毕业设计（论文）-基于GSMCDMA的防盗报警系统.doc

I毕业设计毕业设计（ （论论文）文）题题目目: : 基于 GSM/CDMA 的防盗报警系统 专专业业: : 测控技术及智能仪器 II论 文 摘 要随着科技的发展，汽车是越来越安全了，但是窃车贼的手段也是越来越高明了。防盗车窗还是能被打破，电子锁照样能被撬开，也就是汽车盗窃的物理途径不能被完全切断。我们可以想象这样一个窃车的场景：汽车先被拖到一个偏僻的角落（异常移动），接着车窗或者车门被强力打开（异常的振动和震动），随后汽车就被盗走了。于是我们想如何在这些异常情况发生时，能自动的被快速、准确的检测到，同时快速、有效的报警呢？本设计是为了解决传统汽车防盗方式的缺点和不足而开发一种崭新的集成传感、控制和报警三大功能模块的汽车防盗 GSM 报警系统，通过安装该报警器在汽车中，当传感器收到汽车震动、移动信号时，以 GSM 网络为信道，把报警信息通过短信/电话通知用户，从而实现准确、实时的报警效果关键词关键词：电子锁 报警器 震动 移动信号IIIAbstractAlong with the technical development, the automobile was more and more safe, but stole Che Zei the method also is more and more wise The security glass can break, the electron locks can pry open in the same old way, also is the physical way which the automobile steals cannot shut off completely .Our conceivable such steals the vehicle the scene: The automobile is towed first (exceptionally moves) to a remote quoin, then the glass or the vehicle door are turned on by the force (unusual vibration and vibration), afterwards the automobile is robbed. How therefore do we want occurs when these unusual situations, can automatic by fast, the accurate examination, simultaneously is fast effectively, reports to the police? This design is in order to solve the traditional automobile security way shortcoming and insufficient develops one kind of brand-new integrated sensing, controls and reports to the police three big function module automobile security GSM alarm system, through installs this alarm apparatus in the automobile, when the sensor receives the automobile vibrates, the motion signal, take the GSM network as the channel, reports to the police the information through the short note/telephone message user, thus realizes accurately, real-time reports to the police the effectKeywordsKeywords：electron locks alarm apparatus automobile vibrates motion signalIV目录论 文 摘 要 .IABSTRACT .II目录 .III第章 绪论 .11.1. 机械式防盗器.11.2. 电子防盗器.11.3. 