基于PIC12CE519控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機提醒系統設計

艾衛東，姚進國，張春方

（1.河南省工業科技學校，河南 新鄉 453000；2.新鄉市苗勇精工汽車修理有限公司，河南 新鄉 453000；3.新鄉市新金泰汽車音響裝飾城，河南 新鄉 453000）

維修企業經常接到車主的緊急救援電話反映“前幾天車輛正常使用，現在使用時車輛無法起動”；買了發動機防盜配置的車輛被盜現象也時有發生。車主停放車輛后，由于蓄電池靜態電流過大造成蓄電池虧電及盜車賊利用高科技手段破解發動機防盜盜走車輛。由于車輛電控系統的功能越來越來強大，車載電器越來越多，車主在停車時偶爾忘記斷開電器開關或者不小心觸發其它功能，造成車輛的部分電器繼續工作，車輛電控系統不能休眠，這些因素使蓄電池靜態電流過大，造成蓄電池虧電。車輛舒適系統故障也會使車輛不能進入休眠狀態，導致靜態電流過大，比如多路數據傳輸系統線束折斷、車載電源控制單元的插接器接觸不良、車門控制單元有問題、行李廂燈和雜物箱燈及隱蔽處的照明燈損壞等，從而引起蓄電池虧電；如果經常性虧電會使蓄電池壽命縮短以至于損毀，給車主造成不小的損失。隨著科技的發展，許多汽車雖然已經配備了發動機防盜系統等高科技電子防盜系統，但盜車賊如果擁有高科技的設備，短時間內就能破解發動機防盜等高科技電子系統，給車主帶來更大的損失。以上兩種情況給車主造成的損失都是在車主毫無知覺的狀態下發生，只有車主再次使用車輛時才能發現他們的愛車情況不妙，不能及時地保護和維護車輛，給車主的工作和生活帶來極大的損失和不便。

為了能夠使車主隨時保護和維護車輛，我們設計了一套基于PIC12CE519單片機汽車防盜及蓄電池虧電手機提醒系統，利用移動通信把車輛非法起動及蓄電池虧電信息通過撥通車主隨身攜帶的手機進行提醒，進行無線移動信息傳遞，使車主及時保護車輛防盜及維護蓄電池。本套系統成本較低，使用方便，性能穩定。

1 系統的總體設計方案

PIC12CE519單片機控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機提醒系統設計的總體思想是以PIC12CE519為核心的5V直流穩壓電源模塊、信號電壓采集模塊、發動機防盜執行模塊和手機撥號執行模塊組成，如圖1所示。利用7805為整個系統提供5V直流穩壓源，利用LM339電壓比較器對蓄電池和點火開關進行電壓采集，單片機通過對電壓采集的數據進行分析和判斷，發送信號給驅動電路，通過驅動電路控制推拉電磁鐵和發動機防盜繼電器，推拉電磁鐵撥號老年人手機的SOS鍵，通過老年人手機事先預存的號碼向車主隨身所帶的手機按預先軟件設定的規律撥打電話，讓他們隨時掌握是車輛蓄電池的虧電還是非法起動情況信息；防盜繼電器切斷發動機點火電路使發動機無法起動。此系統建立了車輛與車主之間通過移動通信，他們能夠隨時掌握車輛非法起動及蓄電池虧電信息，保護自己的車輛，維護蓄電池。

圖1 系統原理示意圖

2 系統的硬件設計

2.1 系統5V直流穩壓電源

系統的5V直流穩壓電源是系統正常工作的關鍵。它主要由蓄電池、開關K1、熔斷器FU、電解電容器C1、C2和集成式三端穩壓器LM7805構成，如圖2所示。LM7805集成穩壓器在本系統中應用電路見圖2，它是一個輸出+5V直流電壓的穩壓電源電路，最高輸入極限電壓36V，最低輸入電壓7V，極限電流1.5A。當輸出電流較大時，7805應配上散熱板；輸入電源為蓄電池電壓，蓄電池剩余電量100%時，電壓為12.7V，蓄電池剩余電量0%時，電壓為10.5V［1］，能夠滿足7805集成穩壓器輸出5V電壓的使用要求；C1、C2分別為47μF的輸入端和輸出端濾波電容；按鈕開關閉合輸出5V直流電壓，按鈕開關斷開，輸出0V直流電壓；熔斷器FU是為了出現短路時保護電源電路。

