基于单片机的汽车多功能报警器

目 录1 绪论 .12 方案论证 .13 汽车多功能报警器硬件原理设计 .23.1 电源电路 .33.2 汽车防盗报警设计 .43.2.1 编码/解码原理 .53.2.2 防盗报警的实现 .63.2.3 防盗模块简介 .63.2.4 收发电路原理图 .83.3 汽车轮胎欠压报警设计 .103.3.1 汽车轮胎欠压报警器的设计难点及其解决办法 .103.3.2 压力传感器的结构和工作原理 .103.3.3 霍尔效应开关 .113.4 冷却系统温度检测报警设计 .123.4.1 单线数字温度传感器 DS18B20.123.4.2 温度传感器 DS18B20 内部结构 .133.4.3 温度传感器 DS18B20 控制方法 .133.5 润滑系统油压检测报警设计 .133.6 制动系统气压检测报警设计 .143.7 驾驶室酒精浓度检测报警设计 .143.7.1 酒敏传感器 LaFeO3 特性与应用研究 .143.7.2 防止酒后开车功能 .153.7.3 技术特性 .153.8 报警驱动设计 .164 报警器软件设计 .175 结束语 .18致谢 .19参考文献 .20附录源程序 .2111 绪论当前，在我国随着改革开放的势头， 经济不断的攀升和高科技的飞速发展，人们的经济也比较宽裕，消 费水平也在逐年提高，汽车在人们的日常生活和工作中已经不是遥不可及的了，汽 车已渐渐代替自行车而成为人们理想的交通工具。但是，据报道显示，由于车辆的增多，随之而来的交通事故也逐年增多，造成了人员伤亡及经济财产的损失。汽车的使用日益广泛，汽车的防盗也是人们一直关心的问题，高科技的进步也 为小偷在行窃时的技术不断提高，从而成为汽车用户十分头痛的事。如何能够更好做到防止汽车盗窃已成为各大汽车报警器制造商提高其产品竞争力的主要课题。汽车在使用中，有一些用户不可避免的为了应酬而饮酒，酒精会导致人的大 脑反映迟钝，从而造成交通事故的发生。 这样的事故在逢年过节时犹为严重，为 了防止这种事故的发生，给汽车用户一个安全的行车环境，在汽车用户饮酒过多 时，司机坐在 驾驶位置启 动汽车时，汽 车驾驶室会因酒精浓度的升高熄火。为了减少汽车事故的发生率，给拥有汽车的用户提供安全感，研制一种简单可靠、操作方便，能自 动检测汽车 各部分状况，发现不正常情况能给驾驶员发出报警提醒和防盗报警，保障用户及汽安全具有实际意义 1。2 方案论证市场上，GPS 卫星定位系统是目前国内外最先进的防盗装置。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。 GPS 卫星定位汽 车防盗系统属于网络式防盗器，它主要靠锁定点火或起动达到防盗目的，而同时还可通过 GPS 卫星定位系统，将 报警信息和报警 车辆所在位置无声地传送到报警中心。专家提醒， 这种防盗技术名字叫起来很响亮，虽然有防盗的作用，但使用起来不是很实用，而且价格也昂贵，实际功用不大。往往在车辆出现危险 的时候通过卫星定位发出警报，而国外在这项技术上已 经相当发达，例如国外 卫 星定位精确到每 1 毫米，而国内的技术只能探测到 100 米。据调查显示， GPS 在车辆防盗方面的确有其优势，但目前它还不太普及，最主要的原因是价格太高。卫星追踪防盗系统，主要是汽车装备回报系统， 经由卫星屏幕， 显示车辆位置，因此根据失窃车中有安装 卫星追踪系统者，无不是发报系统被破坏，即是 电源被切断，使卫星无法追踪 汽车的位置，即失去防盗效用，且价格昂 贵，光安装一套不带显示屏的 GPS 就需要花费 6000-7000 元，而每年还需向 GPS 系统服务公司交纳近千元的服务费，高昂的购买费和使用费让许多车主望而却步，经济效益差。单片机的性能及特点及以其为核心的一种低成本、高精度、微型化、汽车多2功能报警器。该多功能报警器用单片机的实时控制和数据处理功能，完成系统对汽车防盗报警、汽车发动机高温报警、 轮胎欠压的检测、冷却系 统温度检测报警、润滑系统油压检测报警、制动系统气压检测报警、声光报警、无 线信号发射和接收电路、汽车驾驶室酒精浓度检测的控制有着经济实用的优点，能够被大多汽车消费者所接受，也渐渐成为普通大众汽车用户的优先考虑安装的报警系统。通过两种报警设计的性能优点对比，单片机具有经济实用及性能稳定的特点，且符合普通大众的消费 水平， 选择用单片机为核心部件，设计制作的汽车多功能报警系统。3 汽车多功能报警器硬件原理设计该电路系统由传感器、单片机、模数转换器、无线信号 发射/ 接收电路、指示灯驱动电路、声光报警驱动电 路及点火电源切断电路等组成。