网络防盗器.11.4. GPS 防盗的缺陷： .1第 2 章总体设计 .32.1 系统的目标任务.32.2 系统的总体设计.3第 3 章系统的结构框图及工作原理 .4第 4 章 硬件设计及软件设计 .64.1 主要芯片.64.1.1 GSM/CDMA.64.1.2 AT89S52.74.1.3 MAX813L.124.1.4 传感器.134.1.5 加速度传感器 ADXL202.174.2 PDU 格式简介.214.3 报警策略 .224.4 软件流程 .224.5 程序框图.234.5.1 程序流程如图如下：.234.5.2 程序的主循环如下图.244.6 控制电路.254.7 应用情况和改进设想.26结论 .27致谢 .28参考文献 .29附录 1 程序清单.30V1.1 系统主程序.301.2 报警子程序.321.3 设置短信息格式子程序.321.4 拨号报警子程序.341第章 绪论现行流行的汽车防盗器可以简单归纳为三大类，即：机械式防盗器、电子防盗器和网络防盗器，从盗车者破解的难度看，上述三类防盗器越往后科技含量越高，但价格也基本与科技含量成正比。1.1. 机械式防盗器 机械式防盗装置是市面上最简单、最廉价的一种防盗装置，其原理十分简单，即锁住转向盘、控制踏板或挡柄。 优点：价格便宜，安装简便，几百元甚至几十元就能搞定。 缺点：防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。 1.2. 电子防盗器 电子防盗装置电子防盗就是给车锁加上电子识别码，开锁或配钥匙都需要输入十几位密码。电子防盗的最大卖点在于密码解锁和声讯报警。 电子防盗装置的主要功能有以下四种：声讯报警功能、安全提示功能、遥控寻车功能、中央门锁遥控功能。 1.3. 网络防盗器 网络防盗装置即利用现代电子信息技术、航天技术和网络技术，实现汽车与车主的实时信息反馈，以全球卫星定位系统（GPS）为代表。其利用接收卫星发射信号与地面监控设备和 GPS 信号接收机组成全球定位系统，卫星星座连续不断发送动态目标汽车的三维位置、速度和时间信息，从接收到的反馈信息来获知汽车当时所处的位置。目前的 GPS 系统具有车辆定位、反劫报警、网络防盗、遥控熄火、车内监听、抛锚救援、路况信息、人工导航、车辆查询等多种功能。21.4. GPS 防盗的缺陷：一是没有建立卫星定位地面监控中心的地区 GPS 无法工作；二是由于卫星数量有限，信息扫描覆盖存在一定“盲区”，从而使监控实际上经常处于间断“丢失”状态；三是价格一般都在数千元以上，光安装一套不带显示屏的 GPS 就需要花费六七千元，而每年还需向服务商交纳近千元的服务费。高昂的费用让许多车主望而却步。 此汽车防盗 GSM 报警系统是集传统车载式防盗报警单元和 GSM 全球通移动通信网路控制为一体的高科技产品。该产品无需设运营中心，依托覆盖率极高的GSM 公众网络，利用 GSM 无线通讯业务和短消息增值业务，采用人车互动主动防盗模式，对车辆进行远程监控和定位；具有遥控监听现场语音功能、遥控呼叫语音报警功能、发送和遥控关闭报警短消息功能、被劫报警按键、振动报警等功能，使车主摆脱了看不到、听不见的被动防盗尴尬局面；无需设运营中心，解决了 GPS 入网成本高以及普通的车辆防盗报警器监控范围小，不胜其烦地声响噪音等问题，能让您的汽车随时随地尽在您的掌握之中。3第 2 章总体设计2.1 系统的目标任务系统的目标任务包括：主控器对 GSM/CDMA 模块具有实时控制性；确保 GSM/CDMA 工作的稳定性；要求系统的抗干扰性和报警功能齐全；用户可以对报警器进行实时管理；报警统具有灵活性、系降低产品成本。 2.2 系统的总体设计根据以上目标任务，为了使系统具有灵活行，这里采用分体组合的方法，使得外部的传感和报警装置独立起来，整个系统的优点如下：主控器能及时地对 GSM/CDMA 模块收到的短信息采取相应的处理，保证了系统的抗干扰性。系统采用轮询握手的方式保证模块能够正常工作，避免系统进入死锁状态。用户可以直接使用自己的收集和系统进行控制，如设防、撤防、修改密码、查询状态等。系统具有远程性，不受距离的影响。多路传感器和继电器输出保证了系统的报警检测方位的齐全和遇警处理强大功能。加设匪警按钮，遇匪可以直接向家人或者 110 报警，确保车主的安全。4第章系统的结构框图及工作原理根据系统的目标任务以及总体设计方案，本系统主要框图如图 1，系统有主控机、传感器、继电器组、蜂鸣器、手机模块构成。各个部分重要功能如下：（1）控制主机，主控机核心为 89S52 单片机，主孔机负责接受传感器的报警信号向继电器和蜂鸣器发出动作控制命令。主控机和 GSM/CDMA Modem 之间通过 USB 或者 RS232 串口进行双向通信，接受来只 GSM/CDMA Modem 的控制信息，根据车主的控制命令进行系统设置，当接到传感器的报警信号后主控机要控制 GSM/CDMA Modem 拨打设定的电话号码或发送短信息。（2）GSM/CDMA Modem（手机），主要负责向主控机传送控制信息、向主控机指定的电话号码发送报警信息。（3）继电器、蜂鸣器，继电器在主控机的控制下执行锁死车门，切断电路、油路等保护动作，蜂鸣器发出报警声音。（4）报警传感器，可以选配红外报警探测器、振动传感器等，本系统最多允许接入 4 路报警传感器。