圖2 系統5V直流穩壓電源原理圖

2.2 系統信號輸入的電壓采集電路

系統的輸入信號是由LM339對點火開關ON時點火電壓和蓄電池電壓數據采集后送往單片機分析處理，電壓數據采集電路如圖3所示。

圖3 電壓信號采集電路

LM339（四路差動比較器）是在電壓比較器芯片內部裝有4個獨立的電壓比較器［2］，是一種常見的集成電路，主要應用于高壓數字邏輯門電路。蓄電池的剩余電量可通過測量蓄電池的電壓粗略地得出，車用12V鉛酸蓄電池電壓與剩余電量的關系見表1［1］。正常使用的車輛蓄電池電量都是滿電，也即是其電壓大于或等于12.7V。當蓄電池的剩余電量只有50%時，車輛起動困難，此時需要起動發動機利用車載發電機充電或拆下蓄電池負極線利用充電機充電，因此，蓄電池電量50%時為蓄電池虧電的臨界點，此時蓄電池電壓為12.0V，電阻R2兩端的電壓在蓄電池滿電時大于9.07V，電阻R2兩端的電壓在蓄電池電量半電時為5V，L339端子6、端子7和端子1的關系見表2。當LM339的端子6電壓大于端子7電壓時，Output2輸出高電平，當LM339的端子6電壓小于或等于端子7電壓時，Output2輸出低電平。點火開關在ON 閉合時，LM339端子5的電壓為蓄電池電壓，點火開關在ON斷開時，LM339端子5的電壓為0V，端子4和端子5的關系見表3。當LM339的端子5電壓大于端子4電壓時，Output1輸出高電平；當LM339的端子5電壓小于端子4電壓時，Output1輸出低電平。

表1 蓄電池電壓與剩余電量的關系

表2 蓄電池電壓數據采集表

表3 點火開關數據采集表

2.3 單片機主要特點及其在本系統的使用

PIC12CE519單片機的總線結構采用的是數據總線（8位）和指令總線（12位）獨立分開的“哈弗結構”，所以它具有精簡指令集（RISC）的特點：速度快，效率高且功耗很低。它是世界上第1個8腳封裝的8位單片機，功耗低，價格便宜，結構簡單易于編程，運行時的功耗為2 mA，寬電壓范圍，工作電壓為2.5～5.5V，內置4MHz RC型振蕩源，可省外接震蕩。PIC12CE519價格低廉，使用簡單，功耗較低，這是本系統采用的主要原因。PIC12CE519單片機的管腳圖如圖4所示，每個管腳在本系統中的功能：GP0～GP5可由程序設計輸入輸出，VDD、VDS接電源+5V和搭鐵線［3］。

圖4 PIC12CE519單片機管腳圖

PIC12CE519單片機改變I/O口的輸入輸出依靠寫入寄存器TRIS的值，相應位寫0，表示對應管腳被定義成了輸出，相應位寫1，表示對應管腳被定義成了輸入。為了充分利用管腳，節約成本，減少空間，我們利用軟件把GP4、GP5定義為輸入端，把GP0、GP1、GP2、GP3定義為輸出端。在本系統中使用GP4、GP5作為采集信號的輸入端，GP0、GP1作為控制信號的輸出端，GP2接發光二極管，用來指示系統正常運行狀態，GP3懸空，不在系統中使用；系統采用的晶振是單片機內部的晶振。

2.4 手機提醒裝置

手機提醒裝置是由微型推拉電磁鐵和一部老年人手機構成。微型推拉電磁鐵 U形框架式外形設計，外殼方便安裝，淘寶上可以低廉的價格購買，通電后動鐵心靈活運動；工作電壓直流3～48V，工作電流10 mA。老年手機中有一按鍵稱為緊急呼叫功能，即手機背面有橙色SOS按鍵一鍵求救功能；開機狀態下，長按該鍵2～3 s，即可同時先后自動依次發短信息給預設的5個緊急救助人，再自動依次撥打電話給預設緊急救助人，直到有人接聽電話為止，電話一接通，警報聲即刻停止。利用微型推拉電磁鐵按照SOS按鍵的使用要求按動該鍵，在該手機中預存車主及其家人的電話，及時按軟件設定的模式掌握車輛蓄電池虧電及車輛非法起動的信息。

