计是在特定汽车环境上设计而成的，以汽车实际工作情况作为依据设计，可是由于汽车环境的复杂性和严密性无法实际满足汽车蓄电池运行的复杂可变条件，本文旨在基本完成了对蓄电池电量估算并实现短信报警功能。通过实物的岩石探讨此设计理念的可行性，为以后深入的研究提出方案和思路。 关键词：电量估算，GSM模块M22，单片机AbstractWith the development of science and technology, as well as peoples living standards improve, now, of the comfort and safety of a car put forward higher requirements. This project concept is the source of life to live. Believe many owners have experienced it when the car wont start, many cases are caused due to insufficient battery power. In todays automotive industry matures, there are few dedicated to car battery and alarm system does. This is what I am concerned about the direction this design uses GSM module for a battery capacity alarm system through wireless communications technology at home and abroad and the methods of estimation of SOC of battery development and research, proposed the programme of implementation of system design. Module through the demonstration of different options and calculations, determine the module circuit design and software control methods.After reviewing relevant information , based on the thesis, the battery power estimation circuit design, signal conditioning circuit design, digital to analog conversion circuit design, MCU control circuit design , GSM SMS alarm circuits , liquid crystal display circuit design. Selection of the design of the BenQ M22 module to achieve remote alarm ; signal processing using operational amplifiers and A / D conversion device to achieve the battery estimate ; MCU control circuit to complete the processing of the input signal and communicate through the serial port and GSM module , by sending BenQ M22 module AT command control to the user to send text messages to achieve intelligent alarm .In the continuous improvement of the design and after debugging the hardware circuit, complete system design and implementation, essential to achieve desired set value. Estimation of power and conditioning circuit with 12-bit a/d converter chip at its core, can accurately capture the battery open circuit voltage and sent to the MCU control unit, collected signals convert better on the LCD the battery SOC values, to the power value