本系统的工作原理是：当汽车遭受盗窃时，由于车身的异常运动情况5被加速度传感器所监测到，系统 CPU 根据两个加速度传感器的三路加速度信息，通过系统设定的分析、处理和分类算法，生成若干类报警信息；同时，系统 CPU 控制 GSM 模块发出短信报警。 本设计汽车防盗 GSM 报警系统的实现情况：首先，利用加速度传感器检测汽车的是否存在异常移动、异常振动、异常振动、异常提升和车身异常切斜等等情况。其次，控制单元根据算法模型分析、报确认上述异常情况的发生。最后，GSM 模块收到确认的异常情况信号信息，便向预先设置的用户发送警信息，如=部门、用户及第二级用户。用户接到报警信息后还可以回拨监听，实现互动。下面给出一个应用示意图如下：6第 4 章 硬件设计及软件设计4.1 主要芯片4.1.1 GSM/CDMA 软件部分则基于现在市场上大多数 GSM/CDMA Modem 均支持 GSM07.05 规定的AT 指令集。该指令集是 ETSI（欧洲通信技术委员会）发布的，其中包含了对拨号和收发 SMS 的控制。利用 GSM/CDMA 手机的串行接口，单片机向手机手法一系列的 AT 命令，就能达到控制手机拨号和收发 SMS 的目的。常用的 AT 指令如下与与 SMSSMS 有关的有关的 ATAT 指令（指令（GSM07.05GSM07.05）命令命令功能功能ATDATD拨号拨号ATHATH挂机挂机ATAATA接电话接电话ATDLATDL重拨上一次电话号码重拨上一次电话号码AT+CSMSAT+CSMS选择短信息服务选择短信息服务AT+CPMSAT+CPMS选择短信息内存选择短信息内存AT+CMGFAT+CMGF选择短信息格式选择短信息格式AT+CSCAAT+CSCA短信息中心地址短信息中心地址AT+CNMIAT+CNMI显示新收到的短信息显示新收到的短信息AT+CMGRAT+CMGR读短信息读短信息AT+CMGSAT+CMGS发送短信息发送短信息AT+CMGLAT+CMGL列出列出 SIMSIM 卡中的短信息卡中的短信息图图 2 2本系统中用到的 AT 指令如下： 发送：AT+CMGF=0 /设置短消息发送格式 回答：OK 发送：AT+CMGS=24 /短信息长度，注意为十进制。 回答： 发送：0001030D91683108480646F932080A67094EBA-52A88F66FF01 /PDU 数据包 回答：+CMGS：，74.1.2 AT89S52（1 1） 主要性能主要性能与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符（2 2） 功能特性描述功能特性描述AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止8（3 3） 引脚结构引脚结构 VCCVCC : : 电源GND:GND: 地P0P0 口：口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。9P1P1 口：口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号引脚号 第二功能第二功能P2P2 口：口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3P3 口：口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。10引脚号引脚号 第二功能第二功能RST:RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROGALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。 PSEN:PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。11XTAL1:XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:XTAL2:振荡器反相放大器的输出端特殊功能寄存器：特殊功能寄存器：特殊功能寄存器(SFR)的地址空间映象如表1所示。并不是所有的地址都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些地址，一般将得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地址写入数据“1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位都为“0”。定时器定时器2 2 寄存器：寄存器：寄存器T2CON 和T2MOD 包含定时器2 的控制位和状态位（如表2和表3所示），寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。