汽車無線防盜防撞報警器的設計

孫景偉 丁學用

摘 ? 要：文章針對車輛正常運行和車輛防盜問題，提出了汽車無線防盜防撞報警器的設計方案。該系統主要對車輛行駛（包含前進、倒車、轉彎）的環境進行判別，用兩車之間的間隔或者車與障礙物的距離作為判斷依據，一旦達到危險極限閥值，系統會發出危險警報提醒，大幅度減少交通事故的發生。此報警器以單片機為主體結構，包含了4個不同的模塊：數據顯示、距離測量、無線發射和無線接收。采用單片機（STC89C51）為主控器，用超聲波進行測距，震動檢測模塊檢測震動，并使用發光二極管進行數據的顯示。此系統具備顯示效果直觀、電路簡單易懂、切換簡單方便、成本低廉等優點，市場前景非常廣闊。

關鍵詞：超聲波測距;無線發射;無線接收;無線防盜防撞

目前，汽車防盜器的性能已經達到較高水平，開始綜合應用電子傳感器進行智能警報，有的還應用了生物防盜電子控器電路或機械結構，報警器和驅動器組成了電子防盜系統，可更好地滿足智能控制的相關要求，并向著智能化和自動化靠攏[1]。

該系統在運行過程中通過改變傳感器測量距離，及時把車與危險物體的極限距離顯示出來[2]在防盜開關閉合時開始進行防盜，在其他人員接近且在車內產生振動情況下，系統就會自動進行報警且發出相關的聲光信號。

在系統運行過程中，車輛處于倒車模式時測量出車后方和障礙的間距，當距離低于設定值時，報警系統就會發出警報，讓駕駛員保持警惕。在報警系統正常運行的情況下，震動檢測模塊會檢測車輛上是否有人盜竊。

1 ? ?基本原理

1.1 ?系統整體框架結構

此系統的核心為STC89C51單片機，此外還包括測距電路、按鍵電路、無線電路這幾個模塊，綜合實現相關的功能[3]。各個電路一一對應和單片機進行連接，以單片機作為大腦，在單片機的操控下實現各個模塊的功能[4]。本設計的主程序主要進行超聲測距且將結果顯示到數碼管上。首先，將聲波以40 kHz頻率發送出去，同時，計時器開始計時，等到信號返回時，結束計數且進行計時，確定障礙物到汽車的距離，然后在數碼管（發光二極管）上顯示數據。

1.2 ?方案比較

1.2.1 ?測距模塊設計與論證

方案一：雷達測距。發射電磁波，遇到物體（或者前方車輛）后自動反射回來，計算其距離。特征表現為探測穩定、可有效抵抗干擾，但控制成本高。

方案二：在一般情況下，超聲波測距采用頻率高于20 MHz的機械波，滲透性強、褪色少、反射強。在運行過程中接收到反射信號后，發射器會發射一定長度的連續脈沖，通過計算時間差得出距離。

本設計使用方案二，原因是超聲波不但原理簡單、制作方法簡單，而且成本較低。

1.2.2 ?按鍵模塊設計與論證

方案一：使用普通點動按鍵進行控制。

方案二：通過自鎖開關按鍵進行控制，在運行過程中按下此按鍵后，相應的測距模塊電源被接通，按鍵松開時，對應的震動檢測模塊開始處于工作狀態，進行防盜檢測。

此模式下需要不斷進行撞和防盜切換，控制簡單，可不必單獨設置。在方案一中，每個按鍵對應各子程序，更為方便，因此，本設計選擇了方案一的點動按鍵。

1.2.3 ?防盜模塊設計與論證

方案一：選擇了熱釋電紅外傳感器，也就是基于紅外探測的原理進行報警，在運行過程中可檢測到人體發射的紅外線輻射而進行報警，這種傳感器只能在室內進行工作，容易受外界干擾。

方案二：采用震動檢測器。在運行過程中，如果車輛出現了明顯的振動，則可進行報警提示。在出現報警信號的情況下，可將其通過無線模式傳給接收端，對車主進行提示。本設計采用震動檢測，因為溫度會影響紅外傳感的精度，從而導致結果不準確。