硬件结构示意图如图 1 所示。图 1 单片机控制的汽车多功能报警电路方框图根据系统实际需要和产品性价比，选用 ATMEL 公司新生 产的采用 CMOS工艺的低功耗、高性能 8 位 单片机 AT89S52 作为系统的控制器，如图 2 所示。AT89S52 有 40 个引脚，是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内有 8k Bytes ISP Flash 闪烁存储器，可进行 1000 次写、擦除操作的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读 程序存储器， 256Bytes 内部数据存储器 RAM，32 个外部双向输入/输出（I/O ）口，两个可编程全双工串行通道，看 门狗 WTD 电路等，片内时钟振荡器。5 个中断优先级两层中断嵌套中断，两个 16 位可 编程定时计数器，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 AT89S52 指令系统及 AT89S52 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S52 可为许多嵌入式控制 应用系统提供高性价比的解决方案。此外，AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设3置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。图 2 单片机 AT89S52 芯片3.1 电源电路本电路需要两路直流电压进行供电，电路原理图如图 3 所示。图 3 电源电路（1）单片机 AT89S52 正常工作所需的+5V 电压。该电源电路的输出电流应该不低于 100mA，试验证明，当电流低于 100mA 时，外 围电路不能正常工作，甚至导致单片机中程序的误动作。4（2）报警驱动电路正常工作时所需要的+12V 工作电压 。该电压一方面作为PWM 输 出电路的工作电压， 单片机输出的矩形波进行足够的放大。另一方面为报报警驱动电路提供正常工作电压。应该注意，这里的 12V 电压 和 5V 电压并不是同通同断的，其中 12V 电压受到继电器开关的控制，当继电 器通电时 12V 电压加入 电路，断电时电压不加入电路。而 5V 电压 不受继电器开关的控制，5V 电压可以受 钥匙的控制，也可以不受任何控制直接加入单片机。3.2 汽车防盗报警设计本文基于对现有汽车防盗报警系统的综合分析，开发出一种全新的防盗报警系统。 该系统主要使用了跳 变码的编码/解码原理，使得整个系统更加安全，大大降低密码破解率。汽车防盗的检测信号是能通过振动传感器来获得的，本设计的振动传感器采用压电陶瓷片，其工作原理如图 4 所示。压电陶瓷片，当敲打挤压表面时，能 产生一个微小的电压，汽 车防盗器上的振动感应器就是用这个原理做的，为了增加灵敏度，还在陶瓷片上焊一截弹簧，上有一个小锤，受到振动时 ，小 锤摆动，引起陶瓷片表面振动，产生微小的电压通过导线输出，经放大给比 较器，大于 设定的电位时 ，输出一个正电位给防盗器，防盗芯片相应的门打开，输 出一个变量电压给驱动级，驱动级直接驱动继电器吸合，报警喇叭得电工作发出 报警声。 压电陶瓷片靠汽 车电瓶供电，不能 报警时应检查电瓶线是否被烧断或被小偷破坏。图 4 振动检测电路3.2.1 编码/解码原理目前的汽车遥控防盗系统多是使用 VD5026/27、PT2262/72、HT12E/D 等通用的编码/解码电路，其密 码由器件的地址来决定，每套防盗系 统使用一个固定不变的密码。随着微处理技术 的发展，通 过接收遥控发 射信号，就可以截 获到这一5固定的密码，而且一般的编解码器的地址输人端受器件尺寸限制，其数量不可能太多，能得到的不重复编码也就很有限，用自 动扫描器也能很快破解密码。因此，这类密码固定不变的汽车防盗系统已受到严重的威胁。应用单片机内部资源实现的跳变编码/解码汽车防盗系统，它每次使用的遥控密码都在变化，用过的密码不再重复使用，使得截获密码也是徒劳无功，此外，它可以增加足 够多的密码位数，以提高系统抗击非法扫描的能力。其原理 图如图 5 所示。遥控编码共有 12 个字节，分别由 3 字节编码通道码、3 字节编码序号码， 5字节跳变编码、1 字节按键 操作代码组成。