中断寄存器：中断寄存器：各中断允许位在IE寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。存储器结构存储器结构MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。程序存储器：程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89S52，如果EA 接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。数据存储器：数据存储器：AT89S52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接寻址指令访问0A0H（P2口）存储单元MOV 0A0H , #data使用间接寻址方式访问高128 字节RAM。例如，下面的间接寻址方式中，R0 内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV R0 , #data堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高128字节数据RAM也可用于堆栈空间124.1.3 MAX813LMAX813L 有双列直插和贴片两种封装形式，其双列直插如图 1 所示，引脚功能如下：第(1)脚为手动复位输入，低电平有效；第(2)、(3)脚分别为电源和地；第(4)脚为电源故障输入；第(5)脚为电源故障输出；第(6)脚为看门狗输入，第(7)脚为复位输出，第(8)脚为看门狗输出。 MAX813L 的内部结构框图如图 2 所示，由图可知该芯片具有以下主要性能特点： （1）复位输出。系统上电、掉电以及供电电压降低时，第(7)脚产生复位输出，复位脉冲宽度的典型值为 200ms，高电平有效，复位门限的典型值为4.65V。 （2）看门狗电路输出。如果在 1.6s 内没有触发该电路（即第(6)步无脉冲输入） ，则第(8)脚输出一个低电平信号。 （3）手动复位输入，低电平有效，即第(1)脚输入一个低电平，则第(7)脚产生复位输出。 （4）1.25V 时，第(5)脚输出一个低电平信号。 MAX813L 的典型应用电路如图 3 所示。图中单片机以 AT89C51 为例，MAX813L 的第(1)脚与第(8)脚相连。第(7)脚接单片机的复位脚（AT89C51 的第(9)脚）；第(6)脚与单片机制 P10 相连。在软件设计中，P10 不断输出脉冲信号，如果因某种原因单片机进入死循环，则 P10 无脉冲输出。于是 1.6s 后在 MAX813L 的第(8)脚输出低电平，该低电平加到第(1)脚，使 MAX813L 产生复位输出，使单片机有效复位，摆脱死循环的困境。另外，当电源电压低于限值 4.65V 时，MAX813L 也产生复位输出，使单片机处于复位状态，不执行任何指令，直至电源电压恢复正常，可有效防止因电源电压较低进单片机产生错误的动作。 电源故障输入 PFI 通过一个电阻分压器监测未稳压的直流电源。当 PFI 低于 1.25V 时，电源故障输出脚第 5 脚 PFO 变低，可引起 AT89C51 中断进行电源故障处理，或将重要数据保存下来。把分压接到未稳压的直流电源是为了更早地对电源故障告警。13 MAX813L 是一体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片；它使用简单、方便。它所提供的复位信号为高电平，因而是应用于复位信号为高电平场合的单片机系统的理想芯片。4.1.4 传感器 传感器可利用热释电红外传感器或振动传感器。热释电红外传感器通过检测人或动物发射的红外线而输出电信号，作用角度为 110。可使用 BISS001 型红外成品组件，作用距离通过菲聂尔透镜调节。振动传感器可采用 ND-l 型高灵敏振动位移传感器。它是一种集振动和位移测量于一身的全方位固态控制器件，对振动有很 高的检测灵敏度，对周围环境的声音信号抑制并具有很强的抗干扰能力。其灵敏度通过电容可调。声音信号抑制,高可靠的NDND 系列振动位移传感电路系列振动位移传感电路 ND 系列振动位移传感器,是一种集振动和位移检测于一身的全方信固态控制器件,是目前作为报警和状态检测的最佳选择,传感部分采用目前最先进固态加速度检测器件,既对振动有很高的检测灵敏度,又对周围环境的声音信号抑制,具有很强的抗干扰能力,可广泛应用于机动车,保险柜,库房门窗等场合的防盗装置中,器件的内部均含有专用的控制芯片,应用非常方便,可直接带动小功率负载,用一只三极管进行电流放大后,即可驱动继电器或报警器。 由于 ND 系列器件工作在固态检测方式,故不存在机械疲劳,灵敏度降低,误触发和受环境湿度温度影响等不良现象,具有很好的一致性,器件根据控制芯片的不同分为以下两种型号: 1、 ND-1 全向振动传感控制电路，特点：可调灵敏度和输出延时长短。 