2 ? ?主程序設計

接通電源后，系統的默認工作模式為防撞模式，LED數碼管顯示與障礙物的間距。在運行過程中，系統可發射出一定的超聲波脈沖，然后對車輛和障礙物的間距進行判斷，且和設定的閾值進行對比，并通過LED數碼管顯示出兩者之間的距離[5]。轉換開關（自鎖開關），控制兩種模式的切換，當按下轉換開關時，系統將進入防盜模式的初始化，LED數碼管顯示“000”，當系統初始化完畢時，開始檢測是否有震動。一旦達到危險距離或者出現震蕩，系統會開始聲光警報。

3 ? ?硬件調試

防盜防撞功能開啟時，承擔了探測距離和震動檢測的功能，如圖1所示，3個點動按鍵從上到下分別為距離“+”鍵、距離“-”鍵、設置距離鍵。自鎖開關用于兩種模式的切換。當防撞功能開啟時，LED發光二極管顯示探測的距離（默認為50 cm）。當防盜功能開啟時，檢測到振動時，發光二極管會閃爍。

圖1 ?防盜防撞功能開啟

圖2 ?接收機報警功能激活

接收機報警功能激活時，承擔了接收信號和發出警報的功能，如圖2所示。當接收機接收到發送機的無線信號時，即開始進行防撞功能時，檢測的距離到達閥值，接收機的聲光警報就會被激活。

在調試過程中，需要用到主控模塊，根據調試結果，在出現以下方面的問題時，需要進行適當的處理。

3.1 ?接上VCC時，發光二極管沒有變亮，無法顯示信息

（1）在VCC未連接的情況下，測試結果發現單片機加載了5 V電壓。

（2）P1為低電平情況下，分析其輸出為低。

（3）檢查P0口，結果發現上拉電阻沒有連接上，將其接入之后正常顯示。

3.2 ?不能正常顯示數據

（1）檢查單片機引腳和數碼管連接是否正確，經過檢查發現數碼管的連接方面是正確的。

（2）查看超聲波模塊連接方式的是否正確，檢測出發射模塊和接收模塊是否接反。然后對其進行調整處理，就可滿足顯示相關的要求。

4 ? ?結語

該系統的主要組成單元包括超聲波傳感器、單片機、收發電路等。在運行過程中，超聲波傳感器發送和接收超聲波，然后測出距離，并且在顯示器上顯示所測量的距離。利用振動檢測器檢查是否存在震動，當存在震動時，發送無線信號并發出警報。焊接的工藝和元器件的質量會導致測量的極限距離有時不完全滿足設計的要求，但是誤差不大，影響很小，可以滿足日常的測量要求，具有較高的應用價值。

[參考文獻]

[1]賈宗璞，許合利.C語言程序設計[M].徐州：中國礦業大學出版社，2007.

[2]何希才.傳感器及其應用電路[M].北京：電子工業出版社，2001.

[3]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[4]李泉溪.單片機原理與應用實例仿真[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.

[5]華成英，童詩白.模擬電子技術基礎[M].4版.北京：高等教育出版社，2006.

Abstract：Aiming at the problems of vehicle normal operation and vehicle anti-theft， this paper puts forward the design scheme of wireless anti-theft and anti-collision alarm for automobile. The system mainly discriminates the environment of the vehicle driving including forward， reverse， turn， using the interval between the two vehicles or the distance between the vehicle and the obstacle as the basis for judgment. Once the danger limit threshold is reached， the system will issue a danger alarm warning and greatly reduce the occurrence of traffic accidents. This alarm takes the single chip microcomputer as the main structure and contains 4 different modules： data display， distance measurement， wireless transmission and wireless reception. Single chip microcomputer（STC89C51）is used as the main controller， ultrasonic is used for ranging， vibration detection module is used to detect vibration， and LED is used for data display. This system has the advantages of visual display effect， simple and easy to understand circuit， simple and convenient switching， low cost and so on.

Key words：ultrasonic ranging; wireless transmitting; wireless receiving; wireless anti-theft and anti-collision