在每个字节编码的前面加上一位逻辑0 作为起始位，在每个字节编码的后面加上一位逻辑 1 作为停止位，并在最前面加上几位逻辑 1 作为引导信号，这就构成了用于发送的串行编码信号。编码通道码用于表示遥控器的身份，每套系统使用一个固定的通道码。编码序号码用于记录编码的次序，其初始值为 0，单片机每编码一次， 编码序号码就向上计数一次。编码通道码和编码序号码存放在单片机的 EEPROM 中，确保它们不受停电影响。跳变编码是系统的真正密码，它由编码通道码和编码序号码经过复杂的特殊算法求出，该特殊算法对外保密。按键操作代码由被按的按键来决定，当 “设定”键被按下时，其代码定为 01H；当“解除”键被按下时，其代码定为 00H2。图 5 超声波发射电路解码是确认接收的编码是否合法的一系列操作过程。被确认合法的编码要满足三个条件：（1）编码通道码与解码通道码相同。（2）编码序号码大于解码序号码（解码序号码记录了上次合法使用过的编码序号码， 该条件可保证以前使用过的编码无效）。（3）跳变码等于重新用特殊算法求出的变码。当单片机确认收到的是合法编码后，就把编码序号码写到解码序号码中，并6根据操作代码去完成相应的操作处理。解码通道码和解码序号码也存放在单片机的 EEPROM 中，以防因停电而丢失。3.2.2 防盗报警的实现若有盗车者入室，发动汽车，按 错误的密码后，则汽 车电瓶的+12V 电压，点火电流途经点火开关，点火 电流中断， 发动机熄灭，再启动，将重复上述过程，这样，盗贼 始终不能将汽车开 动，不能达到其 预期目的。报警电路主要由集成块及扬声器和电子开关 SCR 组成。其中三极管或复合管，是为 了提高功率而常采用的电路措施，它 组成了一个电流放大倍数很大的等效晶体管，总放大倍数为这 两管放大倍数的乘积。 SCR 是由可控硅构成的电子开关，电容和 电阻构成降压器兼 滤波器， 给 IC 提供+3+4V 的电压，IC 为摸拟声报警集成电路，报警器由 SCR 控制，盗车贼一旦按错密码后，则电瓶电流除一路进入防盗系统外，另一路是在 发动机被启动， 带动发动 机工作后，其中性接点的 输出电压， 经微分电路，可控硅 SCR 被触发，又 经电 阻降压， 电压加在 IC 的电源输入端， 获 IC 得电压输出 报警信号， 经复合管放大，摧动扬声器发出响亮的报警声。而在静态时，整个电路不耗电。3.2.3 防盗模块简介防盗模块由编码解码芯片 PT2262/PT2272 芯片组成，芯片简图见图 6。原理简介：PT2262/2272 是台湾普城公司生产的一种 CMOS 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路， PT2262/2272 最多可有 12 位(A0-A11）三态地址端管脚(悬空，接高 电平，接低电 平），任意 组合可提供 531441 地址码，PT2262 最多可有 6 位(D0-D5 ）数据端管脚， 设定的地址码和数据码从 17 脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片 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，解 码芯片 PT2272 接收到信号后，其地址 码经过两次比较核对后， VT 脚才输出高电平，与此同 时相应的数据脚也 输出高电平，如果 发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当 发射机没有按键按下时， PT2262 不接通电源，其 17 脚为低电 平，所以 315MHz 的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262 得电工作，其第 17 脚输出经调制的串行数据信号，当 17 脚为高电平期间 315MHz 的高频发射电路起振并发射等幅高 频信号，当 17 脚为低平期间315MHz 的高 频发射电路停止振荡，所以高 频发射 电路完全收控于 PT2262 的 17脚输出的数字信号，从而对 高频电路完成幅度键控（ASK 调制）相当于调制度为100的调幅。地址码和数据 码都用宽度不同的脉冲来表示，两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个 宽脉冲表示 “F”也就是地址码的“悬空” 。所以我们如果用单片机软件解码时，程序只要判断出同步码，然后对后面的字码7进行脉冲宽度识别即可。