2、 ND-2 全向振动传感控制电路，特点：超微功耗 IO1UA. 3、 ND-1 和 ND-2 的专用传感器.14ND-1ND-1 全向振动传感控制电路全向振动传感控制电路 ND-1 的外形及引脚见图 1，脚距：2.54mm,引脚功能见表 1,内部示意图 2,在器件检测到振动信号时,能够输出直流电压信号,经外部元件电流放大后,即可驱动报警器或继电器，并受内部定时器控制，具有报警一段时间后自动复位功能. ND-1 的技术指标及参数见表 2,应用见图 3引脚 功能 1 地 2 悬空 3 输出 4 延时设定 5 电源 表 1 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5 由于器件内部集成度很高,外围电路相当简单,图中的 C 是延时控制电容,取值越大,延时就越长,反之则反,一般取值为 0.1UF-10UF之间. R 是外接灵敏度设定电阻,一般情况下悬空即可,这时 ND-1 灵敏度最高.当晃动或振动(敲击)ND-1 时,LED 点亮(3 脚输出由低电平转为高电平),延时过后自动熄灭,由于音乐 IC 耗电很小,故可用 ND-1直接驱动,见图 4.也可通过三极管电流放大后驱动继电器或大功率负载,见图 5. 工作电压 3V-12V 静态电流 3V 时 500UA 灵敏度 0.1g 检测方向 全向 位移检测依据 加速度 工作温度 -30+65 15体积 122232mm 表 2 图 6 图 7 用 ND-1 制作的人体运动检测器,见图 6,当人体在不断运动时,ND-1 输出为高电平,并通过内部电路延时,当人体停止运动时,ND-1 的输出转为低电平,C8550 导通,报警电路 B 开始工作,发出警报声,此电路可开发成老人救护报警器,军人战地救护器,如将报警电路换成无线发射机,可用于被盗物体跟踪器或跟踪观察动物的仪器及其它电子报警和检测装置. 用 ND-1 输出脉冲信号的应用,见图 7,这是一则可设置在门上的音乐门铃(或报警)电路,当客人敲门时,ND-1 可输出一串脉冲触发音乐 ICKD9300 工作,起到门铃的作用,如果有人在撬锁或擅自开门闯入时,电路也会动作,起到防盗作用,整个电路的耗电为 UA 级,用示波器可看 P2 脚输出波形ND-2 全向振动传感控制电路 ND-2 是最新推出的产品,采用特别设计的低功耗检测控制芯片,静态耗电小于1UA,是目前振动传感器中耗电最小的器件.为了方便使用,采用引线方式,外形见图 8.引线连接方式:红线:电源正极,绿线:输出端,黑线:地. ND-2 采用集电极开路输出方式(见图 9),其内部三极管的控制电流不小于10mA。受内部定时器的控制,每检测出一次振动信号,三极管导通 5 秒.负载得电工作.当用量较大时,用户可向我厂定制任意延时参数(1-30 秒范围) ND-2 的技术参数见表 3,其应用见图 10. 当 ND-2 受到振动时,LED 会点亮 5 秒,之后熄灭,再次振动则继续点亮.如果外接一只 PNP 三极管(见图 11),则可带动继电器,报警器等功率较大的负载. 注:1,ND-2 在数只联用时其输出端可并联使用. 2,ND-2 的输出端不允许与电源正极短路,否则会造成器件的永久损坏.工作电压 2V-5V 静态电流 1UA 灵敏度 0.1g 检测方向 全向 位移检测依据 加速度 图 8 图 10 16表 3 工作温度 -30+65 体积 0.822.2cm 图 9 图 11 专用传感器专用传感器 这是一种不被声音控制的固态传感器件,当受到振动或大幅度晃动时,其内部阻值会快速变化,当加入偏流电阻 R 时,即可输出一定幅值的电压触发信号,此信号可驱动音乐 IC,控制电路等,体积:0.822.2cm,外形见图 12,实际应用见图 13.图 12 图 13 ND-OND-O 振动传感控制电路安装支架振动传感控制电路安装支架为了便于 ND 系列振动传感控制电路的安装和使用,特为其设计了 ND-0 安装支架,用它可以充分发挥传感器的性能,并简化了安装难度,其外形和孔位见图 14,使用时将 ND 传感器用 914 胶或环氧树脂固定在支架的平面上,另一面的两个孔用于与被检测体固定在一起 174.1.5 加速度传感器 ADXL202（1 1） 加速度传感器加速度传感器 ADXL202ADXL202 的工作机理的工作机理1 11 1 利用利用 ADXL202ADXL202 进行加速度测量的基本原理进行加速度测量的基本原理 ADXL202 的模块结构如图 l 所示，它是在单一芯片上集成两个相互独立、测量方向相互垂直的敏感元的测量模块，是由多晶硅微加工表面工艺制成的电容式加速度传感器；由硅片表面的弹性结构支撑起的质量块下面贴附电容的一个极板，电容的另一极扳固定。当加速度引起质量块的相对位置变化时，电容值也发生变化；两个敏感元的信号处理电路将各自的电容变化转换成幅值与加速度成正比的方波信号，经工作周期调制(DCM)后，就能将模拟信号转换为数字信号，通过引脚 XOUTYOUT 进行输出。