is shown on the display is less than 50% will automatically send alarm SMS to specified phone numbers. Design of this system is designed on the specific automotive environments, for cars actually work as a basis for design, but due to the complexity and rigour of automotive environments able to run complex variable actually satisfy the car battery condition, this article is intended to complete the estimation and realization of SMS alarm function on battery power. Physical rock exploring the feasibility of this design concept, in-depth research proposals and ideas for the future.Key words: power estimation, M22 GSM module, microcontroller II1 绪论1.1 选题背景汽车的发明改变了人类发展的历史进程，促进了国民经济发展，给人们的生活带来了诸多便利，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分。自1886年第一台汽车问世以后，汽车行业经历的蓬勃发展，从少数人的奢侈品到大多数人的消费品，汽车行业拉动了整个世界经济快速发展，特别是九十年代中后期以来信息高速公路的贯通，有力的促进了世界汽车产业的全球化发展。国际互联网的广泛使用使得信息传递的方式更为多样化，提高了信息传递的速度和内容，使汽车产业发生了翻天覆地的变化，大大促进了汽车设计的创新与发展。随着科技的发展和人们生活水平的不断提高，现在的人们对汽车的舒适性和安全性提出了更高的要求。各大汽车公司都推出了自己的智能化汽车，中国在无人汽车驾驶技术上也取得了很大的进步。与此同时各种基于汽车舒适和智能设计都获得了巨大的成功。本课题的理念就是来源生活应用于生活。相信众多有车一族都遇到过这种情况，当你因为赶时间下车时忘记关上车前大灯、车内照明系统或车载DVD时，当你回来时却汽车打不着火了，这是很尴尬的时刻，因为这时你只能选择拖车或者找好心人帮你推车借此给电池充电。又或者由于汽车长时间停在车库，汽车电池会缓慢的放电，等你来时可能电池的电量已经不足以达到汽车的点火电压，严重可能导致汽车电瓶的损坏，只能花大价钱更换电池。这只是生活中一点点的忽视，却会带来很大的不便和麻烦。在汽车行业趋于成熟的今天，致力于车载电池报警系统的确寥寥无几。这个正式我关注的方向。但汽车这一移动的物体无法用上传统的线路或者是电缆报警系统。车载电池对汽车的正常使用有着极其重要的作用，不仅仅是点火系统，在信息喷张的现在：像车载导航，车载视频电视，报警系统都会受影响，汽车行业趋于日益趋于成熟，但是注意到致力于车载电池报警系统的确寥寥无几。这个正是我关注的方向。通过GSM模块无线通讯功能这一优势，即便是在高速运动中的汽车也可以得到很好的利用。1.2 GSM技术在汽车智能化中的应用当前，单片机和PC机通过串行接口构成的多微机系统己经广泛应用于工业控制、环境监测等场合，这些系统大多采用是有线modem的通信方式，虽然很经济适用，但是有线数据传输方式很大程度上限制了其使用的场合，使得在偏远的山区和架设通信线路比较困难的地区无法应用。针对这种情况，国内外的很多开发者在传统的单片机系统中利用支持语音、短消息(SMS)、数据通信、传真等业务的GSM引擎模块，结合有的单片机系统通过RS一232接口连接GSM模块，从而利用GSM网络实现数据的无线传输。GSM是（Global System For Mobile Communications）的缩写。由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上，是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200个国家和地区超过10亿人正在使用GSM电话。GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，因此GSM被看作是第二代(2G)移动电话系统。这说明数字通讯从很早就已经构建到系统中。GSM是一个当前由3GPP开发的开放标准。早期的GSM模块主要是供手机厂使用，手机厂直接购买模块，配上外围的器件就可以生产一部手机。GSM模块解决了手机设计中复杂的射频发送和基带处理问题，并提供了标准的通信接口，厂商不用再从底层的芯片级开始进行手机的设计，缩短了设计周期。