每个 AD 位用两个脉冲来代表：两个窄脉冲表示“0”；两个宽脉冲表示“1”；一个窄脉冲和一个 宽脉冲表示“F”也就是地址码的“悬空” 2262每次发射时至少发射 4 组字码，2272 只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的“1” 驱动相应的数据输出端 为高（A）发射电路（B）接收电路图 6 编码解码芯片 PT2262/PT2272 芯片简图电平和驱动 VT 端同步为高电平。因为无线发射的特点，第一组字码非常容易受零电平干扰，往往会产生误码，所以程序可以 丢弃处理。 PT2272 解码芯片有不同的后缀，表示不同的功能，有 L4/M4/L6/M6 之分，其中 L 表示锁存输出，数据只要成功接收就能一直保持对应的电平状态，直到下次遥控数据发生变化时改变。M 表示非锁存输出，数据脚输出的电平是瞬时的而且和发射端是否发射相对应，可以用于类似点动的控制。后缀的 6 和 4 表示有几路并行的控制通道，当采用 48路并行数据时（PT2272-M4）， 对应的地址编码应该是 8 位，如果采用 6 路的并行数据(PT2272-M6），对应的地址 编码应该是 6 位。3.2.4 收发电路原理图收发电路电路原理图见图 7 和图 8图 7 接收原理图接收机可使用超再生电路或超外差电路，超再生电 路成本低，功耗小可达100uA 左右，调整良好的超再生 电路灵敏度和一级 高放、一级振荡、一级混频以及两级中放的超外差接收机差不多。然而，超再生电 路的工作稳定性比较差， 选择性差，从而降低了抗干扰 能力。下 图为典型的超再生接收电路。早期的发射机较多使用 LC 振荡器，频率漂移较为严 重。声表器件的出现解决了这一问题，其频率稳定性与晶振大体相同，而其基频可达几百兆甚至上千兆赫兹。无需倍频，与晶振相比电路极其简单。以下两个电路为常见的发射机电路，由于使用了声表器件，电路工作非常稳定，即使手抓天线、声表或 电路其他部位，发射频率均不会漂移。发射功率可达 200 米以上。超外差电路的灵敏度和选择性都可以做得很好，美国 Micrel 公司推出的单片集成电路可完成接收及解调，其 MICRF002 为 MICRF001 的改进型，与R11kR247k R3150kR447kR5150kR647kR727kR839kR9120kR104.7MR1110kR1210kR13200kR14 620R15200kC1103C27pC33pC42pC5390pC633p C74pC83pC9103C10103C11472C12103Q19014Q29014LM35887651234123567849181716151410121311PT2272R16 1ML125TL21UL235T23.5cmANT9MICRF001 相比，功耗更低，并具有 电源关断控制端。MICRF002 性能稳定，使用非常简单。与超声波电路相比，缺点是成本偏高。下面为其管脚排列及推荐电路。123567849181716151410121311PT2262R15.1kR2R3 R4R5 R6R7 R8 R9 R10R1110kR12 4.7kR135.1kR1410kK2K3 K5K1D4D1IN4007*4D2D3D5Q2S8050Q1S8550Q32SK2973L2L3L1SAWC133p12 v10k*8C222pC322pANT图 8 发射原理图ICRF002 使用陶瓷谐振器，换用不同的谐振器，接收频率可覆盖 300-440MHz。MICRF002 具有两种工作模式：扫描模式和固定模式。扫描模式接受带宽可达几百 KHz，此模式主要用来和 LC 振荡的发射机配套使用，因为，LC 发射机的频率漂移较大，在扫描模式下，数据通讯速率为 每秒 2.5 kBytes。固定模式的带宽仅几十 kHz，此模式用于和使用晶振稳频的发射机配套，数据速率可达每秒钟 10 kBytes。工作模式选择通过 MICRF002 的第 16 脚（SWEN）实现。另外，使用唤醒功能可以唤醒译码器或 CPU，以最大限度地降低功耗。 MICRF002 为完整的单片超外差接收电路，基本 实现了“天线输入”之后“ 数据直接输出” ，接收距离一般为 200 米。3.3 汽车轮胎欠压报警设计汽车在行驶中，若轮胎气压不足， 则会导致轮胎磨损加剧、行 驶阻力增加、油耗增加。且在紧急制动时 ，若某 侧轮胎压力偏低，就会造成车身偏转，甚至酿成事故。如果轮胎气压在低于某一设定值时，能 发出 报警信号，告知 驾驶员应及10时补气，对提高行车安全性和经济性具有十分重要的意义。