另外，18ADXL202 还可以通过 XFILT、YFILT 引脚输出模拟信号。1 12 2 ADXL202ADXL202 引脚功能简介引脚功能简介 ADXL202 的封装形式为 LCC-8，其封装和引脚的示意图如图 2 所示。 引脚 ST 用于芯片自测，VDD 上电后，ST 在静电力的作用下，输出的工作循环脉宽改变 10左右，相当于作用 800mg 加速度的输出信号，测试这个引脚就可以用于判断芯片是否正常工作；引脚 T2 需外接 RSET 电阻，在05ms10ms 范围内设置工作循环周期 T2；引脚 COM 作为公共接地端；引脚XOUT、YOUT 用于输出数字信号；引脚 XFILT、YFILT 外加滤波电容，用以设置检测信号的带宽范围，VDD 引脚作为芯片供电电源输入端。1 13 3 加速度值的确定加速度值的确定 加速度传感器可以分别利用 XOUT、YOUT 引脚和 XFILT、YFILT 引脚进行数字信号或模拟信号输出。 在采用数字信号进行测量时，只要利用微处理器的计数器/定时器端口分别采集信号的工作周期脉宽 T1 和工作周期的时间度 T2，利用公式(1)就可以得出被测加速度的值。计算公式为： 信号示意图如图 3 所示。在采用模拟信号进行测量时，可以直接采用从 XFILT、YFILT 引脚输出的模拟信号，也可以将 XOUT、YOUT 引脚输出的数字信号进行 RC 滤波，重新恢复成模拟信号。第一种方法输出的信号带宽比较宽，但需外加电压跟随器才能带负载；第二种方法可以对输出的模拟信号进行放大，但频率响应特性较低。采用何种输出方式应根据具体的使用条件来确定。（2 2） 采用采用 ADXL202ADXL202 的汽车防盗系统设计方案的汽车防盗系统设计方案 由于窃贼盗窃汽车时会引起车俸的振动或倾斜现象，而 ADXL202 能够测量1905kHz、2g 范围内动态或静态加速度。动态加速度的测量可以用于振动检测；而利用静态的重力加速度作为输入矢量，就可以确定物体的空间方向。21 整体方案设计整体方案设计 ADXL202 采用 3V 直流电源供电，为降低电源对传感器的干扰，在引脚 VDD和公共接地端 COM 之间需连接 O1F 的去耦电容。由于芯片与微处理器共用一个供电电源，在电源与 VDD 间需增加一个 100 的电阻，以减小数字信号对传感器输出信号的干扰。 T2 引脚外接 625k 的 RSET 电阻，将输出的数字信号周期确定为 5ms，即频率为 200Hz。从 XOUT、YOUT 引脚输出的数字信号直接送到微处理器的计数器，定时器端口，以便进行重力加速度的测量，以得出车体倾角的变化。从XEILT、YFILT 引脚输出的模拟信号经电压跟随器提高负载能力后，送入微处理器的 A/D 端口，以对车体微小振动进行测量。 汽车防盗中，车体倾斜角度的测量要求其信号的噪声必须很小，这就要限制信号带宽。而对于振动的测量，则需要 10200Hz 的较宽信号范围。首先，将XFILY、YFILT 引脚的滤波电容 CX、CY 设定为 0027F，这样输出的数字、模拟信号的带宽全都限制在 200Hz 以下，再将 ADXl202 输出的带宽为 200Hz 的数字和模拟信号分别经过低通滤波和高通滤波，就可以获得倾斜、振动监测所需带宽的信号。将 ADXL202 同时作为振动测量和倾角测量传感器的方案原理图如图 4 所示。202 22 2 倾斜角度的测量倾斜角度的测量 对于拖车或整车搬运的盗窃方式，如果车体的角度相对于初始状态改变 5，就可判定有盗车情况发生。 倾斜角度测量值通过 XOUT、YOUT 端口输出的数字信号得到。由于经XFILT、YFILT 端口的电容低通滤波，信号带宽为 200Hz则根据 ADXl202 的噪声计算公式为： 其中，Noise 为噪声的几何平均值，BW 为信号带宽，f(Hz)为频率。则其噪声平均水平为：21 如果 ADXl202 的敏感轴从水平位置变化了 5，就相当于 ADXL202 输出的数字信号改变约 87mg，这样 144mg 的噪声水平就显得过高了。因为期望的噪声水平最多不能超过信号的十分之一，即 87mg。将 XOUT、YOUT 端口输出的200Hz 数字信号进行 16 次采样，并将采得的信号取平均值，就可以实现数字低通滤波，将信号的带宽降为 125Hz。此时的噪声水平为： 这种噪声水平完全可以满足系统要求。 ADXl202 的温度变化系数为 2mg，在监测的 05倾角范围内，每改变 1，输出约改变 17mg。由于室外昼夜温差很可能达到 85，温度漂移很可能造成虚假报警，必须对其限制。可以利用软件微分器进行信号处理，即如果ADXL202 的输出变化率大于 87mg/min，就认为有警情；如果小于这个数值，就可以认为是由于温度变化引起的温度漂移，不予报警。2 23 3 汽车微小振动的测量汽车微小振动的测量 通过对车体微小振动的测量，可以实现对破坏车体行为的监测。