5年前，国内的手机厂家几乎都是购买国外的成品GSM模块进行二次开发生产手机的，近几年，随着国内手机设计公司的逐渐成熟，手机厂家才摆脱对GSM模块的依赖，转为直接从芯片级入手生产手机。GSM模块是继GSM手机外又一种非常重要的GSM移动通信系统的终端设备。GSM模块在短信息方面的应用最具优势，具有永远在线、不需拨号、价格便宜、覆盖范围广等特点，特别适用于需频繁传送小流量数据的应用，实现无线数据的双向传送、无线远程检测和控制等。目前，GSM模块依然在广泛的工业应用领域使用，在各行各业都能看到GSM模块应用的产品。例如，在车载监控领域，使用GSM模块将车辆行驶的GPS数据传输回车辆管理中心；在电力、水务系统，通过GSM模块实现了远程智能抄表，可以实时监控用户的用电和用水量；在测绘行业，为很多偏僻的测绘点安装了GSM模块实现了实时的监控，不必再人工收集数据；在家庭生活中，可以安装无线报警系统，一旦发生火情或盗窃行为，可以立即通知户主和报警；在国外，很多老人小孩带了个人跟踪器，防止老人和小孩走失或意外发生，里面也是集成了GSM模块3。可以说，随着GSM的网络建设的完善，GSM模块的应用范围也越来越广。本选题基于GSM车载蓄电池报警系统实际上就是一个基于GSM网络应用的远程监控系统，通过这道题的实际设计及测试，可以让参与者深入了解GSM具体硬件设备的工作原理，以及使用GSM技术实现远程监控的可行性。1.3 车载蓄电池SOC技术发展随着电池能源的广泛应用，对电池运行状态的管理变得越来越重要。所谓电池管理，就是对电池组、电池单元运行状态进行动态监控，精确测量电池的剩余容量SOC(state on charge) ，同时对电池进行充放电保护，并使电池处于最佳工作状态，充分发挥电池的功能。电池管理系统就是实现该功能要求的管理系统。由于电池工作方式的特殊性，电池的管理特别是电池剩余电量状态SOC 的测定十分困难4。本课题的着重点是基于GSM模块进行远程监控，实现功能是传统汽车蓄电池电量报警，目的是使司机能及时发现汽车电量不足，避免造成打不着火或者电瓶损坏造成的不必要的损失。所以系统还需要解决的问题就是如果检测电池电量SOC并且转换成数字信号。新能源汽车来来逐渐替代传统汽油车已成为各国发展汽车产业的共识，动力电池成为新能源汽车发展的核心和瓶颈。目前新能源汽车要是指混台动力车(HEV)，电池电动车(BEV)和燃料电动车(FEV)等。目前这儿种新能源汽车都得到广泛的研究，并有相关车型投放市场，动力电池技术的成熟是新能源汽车发展的关键。混合动力汽车是已经开始商业化的新能源汽车发展纯电池电动汽车更符合我国国情，其核心在动力电池技术上的突破5。混合动力车的电池系统包括电池模块，动力电源部件和控制系统，能量的主要求源是电池模块，混合动力车的油电的混合程度不同，对电池的性能要求也不样。混台程度越低，对电池的依赖性越小所以对电池的能量高度和功率密度要求比较低。纯电动车对电池能量密度和功率密度要求比较高，但是随着电池技术的成熟，也能逐渐得到满足。车载电池SOC的测量是电池管理系统设计的难点和重点。国外关于电池SOC的研究大多是通过测量电池的电流电压等外界参数找出SOC与这些参数的关系以间接的测出电池的SOC值。目前常用的有开路电压法、容量累计法、电池内阻法等。将来的SOC预测一定是模糊判别和精确计算的有机结合，而这些方法都可以成为模糊判断或精确计算公式中的有机组成部分。电池荷电状态SOC（State Of Charge）描述电池剩余电量的数量，是电池使用过程中的重要参数。早期电动汽车电池主要用电压作为限制条件来防止过充或过放，这样的限制条件目前已经不能满足电动汽车的要求。一方面，电动汽车要求准确估计电池的SOC，以便从充分发挥电池能力和提高安全性两个角度对电池进行高效管理，进一步提高整车性能；另一方面，电动汽车电池在使用过程中表现的高度非线性，使准确估计SOC具有很大难度。两方面的结合，促使电动汽车电池SOC估计的研究工作不断开展，新方法不断出现。1.4 本文主要研究内容此电池报警系统采用单片机作为的控制芯片，由于汽车在行驶时发动机转动会自动给电池充电，电池就不会出现电量不足的情况，所以当汽车启动时，单片机会自动判断使报警系统自动关闭或进入休眠状态。只有当汽车关闭并且检测到电池电量下降到一点值时，检测电路会自动给单片机一个电平信号，通过单片机控制GSM模块向手机发送报警短信。本课题以汽车车载电池报警的作为研究对象，基于GSM通信模块和蓄电池电量监控。这也正此课题的两个难点。1）蓄电池荷电状态（SOC）是不能直接得到的，只能通过对电池外特性电池电压U，电池电流I、电池内阻R、电池温度T等参数的检测来推断SOC的大小。为保证用电系统的稳定性，对蓄电池剩余电量的监测是一项很重要的工作，常用的检测方法有：密度法、开路电压法、放电法和内阻法。这4种方法的缺点是测量精度低，不适合在线测量。清楚汽车构造的人肯定知道，汽车车载蓄电池是一个可以反复充放电的高容量电池，可以提供汽车打火；车内照明；前照大灯；雨刷等等电气设备的使用。当汽车在行驶过程中发动机的转动会自动给车载电池充电，所以车主就不需要麻烦的自己给电池充电。