3.3.1 汽车轮胎欠压报警器的设计难点及其解决办法汽车轮胎欠压报警器的设计必须解决两个难题：一是压力传感器的能源，通常压力传感器工作时将压力转换为电信号必须要有电源，电源如果取自汽车交流发电机或蓄电池，则需安装 电刷和集电环组件，因为车轮工作时是旋转的，如果在车轮上加装交流发电机或安置电池，则其结构复杂、成本高。二是信号的 传输问题，若信号采用接触式 传输，因汽 车车轮工作环 境恶劣， 这样势必会降低信号传输的可靠性：如果采用电信号发射和接收方式实现耦合，则电路复杂、维护困难。本文设计的汽车轮胎欠压报警器，采用轮胎内气体压力作为动力，巧妙地利用轮胎内气压变化差使弹性元件（弹簧与波纹管组件）产生压缩和拉伸变化，并使磁钢产生位移，从而改变 磁感应强度，即由 轮胎内空气作为传递信号的介质，从而减少了动力消耗；再利用空间磁场实现信号耦合，从而大大简化了汽车轮胎欠压报警器的结构。该汽车轮胎欠压报警器，可通过调整螺钉调整在 0.130.15 MPa 内的任一气压报警 ，适用于不同型号的车辆，试验时重复报 警率误差在 50 kPa 以内。 该种汽车轮胎欠压报警器结构简单，性能稳定可靠。3.3.2 压力传感器的结构和工作原理压力传感器的结构如图 9 所示。压力传感器固定安装在汽车轮毂上，随车轮一起转动，由接口通过铜管与气门心连通。当 轮胎内 压力充足时，在气体 压力作用下，波纹管和弹簧被压缩 ，由 导杆带动磁钢右移；当欠压时，气体 压力减少，波纹管与弹簧伸长，通过导杆推 动磁钢左移，因此由 轮 胎内气体的压力变化可实现磁钢的左右移动。弹簧的初始 压力可以通过调节调整螺钉来调节，整个工作过程中弹簧始终处于压缩状态，波 纹管在轮胎欠压时，因弹簧伸长而处于拉伸状态；在非欠压状态下，其处于压缩 状态 2。波 纹管和弹簧 组件的钢度为:K = Kt Kb式中；K t弹簧钢度Kb 波纹管的钢度 ,压缩时 Kb 0 ,拉伸时 Kb 0在欠压状态下，波纹管和弹簧组件的钢度为:K = Kt- Kb ,灵敏度 S = 1/ K。11设弹簧输入功率谱密度为 Sx = SO , 弹簧的阻尼系数 C 为常数 , 则系统的传递函数：H(i）=K（K+iC）图 9 汽车轮胎欠压报警器压力传感器结构3.3.3 霍尔效应开关霍尔效应开关固定安装在制动底板上，霍尔元件与压力传感器中磁钢的安装距离为 35mm。霍尔效 应开关工作原理图如图 10 所示。图 10 中 H 为霍尔元件， A 为运算放大器，D 为触发器，R 为温度补偿电阻。R 远远大于霍尔元件输入电阻， 这样温度变化时，霍尔元件控制电流几乎不 变。霍 尔电势 En = KHBI（KH 为霍尔常数），控制电流不变时，霍 尔电势 En 正比于磁钢的磁感应强度 B。当轮胎气压低于某一 设定值时，磁钢移向霍尔 元件 ，从而产生电压输出。输出的电压信号经运算放大器 A 放大，并由触 发器 D 将其转移变为脉冲信号输出，使三极管饱和导通，输出给模数转换电路；也可使 扬声器工作发出报警信号，告知驾驶员应及时补气。触 发器 D 可保证三极管可靠地工作在开关状态。7805C22uR2.7KH +- A DQVCC+-图 10 霍尔开关工作原理对轮胎欠压的检测，采用由特制压力传感器和霍尔效应开关组合实现检测 。它们的原理为，让轮胎内气压变化作为动力，通过压 力传感器中的弹簧与波纹管组件压缩、拉伸，使磁钢产生位移，以改 变磁感应强 度，再利用空间磁场实现12信号耦合。在控制电流不变时，霍 尔电势正比于磁钢的磁感应强度。当 轮胎气压低于某一设定值时，磁钢移向霍尔元件，霍 尔元件产生输出电压信号。 输出电压信号经放大器放大输出给模数转换电路，并由 A/D 转换器将信号传送给AT89S52 单片机。压力传感器固定安装在汽车轮毂上，随车轮一起转动，由接口通过铜管与气门芯连通。而霍尔效应开关固定安装在制动底板上，霍尔元件与压力传感器中磁钢的安装距离为 35mm。3.4 冷却系统温度检测报警设计冷却系统温度的检测，采用负温度系数热敏电阻 NTC，其温度值与模拟电压信号成反比，如图 11 所示。图 10 温度采集电路模拟电压信号送入 ADC0809 的 IN0 模拟信号通道。再由 A/D 转换器输入单片机 AT89S52 的 P0 口。当发动机预热及正常工作 时， 检测到数据与单片机中数据存储器中参考值进行比较，若小于参考值。 报警电 路无声光报警。当 发动机工作异常，检测到的水温数据超 过参考值时， 单片机驱动报警电路进行报警。本 设计也可用 DS18B20 单线数字温度传感器代替热敏电阻，来进行温度的检测 3。