若在一个较短时间段内，振动的能量超过设定的阈值，就可以判定有破坏汽车的情况发生。 监测汽车微小振动所需信号由 XFILT、YFILT 端口获得。虽然在XFILT、YFITL 端口输出的模拟信号已经过 200Hz 低通滤波，但仍需将信号再经10Hz 高通滤波，才能达到振动监测所需的 10200Hz 带宽要求。另外，从XFILT、YFILT 端口输出的模拟信号负载能力很弱，可以将带通滤波后的信号送入电压跟随器，以提高其负载能力，然后，将信号送微处理器内部的 A/D 端口进行模，数转换。根据采样定理(Nyquist Criteria)，徽处理器采样频率定为400Hz，即每 25ms 采样一次。 利用软件积分器测量振动的能量，是将微处理器记录的 16 次振幅采样值的绝对值求和，即可得到 40ms 内振动的能量。如果这个绝对值之和超过设定的数字阈值，微处理器就可以进行报警。 利用加速度传感器 ADXL202 组成的防盗监测装置，不但拥有传统汽车防盗传22感器件的灵敏性，而且扩大了汽车防盗的监测范围(可以对拖车和整车搬运的盗窃方式进行预警)，而且还简化了系统的电路结构，提高了系统可靠性。ADXL202完全可以取代磁效应传感器等传统敏感元件。成为汽车防盗监测信号的可靠敏感器件。另外，ADXL202 在计算机外围设备、信息产品、运动监测等方面也有着广泛的应用。 4.2 PDU 格式简介 目前，发送短消息常用 Text 和 PDU(Prutoeol Data Unit)模式。使用Text 模式收发短信代码简单，容易实现，但最大的缺点是不能收发中文短信；而 PDU 模式不仅支持中文短信，也能发送英文短信。PDU 模式收发短信可以使用三种编码：7-bit、8-bit 和 UCS2 编码。7-bit 编码用于发送普通的 ASCII 字符，8-bit 编码通常用于发送数据消息，UCS2 编码用于发送 Unicode 字符，编码类型在 PDU 数据包中指定。 下面举例说明 PDU 格式的组成。例如要把“有人动车!”五个字发送则 PDU 数据为： 0001030D91683108480646F932080A67094EBA52A88F-66FF01(1)00 表示省略短信中心号码；(2)0l 表示文件头字节；(3)03 表示信息类型(TP-Message-Reference)；(4)0D 表示被叫号码长度；(5)91 表示被叫号码类型；(6)683108480646F9 表示被叫号码，经过了位移处理；(7)32 表示协议标识 TP-PID；(8)08 表示数据编码方案 TP-DCS，因为要发送 U-NICODE 内码，所以使用USC2(16bit)编码；(9)0A 表示用户数据长度 TP-UDL(以 8 位码为单位(octet)；(10)67094EBA52A88F66FF01 表示用户数据。23汉字编码汉字编码 由于在 GSM 标准中，中文编码采用 Unicode 编码，而不是目前国内常用的 GB-2312 编码，所以只要将十进制的 Unicode 编码转化为十六进制即可，也可以由 GB-2312 编码通过换算得来。例如“您好”二字的十进制 Unicode 码分别为 24744 和 22909，转化为十六进制为 60A8和 597D。4.3 报警策略为了区分情况的紧急程度，可以设置两条短信。若单一检测器检测到信号则发送短信一；若两个都检测到信号则发送短信二。发出短信息以后，用户只需拨号就可以切断点火线。若网络出现问题则向用户手机拨号。4.4 软件流程在主程序中，89C51 利用巧妙的算法对红外信号和震动信号进行采样，相当于对信号进行积分。如果 4 秒内 80（可根据实际情况调节)的信号有效，则说明有非法人员入侵，产生报警信号以后通过程序控制，以保证 15 分钟之内不会产生第二次报警信号4.5 程序框图4.5.1 程序流程如图如下：24开 始进行串口设置设防设置短信息格式查已读短信查未读短信是否有匪警信号匪警报警拨号报警短信息报警声音报警是否有报警信号254.5.2 程序的主循环如下图（硬件原理电路图见（硬件原理电路图见 附录）附录）264.6 控制电路 当用户收到报警信息后，如需采取措施，可以向 TC35 模块拨号。单片机收到信号后，发出 ATH 指令将拨号挂断，然后向 P17 口发出控制信号。控制信号通过运放放大后，继电器（ULN2003A）将点火线切断，从而保证汽车的安全。如要恢复，再向 TC35 拨号即可。 继电器的内阻很小，须用 OC 门驱动，驱动电路如图 3 所示。系统程序采用汇编语言程序，主程序共调用了 5 个子程序。设置短信息格式子程序：用来进行单片机 GSM/CDMA 模块的握手过程和设置GSM/CDMA 模块发送短信息的格式查已读短信子程序：一般用于系统重新启动，设置系统密码。查未读短信子程序：系统工作期间，用户通过短信管理系统，主要功能是先检测密码，密码正确后，判断用户的指令，进行修改密码、撤防、设防、查询状态等功能。