汽车防盗报警器的设计
摘要
本文介绍了本次毕业设计的课题汽车防盗报警器的设计。整个系统的功能是通过检测来实现汽车防盗，当没有振动时，保持预警状态，有振动时就报警。
本系统主要包括三个部分的电路：振动检测电路、单片机控制电路、报警电路。振动检测电路的主要功能是：检测汽车是否有振动，当没有振动时，输出保持低电平，当有振动时，检测电路产生数字脉冲信号，送到单片机控制电路。单片机控制电路是整个系统的核心部分，它接收检测电路传来的信号，并通过程序来加以处理和控制报警电路，当它接收到的是低电平时，就保持报警电路关闭状态，当它一旦接收到脉冲信号时就开启报警电路。报警电路主要实现声音和光两种报警。
本文首先说明了本次设计所能够采用的方案，接着介绍了芯片的功能及其它器件的特性，例如，AT89S52、振动传感器等。然后描述了该系统的组成及其结构。接下来分析了各个电路及整个系统的工作原理及具体工作过程。最后阐述了调试方法以及电路的改进方案，以确保整个系统更加有效地工作和很好地完成本次设计。
关键词：振动检测电路单片机控制电路报警电路振动传感器
Abstract
This paper presents my task of the graduation design in detail,which is a automotiveburglar alarm. The main function of the whole system is that it pretend the automative fromstealing throught the vibration testing.When there is no vibration it keeps the early warningstats.When there is vibration it give an alarm.
The whole system consists of three part of electrical circuit:the vibration test electricalcircuit, the control electrical circuit of the microcomputer and the the alarm electricalcircuit .The main function of the vibration test electrical circuit is that test whether there isvibration or not.When there is no vibration it output lower level.When there is vibration itoutput a digital pulse signal and send it to the control electrical circuit of the microcomputer.The control electrical circuit of the microcomputer is the core of the whole system.It take overthe signal sending from the vibration test electrical circuit and then deal it with theprogramme and control the alarm electrical circuit.When the signal it take over is the lowerlevel it keeps the alarm electrical circuit off.When the signal is the digital pulse one it turn thealarm electrical circuit on.The alarm electrical circuit consists of the voice alarm electricalcircuit and the light one.
First the thesis explain the project I can take,then it introduce the function of the chip and theother parts of apparatus.For example AT89S52 and the vibration sensor.After that it describethe structure of the system and then it analyse the basic principle of every electrical circuitand the whole one.At last it expound the way of testing and the modified project in order toensure that the whole system works effective and I can finish this design successfully.
KEY WORDS:the vibration test electrical circuit the control electrical circuit of themicrocomputer the alarm electrical circuit the vibration sensor
目录
第一章绪言 (1)
第二章任务设计 (2)
第三章AT89S52单片机 (3)
第四章全向振动传感器 (12)
第五章电路原理及设计过程 (15)
第一节检测电路 (15)
第二节单片机控制电路 (16)
第三节报警电路 (17)
第六章系统调试 (20)
第一节硬件调试 (20)
第二节软件调试 (20)
结束语 (22)
辞 (23)
参考文献 (24)
第一章绪言
近些年来,随着社会经济的发展以及工业发展的突飞猛进,人民生活水平也有了显著提高,世界的距离也在不断缩小,随着交通日益发达，越来越多的汽车进入了人们的常生活，随着科学技术的发展，汽车偷盗技术越来越高，令人们防不胜防，已对全世界造成极大的危害，汽车防盗问题也成了一个不容忽视的问题,无论是对汽车制造商还是社会保险业都具有极其重要的研究价值，如何制定出更为严的法规，开发出更为有效的汽车防盗装置，减少车主的损失是今后人们研究的重要课题。
本次设计汽车防盗报警器时,考虑到了实际情况，决定采用振动传感器和单片微型计算机组合来实现。汽车防盗报警器主要由三部分组成：检测电路，单片机处理电路，报警电路。当有振动时，通过振动传感器接受检测电路发出信号，经过单片微型计算机处理后，输出报警信号，再由报警电路实现报警。报警电路主要由声光报警两个部分组成。
本次设计采用纯数字电路的方法进行设计。这样一方面使电路布局更加合理,另一方面在调试的过程中,有助于检查电路的各个关键点的输入输出状态变化,以使得系统的整体功能更加完善。