3 系統的控制電路及其工作原理

系統的設計本著簡單、可靠、配件易于購買及低成本的原則，其使用的電源全部是5V電源，系統最大工作電流在16 mA左右。圖5為系統的控制電路。

圖5 系統的控制電路

Output2是LM399電壓比較器采集的車載蓄電池的電壓信號，當蓄電池電壓小于12V時為低電平，大于12V時為高電平，把此信號送入單片機，通過單片機的軟件設置，把GP5作為輸入端，以此判斷蓄電池是否處于虧電的臨界點狀態12V。Output1是LM399電壓比較器采集的點火開關的點火電壓，把此信號送入通過軟件設置的輸入端GP4，以此判斷車輛是否處于非法點火狀態。車主使用車輛時，通過斷開5V電源總開關K1停止本系統的使用。通過單片機的軟件設置把GP0、GP1、GP2和GP3作為輸出端，GP3作為輸出端懸空，防止外界信號對單片的干擾。PIC12CE519單片機的每個I/O腳最大控制電路為25 mA，它可直接驅動數碼管顯示，因此把GP2腳輸出帶動發光二極管，以顯示整個系統工作正常。GP0作為輸出端通過驅動三極管使防盜繼電器工作，當滿足汽車非法起動條件時，它切斷發動機的點火控制電路。GP1作為輸出端通過驅動三極管帶動微型推拉電磁鐵工作，當滿足汽車蓄電池虧電電壓時或者車輛非法接通點火開關（合法接通點火開關就是起動車輛前斷開系統電源開關），推拉電磁鐵工作3 s然后停止；如果蓄電池虧電，每間隔30 min，動作一次；如果車輛非法起動，每間隔1 min，動作一次；系統這種工作狀態一直到車主打開車門，斷開此系統電源開關為止，提醒車主維護蓄電池充電或趕快抓竊賊，保護車輛。

4 系統單片機的程序設計

本系統采用C語言進行開發，其輸入與輸出的邏輯關系見表4，GP4=1為非法起動車輛，GP5=0為蓄電池處于臨界虧電狀態，GP0=0為防盜繼電器啟動切斷點火控制線，GP1=0為微型推拉電磁鐵工作對老年手機的SOS鍵撥號，GP2=1系統發光二極管點亮，表明系統正常工作。為實現上述功能，對單片機進行了設置：CONFIG=×××××××00110，禁止MCLR引腳復位，使能程序代碼保護，使能WDT，使用內部RC振蕩器；OPTION=00001111，使用引腳喚醒功能。TRIS=11110000，端口GP0、GP1、GP2、GP3為輸出，其余為輸入。

系統的流程圖如圖6所示。當系統電源開關閉合通電時，系統上電復位，進行初始化端口寄存器功能，端口GP0、GP1、GP2、GP3為輸出端，GP4、GP5為輸入端；程序使GP2端口為高電平，點亮系統的發光二極管，指示系統已經處于工作狀態；系統檢測車輛點火開關是否接通ON位置，GP4=0表示沒有接通ON位置，系統檢測GP5，GP5=0表示車載蓄電池電壓（以12V為臨界點）是處于虧電狀態，單片機發出指令使GP1=0維持3 s時間，此時驅動三極管導通，微型推拉電磁鐵導通3 s后斷開，撥動老年手機SOS鍵，SOS鍵把預存在老年人手機車主號碼撥通，提醒車主其汽車蓄電池即將虧電，間隔30 min后，再次撥通車主的手機號碼，直到車主到車內斷開系統電源開關或給蓄電池充電。

表4 系統輸入與輸出的邏輯關系表

如果系統檢測到GP4=1表示非車主接通點火開關ON位置，單片機發出指令使GP0=0，GP1=0；GP0=0信號驅動三極管導通，防盜繼電器工作切斷點火電路，即使再高明的儀器也無法起動發動機，同時GP1=0維持3 s時間，驅動三極管導通3 s時間，微型推拉電磁鐵通電3 s后斷開，它撥動老年手機SOS鍵，SOS鍵把預存在老年人手機車主號碼撥通，間隔1 min后，再次撥通車主的手機號碼，提醒車主車輛被非法起動，趕快去保護車輛抓住竊賊。

圖6 系統的流程圖

5 結束語

本文對PIC12CE5191控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機提醒系統在汽車實驗室車輛、部分靜態電流過大車輛（靜態電流在100 mA以上的故障車輛）以及不關閉小燈開關的車輛上進行使用，性能可靠。系統的總成本約200元左右（主要采用不同品牌老年人手機因素造成成本差異），經過半年使用，從未出現過誤判。特別是一個車主的手機可以同時得到多個車輛防盜和蓄電池提醒的信息，使車主對車輛防盜和蓄電池虧電的維護能夠隨時通過移動手機掌握情況，以便及時處理，使自己的車輛沒有損失，使自己的出行不受影響。本系統體積小，很容易實現嵌入式安裝，整個系統在車輛上拆裝方便，不影響車輛的其他系統，性能可靠。整個系統的配件屬于大眾型配件，通過淘寶很容易購買，價格便宜。

本系統目前主要應用在院校汽車實訓室科魯茲轎車、威朗轎車及豐田卡羅拉轎車上和擁有車庫家庭的車輛上蓄電池虧電提醒功能，以及失竊率比較高的低配車輛上比如日產陽光和北京現代瑞納車輛上被盜提醒。系統蓄電池虧電提醒避免了車輛使用時無法起動，車輛被盜提醒和點火電路防盜避免了財產損失。

本系統的創新點：它采用了價格低廉，僅有8個管腳的PIC單片機作為控制器的控制核心，通過移動手機間通信實現了人車之間的聯網。單片機根據系統需要進行了開發，合理設計了系統穩壓電源電路、電壓信號采集電路和單片機控制流程，使車主隨時掌握車輛非法起動和蓄電池虧電信息。