发送匪警短信息子程序：执行发送匪警短信息功能报警子程序：执行控制报警喇叭、拨号、发送短信息报警。经实验验证，采用基于 GSM 短消息的通信方式控制汽车报警系统，不仅可以提27高报警系统的通信可靠程度，而且通信距离基本不受限制，从而实现用户对汽车的长距离实时监控。此外本系统还可对入侵的紧急程度进行区分，便于用户根据情况采取措施，满足了汽车用户对汽车防盗的要求。本系统成本不高，易于推广。通过在多种汽车上的实际应用，系统运行良好。4.7 应用情况和改进设想如上所述，本设计主要是加速度传感器的应用。现在就其在本设计中的应用情况作个总结，并提出一点改进设想。 在本设计中实现了加速度传感器的基本应用，也体现了 low-g 加速度传感器高灵敏度的特点。但是在应用中存在许多不足，仍须改进。为什么会产生这些问题呢？首先，加速度传感器有一定的感应带宽和其变化频率，在设计中采用纯软件，也就是纯数字的设计方法处在缺陷。数模转换的速度有限，使得快变的加速度信号不能被很好的采集、利用。其次，对于连续变化的电压模拟量做精度有限的数模数转换必然牺牲模拟量的精度，并且必须考虑数模转换本身存在的误差使得加速度的定标变得很困难。在后续的研究工作中会在一下改进。改变原有的纯软件的实现方法，改为软硬件并用的方法，把原本的纯软件的积分，也就是数字量的累加改成采用模拟积分器的方法，而且改用模拟方法的自矫正，增加模拟低通滤波器。 本设计着眼于加速度传感器的振动、震动、倾斜、提升、移动和玻璃破碎等防范信息的数字信号处理（包括区分、判断、噪音滤除、形态综合分析等等）算法的研究，并结合本公司的成熟技术GSM 短信发送和报警技术，构成新的应用汽车防盗 GSM 报警系统，可望年内向社会推广。（具体程序看：九程序清单）（具体程序看：九程序清单）28结论一份耕耘，一份收获。通过两周的单片机课程设计，使我对汇编语言有了进一步的认识。为了以后使自己能进一步学好该门科以及其它的科目，我深深地感到要有科学的思维方法和学习方法是极其重要的。实习已经很快的过去，蓦然回首，深深的认识到汇编的重要性。由于对微机原理的课程有点茫然，所以拿到这个题目时不知道是如何下手，一下子没有头绪。于是去图 书馆查找了相关资料后开始理清了设计的思路。从程序设计到上机调试以及说明书的编写，都花费了不少的时间，还好课题能够顺利通过。小小的胜利给了我自己很大的信心。这其中也出现了不少的问题。比如调试过程中，使我花费了不少工夫重温系统软件的应用，真是有种“才下眉头，又上心头”的感觉。尽管在课程设计当中遇到了不少的问题，但在老师及同学的帮助下迎刃而解了。做完设计我进一步认识到，任何事情，开始的时候，都感觉很难。但，只要有信心克服困难，坚持到底，永不气馁，就能达到胜利的彼岸。还有，在搞设计的时候，查阅资料也是很重要的， “他山之石，可以攻玉” ，掌握足够的信息，就是掌握成功的关键。回顾这段时间的课程设计，我的收获很大，觉得以前所学的单片机这门课程的重要性以及灵活运用，并且把以前所学的知识复习一遍，还自学了很多关于芯片的知识。认为和以前进行的课程设计一样，开始总是一片茫然，但在老师的指导下，将逐步打开思路，万里长征终于走出了第一步，经过同组同学的讨论，仔细分析，终于定下了方案。通过这次的毕业设计，我对汽车的防盗系统的工作原理和工作方式有了更深的理解，更多的是使我初步形成了一种全局考虑，对问题各个击破的设计思路。总之，这次毕业设计相对来说比较成功，要感谢各位老师的耐心指导，我相信不管做什么毕业设计，只要自己进入到其中为毕业设计到处找书籍，都将会有多的收获，都能取得成功。并且让你学到你在平时的课堂上学不到的知识！让你对这门深奥的知识更加有积极性29致谢我由衷的感谢我的指导老师王超对我的学习、工作、以及课题的研究和论文撰写过程中面临的问题所给的细心指导和无私帮助，也感谢机电系教研室全体老师、支持我的其他老师和同学对我的热心帮助。谨向审评本文的各位专家、老师致意！ 李金晟 2007 年 06 月 11 日30参考文献1单片微型计算机技术 刘国荣 编 机械工业出版社2单片微型计算机原理、应用及接口技术张迎新 编 国防工业出版社3单片机实用系统设计技术 房小翠 编 国防工业出版社4单片机应用系统设计 何立民 编 北航出版社5单片机原理及接口技术 曹琳琳 编 国防科技大学出版31附录附录 1 1 程序清单程序清单1.1 系统主程序ORG 0000HSJMP STARTORG 0050HSTART:NOPCLEAR:MOV R0,A ；系统缓冲一小段时间DJNZ R0,CLEARMOV 89H,#20H ；波特率发生器 T1 工作模式 2 上MOV 98H,#50H ；串行口控制，工作方式 1+允许接受MOV 8DH,#253 ；定时器 1 中高 8 位计数初值或 0FDHMOV 8BH,#253 ；定时器 1 中底 8 位用语计数（可不写）SETB 0AFH；中断总允许S