本文首先对本次设计能够采用的方案进行了列举，具体分析了实际情况后确定了本次设计采用的方案。然后，对所采用的芯片作了介绍。接着,详细论述了本次设计所采用的电路以及它们的设计过程和在系统中所完成的功能同时，对protel99se 软件布线的过程中存在的问题以及对PCB 图怎样进行修改以使得它的布局更加合理，更加符合电路规也做了简要分析，这样有助于使自己更加清楚电路的制作过程,也会给以后的调试避免一些麻烦。最后,对电路在调试的过程中所出现的问题作了必要的描述,同时分析了它们产生的原因,并适当地提出了解决的办法以及改进方法,并把它们运用于实际电路中,这样使得电路的整体功能更加突出,更加有实用价值。总之,本文的论述是使本次毕业设计所做的课题付诸实际应用时能产生比较完善的功能,在实际应用中,能发挥很好的整体效果,有更高的实用价值。
第二章任务设计
随着微电子技术的进步，汽车防盗技术己向着自动化、智能化方向发展。现在已经有许多国家的汽车制造商研制出了比较先进和实用性很强的汽车防盗报警器，例如：美国的钥匙防盗技术，德国的变密码防盗技术，澳大利亚的电子追踪防盗技术，中国的全方位遥控防盗技术等等，这些都是当今世界上比较流行的汽车防盗技术。
但是考虑到实际情况，由于各方面的条件限制，我做的汽车防盗报警器不可能达到那么高的技术含量，最后决定采用的方案是：利用MCS-51 单片机完成汽车防盗报警器的设计。
整个方案的目的是：利用AT89S52 单片机完成汽车防盗报警器的设计，包括检测电路、单片机控制电路和程序以及报警电路的设计。从而能熟练的掌握AT89S52单片机的使用方法和程序设计技术以及相关的仿真、检测技术。
预期结果：完成汽车防盗报警器的设计：利用振动检测电路来检测是否有人或物接触预警中得汽车，如果有则发出声光报警，如果没有则保持预警状态。
本设计主要由以下几个部分组成：检测电路，单片机处理电路，报警电路。
主要元器件列表如下：
通用单片机 AT89S52 一片
振动传感器器 CLA-3 一个
TTL 非门芯片74LS04 一片
石英晶体振荡器 12M 一个
三极管 9012 一个
独立式按键一个
发光二极管一个
蜂鸣器一个
电阻若干
电容若干
第三章 AT89S52单片机
一、主要性能
1、与MCS-51单片机产品兼容
2、8K字节在系统可编程Flash存储器
3、1000次擦写周期
4、全静态操作：0Hz～33Hz
5、三级加密程序存储器
6、32个可编程I/O口线
7、三个16位定时器/计数器
8、八个中断源
9、全双工UART串行通道
10、低功耗空闲和掉电模式
11、掉电后中断可唤醒
12、看门狗定时器
13、双数据指针
14、掉电标识符
二、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8051 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
三、引脚结构
图3-1 引脚结构图
VCC : 电源
GND: 地
P0 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。
P1 口：P1 口是一个具有部上拉电阻的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，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。
表3-1 引脚号与第二功能
P2 口：P2 口是一个具有部上拉电阻的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，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。
P3 口：P3 口是一个具有部上拉电阻的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，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。
表3-2 引脚号与第二功能
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/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: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: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。
XTAL1:振荡器反相放大器和部时钟发生电路的输入端。
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(SFR)的地址空间映象。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2 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3-3和表3-4所示），寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。
表3-3 T2CON：定时器/计数器2控制寄存器
表3-4 定时器功能
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: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：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，程序读写先从部存储器（地址为0000H～1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000H~FFFFH。
数据存储器：AT89S52 有256 字节片数据存储器。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 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
定时器0 和定时器1:在AT89S52 中，定时器0 和定时器1 的操作与AT89C51 和AT89C52 一样。为了获得更深入的关于UART 的信息，可参考ATMEL （.atmel.）。从这个主页，选择“Products”，然后选择“8051-ArchitechFlash Microcontroller”，再选择“ProductOverview”即可。
定时器2：定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择（如表2所示）。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。如表3 所示，工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2 有2 个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2 寄存器都会加1。由于一个机器周期由12 个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。
表3-5 定时器2工作模式