也就是说当汽车发动的时候汽车会通过车内的充电机将汽车燃烧的热内转化为蓄电池的电能。由此可以看出当汽车发动后就不会存在蓄电池没电的情况，只有在汽车没有发动的时候并且有车载电器使用时，或者是汽车长时间停放致使电量消耗才会造成蓄电池没电。由于此电池电量系统不需要进行电池电量的精确显示，只需要到电量低到一定值时报警提醒车主电池快没电了，需要采取相应的措施。我们可以将此系统的范围限定在汽车没有发动的时候，这时我们可以将蓄电量两端电压近似的处理为电池开路电压。综上因素可以选择开路电压法达到近似测量电池电量的目的。2）明基M22通信模块具备GSM无线通信的全部功能，并提供标准的UART串行接口，支持GSM07.05所定义的AT命令集的指令。因此，MCU能够非常方便地通过UART接口与GSM模块连接，并直接使用AT命令就可以方便简洁地实现短信息的收发、查寻和管理。3）AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。进行车载电池监控需要考虑到系统的稳定和长时间工作性，必须满足低功耗要求。51单片机是一款入门级别单片机，因为它的资料非常多，非常利于入门的学习。本课题的主要工作有:1)完成基于GSM车载蓄电池报警系统总体方案设计。包括GSM短信息模块电路完成，单片机最小系统搭建等。2)系统单片机主控模块硬件电路设计和调试。3)各子功能模块硬件电路设计和调试。包括开路电压检测，电流检测，温度检测模块等实现对车载电池监控。4)通过对程序的整体规划，确定了单片机工作状态，编制单片机的软件，实现主控单片机模块与GSM短信模块及各子功能模块的有效通讯，及各既定功能。5)进行系统软硬件调试和试验，验证系统的可行性、可靠性。1.5 论文的章节安排本论文的章节安排如下：第一章绪论； 第二章总体方案设计； 第三章硬件电路原理分析； 第四章系统软件设计；第五章结论与展望。52 总体方案设计2.1总体设计方案根据系统功能的要求和系统构成的需要来设计报警器，其总体设计方案如图2.1所示。采用单片机作为控制中心，配有电池监控系统，液晶显示模块，GSM无线通信模块。电池监控系统可以比较高精度、实时地在线监测蓄电池剩余电量、当前电压、电池温度等信息，并通过串行通信协议不断的传送给单片机处理。当电池监控系统采集到核定的电池剩余电量时，单片机会做出反应控制GSM无线通信模块像指定用户发送报警短信。GSM模块单元单片机电池监控单元蓄电池液晶显示单元 图2.1 报警器总体设计方案框图2.2 电池监控电路为保证用电系统的稳定性，对蓄电池剩余电量的监测是一项很重要的工作。但是蓄电池荷电状态（SOC）是不能直接得到的，只能通过对电池外特性电池电压U，电池电流I、电池内阻R、电池温度T等参数的检测来推断SOC的大小。以上这些参数与SOC的关系随电池老化的过程而改变，这中间含有很多不确定因素，而且电动汽车动力电池的工作状态及环境随电动汽车的行驶而随机改变，因此电动汽车动力电池SOC的获得已成为电动车领域的一个难题。目前最常见的研究方法是通过研究电池复杂的外特性，如开路电压、恒流放电时电压的变化规律、电池内阻特性等来获得SOC。电压测量法：利用电池的开路电压与电池的放电深度的关系，测量电池的开路电压来估计SOC。开路电压法比较简单，但是不能用于动态的电池SOC估计。当蓄电池两端带负载或是充放电时此时电池的SOC为动态曲线，而开路电压法就是通过测量电池的开路电压值，对应固有SOC曲线来估算电池的剩余电量。所以在动态条件下很难得到满意的结果。但是考虑到此系统仅仅只在汽车不发动的限定条件下使用，此时只有车载用电器的使用，没有发动机启动时的冲激电压的干扰。我们可以将蓄电池两端电压近似的处理为电池开路电压。并且此系统的要求仅仅只是估算电量的值不需要很高的精度。而且开路电压法电路简单，计算原理容易理解。综上选择开路电压法。2.2.1 硬件电路设计如图2.2电池监控电路，蓄电池两端开路电压是一个连续变化的模拟量，而单片机系统内部运算时用的全部是数字量，即0和1，因此对单片机系统而言，我们无法直接操作模拟量，必须将模拟量转化成数字量。所谓数字量，就是用一系列0和1组成的二进制代码表示某个信号大小的量。用数字量表示同一个模拟量时，数字位数可以多也可以少，位数越多则表示转换的精度越高，位数越少表示的精度就越低。铅酸蓄电池运算放大电路A/D转换电路单片机系统图2.2电池电量监控单元如果要采集蓄电池开路电压时，需要在前端加上模/数转换器将模拟电压信号转换为数字电压信号以便单片机处理，常用的A/D转换有8位，10位，12位，16位。一般最常用的是8位，如果对精度要求更高就需要选择12位或者16位。标准A/D转换器的电压在5V左右。常用的车载蓄电池额定电压是12V，但是很少有这么高电压的A/D转换器。为了适应A/D转换器的电压范围，在A/D转换前端就需要加上降压电路，将12V的电源电压降到5V左右。集成运算放大器是由大量的三极管和电阻组成的一个复杂的电路，用于信号的运算、处理和产生。运算电路主要有比例运算电路、求和运算电路、微分和积分电路、对数与指数电路、模拟乘法器等等。运算放大器的线性应用是运算放大器应用电路中最重要的组成部分。