3.4.1 单线数字温度传感器 DS18B20由 DALLAS 半导体公司生产的 DS18B20 型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器，可广泛用于工业、民用、 军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统 和大型设备中。它具有体积小，接口方便， 传输距离远等特点。DS18B20 的性能特点：（1）采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它 I/O 口线与微机接口，无须经过其它变换电 路，直接 输出被测温度 值（9 位二进制数，含符号位）。（2）测温范围为-55125 ，测量分辨率为 0.0625。（3）内含 64 位经过激光修正的只读存储器 ROM。（4）适配各种单片机或系统机。13（5）用户可分别设定各路温度的上、下限。（6）内含寄生电源。3.4.2 温度传感器 DS18B20 内部结构内部结构主要由四部分组成：64 位光刻 ROM，温度传感器，非 挥发的温度报警触发器 TH 和 TL，高速暂存器。64 位光刻 ROM 是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列号。不同的器件地址序列号不同。以 12 位转化为例说明温度高低字节存放形式及计算：12 位转化后得到的 12 位数据，存储在18B20 的两个高低两个 8 位的 RAM 中，二 进制中的前面 5 位是符号位。如果 测得的温度大于 0，这 5 位为 0，只要将 测到的数值乘于 0.0625 即可得到实际温度；如果温度小于 0，这 5 位为 1，测到的数值需要取反加 1 再乘于 0.0625 才能得到实际温度。3.4.3 温度传感器 DS18B20 控制方法 在硬件上，DS18B20 与单片机的连接有两种方法，一种是 Vcc 接外部电源，GND 接地，I/O 与单片机的 I/O 线相连；另一种是用寄生 电源供电，此时UCC、GND 接地，I/O 接单片机 I/O。无论是内部寄生 电源还是外部供电，I/O 口线要接 5k 左右的上拉电阻。 CPU 对 DS18B20 的访问 流程是：先对 DS18B20 初始化，再进行 ROM 操作命令，最后才能对存储器操作，数据操作。DS18B20 每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制 DS18B20 完成温度转换这一过程，根据 DS18B20 的通讯协议，须经三个步 骤：每一次读写之前都要对 DS18B20 进行复位，复位成功后发送一条 ROM 指令，最后发送 RAM 指令，这样才能对 DS18B20 进行 预定的操作。3.5 润滑系统油压检测报警设计为了检测润滑系统的油压，选用了适用于高温检测的扩散硅压力传感器，它的工作原理是以半导体的压阻效应为理论根据。利用单晶硅的各向异性，在 N 型基底上，选择不同的晶向，扩散成 P 型电阻，组成惠斯顿电桥，利用 P-N 结实现各电阻之间的电隔离。在基底的非电阻面加工出一定几何形状的应力杯。当有压力作用于应力杯一面时，用恒 压或恒流源激励的惠斯顿桥输出一定的电压值。从而实现压力的感知。硅杯必 须实现良好的封装才能正常使用。我们将硅杯与传感器外壳实现悬浮静电/硬封结构，除绝对压力外，全部实现双膜片隔离，双面充隔离介质，全 焊接。目的，实现正反面隔离介质受温度影响 对称变化，即实现热膨胀互补。同 时防止测量低温介 质时的结露问题。从而实现了小型传感器高可靠性。当膜片上、下两面所受不等压力时，在恒定 电流激励下，桥路输出与压力大小成14正比的电压信号，经 ADC0809 模数转换器送入通道 IN2，转化为数字信号后传送到单片机，与参考值进行比较，若小于参考 值，发 出声光报警 4。3.6 制动系统气压检测报警设计制动系统低气压报警电路设计采用 SOI 型压力传感器。能在高温下测量的SOI 型 压力传感器，经历了 较长时间的开发过程。目前半导体压力传感器大多用于油压、气 压等的压力测量，它的特点是灵敏度高、精度高，且应用半导体制造工艺能大量地降低生产成本，因此广泛用于汽车发动机控制、空调及吸尘器等家用电器以及医疗设备等各个领域。今后希望其能能在 200以上的高温环境中使用并拓宽应用范围，能对导电 性介质进行压力测量等。但是，用原来的半 导体压力传感器是不能测量 150以上的高温介质及高温空气的压力。如果传感器芯片的薄壁部分薄膜受到外加压力，则传感器的压敏电阻元件上就产生相应的应力，使元件的阻值改变，此阻 值转 化为电信号而输出。