在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2 发生1 至0 的下降沿时增加1。在这11 种方式下，每个机器周期的S5P2期间采样外部输入。一个机器周期采样到高平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加1。在检测到跳变的这个周期的S3P1 期间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别1－0的跳变需要2个机器周期（24个晶振周期），所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期保持不变。
中断：AT89S52 有6个中断源：两个外部中断（INT0 和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断如图3-2所示。
每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE 中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。如表3-7所示IE.6位是不可用的。对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不
应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。
定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。
定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2 的标志位TF2 在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。
表3-6 中断允许控制寄存器（IE）
（MSB）（LSB）
中断允许控制位＝1，允许中断
中断允许控制位＝0，禁止中断
表3-7 中断符号及功能
图3-2 中断源
晶振特性：如图3-3 所示，AT89S52 单片机有一个用于构成部振荡器的反相放大器，XTAL1 和XTAL2 分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2 可以不接，而从XTAL1 接入，如图3-4所示。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。
图3-3 部振荡电路连接图
图3-4 外部振荡电路连接图
石英晶振 C1,C2=30PF±10PF
瓷谐振器 C1,C2=40PF±10PF
第四章全向振动传感器
CLA-3全向振动传感器是传感器研发公司最近开发研制的一种新产品,投放市场后受到用户的好评，本为对CLA-3 的应用做一个简介。常用的振动传感器分为以下几个类型:压电/驻极体/电磁型、弹簧型、机械接触型等等。CLA-3 微型全向振动传感器是一种采用新型高灵敏度传感膜而设计的全向振动传感器，具有全向检测、灵敏度可调、高抗干扰能力、产品一致性和互换性好、体积小、可靠性高、价格低等特点。
（1）、CLA-3 全向微型振动传感器与其他振动传感器的比较
表4-1 CLA-3 全向微型振动传感器与其他振动传感器的比较：
（2）CLA-3 主要性能参数：
1、工作电压：1.25V～30V。
2、灵敏度：大于等于0.2g。
3、频率围：0.5HZ～20HZ。
4、工作温度围：-30℃～60℃。
5、体积：直径4.5 毫米，长度9 毫米（不含引线，单侧引线15 毫米）。
6、检测方向：全向。
7、信号输出：准数字信号。
8、输出脉冲宽度：与振动信号幅度成正比。
9、静态电阻：小于30000 欧姆。
10、输出：无极性。
（3）典型应用：
①传感器上接电路如图4-1所示。输出波形如图4-2 所示，静态输出状态不定。R1
是电路的偏置电阻，阻值取值围为200K-2M 欧姆，OUT 是经过阻抗变换的输出端，如果负载电路输入阻抗很高，也可直接从CLA-3 与偏置电阻的连接点输出。
图4-1 传感器上接电路
图4-2 输出波形
②传感器下接电路如图4-3所示。输出波形如图4-4 所示，静态输出状态不定。
图4-3 传感器下接电路
图4-4 输出波形
（4）使用中注意的问题：
CLA-3 振动传感器与其他的振动传感器一样，不管是独立的探头还是安装有探头的线路板与被检测的对象必须采用刚性连接（使用螺丝或者粘结胶固定），以减小振动源至传感器之间的信号衰减
第五章电路原理及设计过程
本系统是一个汽车防盗报警器系统。当有人或物体接触车体时产生振动，本报警器就通过振动传感器接受到振动信号，由检测电路发出一个信号，经过单片机控制电路处理后发出报警信号，基于以上要求，可以得到系统的设计要求。
本系统的设计要求如下：
（1）检测电路要能够检测到振动信号，并输出一个单片机能够识别的数字信号。
（2）单片机控制电路主要完成接收检测电路输入的数字信号，并发出报警信号的任务。当单片机控制电路没有接收到检测电路送过来的信号时，它就一直处于预备接受状态，一旦检测电路有信号输入时，它就发出报警信号，并且延时数秒后，就停止发出报警信号。如果检测电路一直有信号输入，单片机控制电路就一直发出报警信号，直到检测电路不在输入信号。
（3）报警电路主要完成声光报警工作。当报警电路接收到单片机控制电路发出的报警信号时，发光二极管就发光实现光报警，蜂鸣器就鸣叫实现声报警。
第一节检测电路
检测电路如图5—1 所示，振动传感器CLA-3采用上接电路法，通过一个非门输出数字信号。当没有振动信号时，传感器导通，1 脚为高电平，经过TTL 非门后反向，所以2 脚是低电平。当有振动信号时传感器截止，1 脚为低电平，2 经过反响后是高电平，而且振动时间越长，传感器截止时间也随之增长。
图5-1 检测电路
如上所述，我们可以得到检测电路在有振动时的波形图，如图5—2 所示。检测电路产生的是数字脉冲信号，脉冲宽度随振动时间的长短变化，振动时间长，脉冲宽度宽，振动时间短，脉冲宽度就窄。脉冲的幅度跟电源和下拉电阻R4 的大小无关，因为输出信号是经过TTL 非门的，所以输出信号的幅度是TTL 门电路规定的电压5V。但是电源也不能太小，因为太小可能引起TTL 非门无法检测。这里为了实际操作的方便采用5V 电源。
图5-2 检测电路输出信号波形图
第二节单片机控制电路
单片机控制电路如图5-3 所示，单片机采用部振荡方式，电容C1 和C2 都是20pF，晶振采用12M 的，复位方式是按键电平手动复位。考虑到检测电路输出的是数字脉冲信号，所以选择中断端INT0 作为检测电路信号的输入端，这样只要通过程序把中断端INT0的触发方式选择为下降沿触发，单片机就可以正确的检测到检测电路输入的信号。
选择P1 口作为报警信号的输出端主要因为P1 口是通用I/O 双向静态接口，具有输出锁存功能，这样可以比较方便的通过软件来实现报警信号的控制。
图5-3 单片机控制电路
第三节报警电路
报警电路如图5-4 所示，上面是光报警电路，它与单片机的P1 口连接，当单片机控制相应的P1 口输出1 时，发光二极管截止，不报警。当单片机控制相应的P1 口输出0 时，发光二极管导通，报警，这样单片机就可以通过控制相应的P1 口来控制光报警电路。
下面是声报警电路，同样的道理，当单片机控制相应的P1 口输出1 时，三极管Q1的基极和发射极之间截止，整个三极管就不工作，不报警。当单片机控制相应的P1 口输出0 时，三极管的基极和发射极就导通，在集电极就产生一个较大的电流，从而驱动蜂鸣器工作，发出报警声。