所谓“线性应用”是指运算放大器输出信号与输入信号保持一定的线性函数关系，对于在线性区的运算放大器，由理想参数可导出两条重要法则，即“虚短”和“虚断”。减法器是运算放大器的一个重要应用，在差分输入方式的输出输入关系式中看出该电路课构成减法器。输入信号Ui1和Ui2分别通过和加到运放的反相端和同相端。输出电压经反馈到反相输入端。如图2.3所示 图 2.3 反相器结构2.3 单片机系统选择2.3.1 方案选择方案一：基于AT89C51构建最小系统AT89C51单片机简介6：AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚图如图2.4所示。图2.4 单片机引脚图主要特性7：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路 方案二：基于飞思卡尔MC9S12芯片的最小控制系统飞思卡尔MC9S12是采用高性能、低功耗的、具有很高的集成度的HCS08 内核、背景调试模块，该模块具有单线的调试及仿真接口。该产品的特色还包括两个可编程的16 位定时器模块(TPM)，是同类产品中最灵活、又最经济的模块之一。飞思卡尔MC9S12性能:工作电压为2.7-5.5V、工作电压为5V时，总线频率高达8MHz、两个具有输入捕捉，输出比较和PWM功能的定时器、4K FLASH存储器，256字节RAM、4通道10位模数转换器(ADC)。从技术角度分析，MC9S08QD4 微控制器提供了更强的功能和更大的灵活性，同时与基于RS08内核技术的超低端KA系列及高集成度的S08控制器QG系列保持引脚兼容。MC9S12设备又是高度集成的，可在一个小巧的8针脚封装内支持5V操作，因此非常适合用于需要较高电压的成本敏感型应用。引脚图如图2.5所示图2.5 MC9S12引脚图MC9S12XS128 是16 位单片机，由16 位中央处理单元（CPU12X）、128KB 程序Flash(P-lash)、8KB RAM、8KB数据Flash(D-lash)组成片内存储器。主要功能模块包括： 内部存储器 内部PLL锁相环模块 2个异步串口通讯 SCI 1个串行外设接口 SPI MSCAN 模块 1个8通道输入/输出比较定时器模块 TIM 周期中断定时器模块 PIT 16通道A/D转换模块 ADC 1个8通道脉冲宽度调制模块 PWM 输入/输出数字I/O口方案确定：飞思卡尔MC9S12系列单片机是采用高性能、低功耗的、具有很高的集成度的HCS08 内核、背景调试模块，该模块具有单线的调试及仿真接口。功能齐全，性能稳定是一款实际应用十分广泛的芯片。但是飞思卡尔MC9S12系列单片机功能较为复杂不容易上手。从设计角度来看AT89C51单片机指令简单，易学易懂，外围电路简单，硬件设计方便，io口操作简单，无方向寄存器，资源丰富，一般设计足够用了，价格便宜、容易购买，资料丰富容易查到，程序烧写简单，。并且与电量测量电路采用简单的串行通信协议，简化电池容量控制系统 。所以综上所述选择方案一较为合理。2.4 GSM无线通信模块2.4.1方案选择方案一：由PT2262/ 2267无线发射模块及传感器组成的无线报警系统PT2262 和PT2272 是COMS专用编、译码电路，振荡频率通过外接电阻进行调节，PT2262发出的编码信号由地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字8，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对与编码地址一致后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，在系统设计中，PT2262和PT2272的A0A7为地址端(可置为“0”、“1”、“f”(悬空) 3种状态，最多有6561个地址码) ，D0D3为数据端(可置为“0”、“1”两种状态，最多有16种) ，通过开关SW来设置。只有PT2262和PT2272地址编码完全相同，才能配对使用，而通过PT2262不同的数据端区别报警地点及报警类型，所以所有PT2262的地址码与单片机相连的PT2272都设为一致9，而各个PT2262的数度设不同，在家庭内部组建一个报警探测网，由此实现“一收多发”。编码发射模块、接收解调模块的有效作用距离在室内大约为几十米，在一户家庭内使用已经足够。方案二：明基M22无线通信GSM模块目前，国内已经开始使用的GSM 模块有很多，而且这些模块的功能、用法差别不大。此方案采用的是明基M22模块。这种无线模块设计紧凑，大大缩小了用户产品的体积。M22与GSM2/2 兼容、双频（GSM900/GSM1800）、RS232 数据接口，该模块及射频电路和基带与一体，向提供标准的AT 命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输，方便用户的应用开发及设计。M22模块是明基公司推出的新一代GSM无线通信模块，它可以快速可靠的实现数据、语音传输、短消息服务SMS(Short Message S