放大后经 ADC0809 模数转换器 IN3 口传送到单片机，进行比较后若小于参考值，则驱动声光报警电路。另外，此传感器 SOI 的绝缘体上外延硅能够稳定地在 120以上进行压力检测。在长达 1000 小时的通电情况下偏压的变化很小，且灵敏度高、精度高 5。3.7 驾驶室酒精浓度检测报警设计本系统采取了 LaFeO3 酒敏 传感器，这种传感器比同 类产品的性能更优越，灵敏度更高。LaFeO 3 酒敏传感器研制工作已获得突破，应用研究中的技术难点也找到了解决方法，该传感器用于饮酒测定仪、汽 车智能 报警仪和 XH-1 型全方位汽车智能报警器中，可以满 足预热时间短、分辨率高、抗高湿能力 强、性能稳定可靠的要求，使用证明 LaFeO3 酒敏传感器是一种高可靠性的 传感器，可以推广应用。3.7.1 酒敏传感器 LaFeO3 特性与应用研究为了解决因酒后驾车造成的交通事故，给社会和个人带来的巨大损失，近年来国内许多学者致力于高可靠性乙醇敏感元件的研究。但是由于实际使用环境条件恶劣，特别是检测空气中体积分数位 10-510 -4 范围内的乙醇气体受人口呼出的高湿气体、吸烟产生的烟 雾、化 妆品散发的气体和汽油蒸发产生的气体等的干扰，很 难分辨，加上使用环境的湿度、温度 变化，使得许多酒敏传感器无法工作，甚至失效。为了从根本上解决酒精传感器在高灵敏度工作区内抗干扰性问题，以及长时间工作稳定性问题，某研究机构经过多年的努力在上述问题得到突破，研制和生产出了高可靠性酒敏传感器 LaFeO3，对香烟 产生的烟雾、汽油、香蕉水、15油漆、醋等具有良好的抗干扰性，并将它 应用于饮酒测定仪、汽 车智能报警器。解决了酒敏传感器的长期稳定性、灵敏度和选择性等的实用要求问题、并解决了类似 SNO2 酒敏元件储存自然换效问题，使该酒敏元件失效率降到 0.2，可为我国交通安全管理工作提供现代化的检测手段。利用 LaFeO3 酒精传感器，在交通和工业方面进行了应用研究、设计研制了交警便携式饮酒测定器，通用数字显示酒敏测定仪、生产出 XH-1 型全方位汽车智能报警器 6。3.7.2 防止酒后开车功能驾驶室酒精浓度检测报警器的设计，主要借助于计算机仿真系统，对整个系统及各个部分进行仿真，使系 统在整体结构上得到优化，设计中充分考虑了如下几点：（1）体积要小，易于安装，不破坏原车的整体结构，且要防震、防尘。（2）要有较强的抗干扰能力。（3）要有适应高低温环境的能力。（4）有防劫持和防酒后开车的功能对防止酒后开车需解决如下几个问题：（1）正确区分司机喝酒和乘客喝酒。（2）避免阴雨天气的误报。（3）对司机酒后开车处理应符合行车习惯和交通规则。首先，采用对酒敏传感器灵敏度进行连续可调的方式，并采用脉冲处理方式，这样可以有效地区分乘客和司机饮酒，并能避免对阴雨天气误报，同时采用三次感知方式，感知司机饮酒后，才关闭发动机，每次 间 隔最小值为 10s 。感知后采用声光方法提醒司机，给司机一个处理时间，使汽 车 停在安全地带并自动关闭发动机，同 时为避免司机在关 闭发动机后立刻在行驶，采用延时方法，即在延 时范围内无法启动汽车。电路原理框图如图 12 所示。3.7.3 技术特性（1）适用范围-30+40。（2）电源：（120.1V），电流 0.3A。（3）继电器：最大触点电压 24V，电流 1A。（4）防盗防劫持的各种延时参数：解除常态进入防盗态 4575s。车门开后输入密码时间 520s。一次 输入密码时间 20s。设置防劫持后，可行驶时间大于 60s小于 180s。（5）防酒后开车测试条件:感知体积分数最小值，小于 510-5，且 510-510 -6连续可用，酒敏感知时间大于 20s，20s 后继电器动 作。闪响报警器频率 10.5s -161。从关闭发动机到输入密码启动汽车最短时间不小于 60s。（6）抗干扰能力：酒精体积分数在 510-5时，在下述条件下不误报，湿度95RH；汽油 810-4，油漆饱和浓度，香烟自由 扩 散。图 12 酒敏传感器电路原理框图3.8 报警驱动设计该报警驱动电路是以分立元件组成的多谐自激振荡升压电路，其电路原理图如图 13 所示。图 13 报警驱动电路当 89S52 的 P1.5 有信号变 化时，送入本 报警驱动电 路， 经 Q1 基极输入，如17果信号电压达到三极管 Q1 导通放大条件， Q1 开始工作，集电极输出电平通过C2 耦合到 Q2 的基极，使 Q2 进入工作状态，同 时 Q2 集电极输出电压通过 C1 耦合到 Q1 基极，完成自激振 荡。 Q3 和 Q4 的工作原理与 Q1 和 Q2 的工作原理是一样的，Q4 的集 电极同时输 出信号电压加在由 Q5 和 Q6 组成的 NPN 复合三极管上，对信号电压进行高倍放大，送入升压变压器初级，耦合到次 级加给扬声器，产生大功率报警声音 7。报警驱动子程序如下：BAOJING:MOV WDT_CONTR,#00111101BJNB CLAM, CHECK_LOCKJB CLAM_BIT, CHECK_CLAMSETB CLAM_BIT ;若非静音状态设置为静音LCALL LOCK_OK ;表示静音成功AJMP CHECK_LOCKCHECK_CLAM:CLR CLAM_BITLCALL LOCK_OKLCALL LOCK_OKCHECK_LOCK:JNB LOCK, CHECK_UNLOCK ;检测是否为锁定状态JB LOCK_BIT, CHAZHAO ;锁定状态则蜂鸣器响一下SETB LOCK_BITCLR UNLOCK_BITCLR MOVE_BITCLR FCRLCALL LOCK_OK ;若是首次锁定， 则响音乐表示锁定成功AJMP CHECK_UNLOCKCHAZHAO:LCALL SEARCHCLR SPEAKERMOV WDT_CONTR,#00111101BAJMP BAOJING4 报警器软件设计报警器软件设计主要分为：主程序(报警器初始化、键控和解码）；报警器中断处理程序。该报警器安装在汽 车方向盘上。安装好后，启 动报警器，报警器自动延迟 20-30s 开始工作，以便 让使用人有足够的时间锁 好门离开汽车。延时后报警器进入值守工作状态，一旦 车门被打开或窗玻璃被敲碎，振动传感器检测到信18号，延时 20s 开始报警。延时的目的是使汽车的主人在开门进入车内能关闭报警器，以免误报警。汽车防盗的检测，采用超声波传感器。超声波 传感器由超声波发射电路和超声波接收电路组成。在汽车驾驶室的适当位置，装 设 超声波发射/接收器，以及遥控开关电路。当汽车停放主 人要离开汽车时， 闭合遥控器开关，汽车报警系统处于设防状态，系统利用超声波 检测车周围的障碍物。同时 AT89S52 内部的计数器开始计数。汽车距障碍物的距离是通过声纳发出到反射回来所花费的时间来测定并进行计算的，计算公式略。反射信号使 D 触发器产生一个中断请求信号INT，同 时停止计数，读取 计数值， 经公式计算出实际 距离，然后与基准距离 进行比较，如果 检测的实际距离大于参考值 80cm 时，不进行声光报警；如果有人靠近汽车进入驾驶室，检测的实际 距离小于或等于参考值 80cm 时，通过 AT89S52 单片机的 P2.1 和 P2.2 端口，驱动指示灯显示电路和声音 报警电路， 发出三声二闪光。并触发一个高电平，驱动无线信号发射电路。防盗报警器的处理程序采用时间中断查询处理，每一次时间中断，仅是去查询各种控制标志位，根据它的状态来控制各路输出。程序没有采用有循环处理的方式，所以控制未结束时，不能清除控制标志位，仅 是复位现场，等待下一次时间中断，再判断是否控制结 束。 报警器软件设计流程 图如图 14 所示。系 统通电后，主程序先完成初始化工作，包括堆栈指针， 设定定时 器/计数器的工作方式及初值，将有关存储单元置初值，启 动定时器/计数器，开中断等等。然后循环查询各输入口状态， 检测是否需要报警。当汽车处于工作状态时 ，安置在汽 车不同位置的轮胎欠压传感器、油压传感器、温度传感器、制 动压力 传感器、酒敏传感器等，采集现场信号，将检测到的油压 、气 压、温度、酒精浓度信号，经过放大、滤波、模数转换，传 送给 AT89S52 单 片机，单片机将数据进行处理、运算、比较，一切都正常时，报 警器不报警；如果与上限或下限产生了越限，则产生中断， 单片机输出信号，驱动 声、光报警电路， 发出声、光报警。而轮胎欠压检测到的压力信号在现场进行处理，当低于轮胎的最小支撑力时， 压力传感器的磁钢将移向霍尔元件开关，产生一个电压信号，经过模数 转换产生一个高电平，输入单片机， 单片机输出信号，驱动 声、光报警电路， 发出声、光报警。在超声波检测中，采用将检测到的时间与报警所需的时间参数及单次检测时间结合起来，即检测 10 次的时间，而不采用中断方式。当汽车停放而 报警系统处于设防状态时，启动定时器和计数器，同时经过 P1.1 口触发 D 触发器发出超声波，当 检测 到障碍物后输出单片机一个电平信号，通过计算、比较后，单片机输出声光报警信号，发出声光报警；输出点火电源控制信号，切断点火 电路，使汽 车不能启动