基于单片机的汽车防盗报警器设计【2张cad图纸+文档全套资料】

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[2] 陈大力.基于GSM网络的汽车智能防盗报警器设计[J].电脑与信息技术. 2016. [3] 谢海军，吴钟云，杨艳华，安玉磊.基于单片机汽车报警系统设计与实现 [J].电子设计工程，2012. [4] 冯若愚，高芳芳.基于单片机的汽车报警系统设计[J].漯河职业技术学院 学报，2013. [5] 王警卫.基于单GSM的汽车无线防盗抢报警定位的研究[D].东北大学， 2012. [6] 刘洋.基于GSM的汽车防盗报警系统[D].内蒙古大学，2012. [7] 祝建科.基于单片机的汽车报警器的设计与制作[J].电子世界，2012. [8] 朱刚，基于GSM/GPS汽车防盗报警系统的设计[[D].武汉理工大学，2012. [9] GUO Yong-Cai,YU Ying,GAO Chao. Remote Security Monitoring System Based on GSM\GPRS.2010 [10] K.Veeranna Reddy1,Y.Tirumala Babu. A study on Auto Theft Prevrntion Using GSM.2011 [11] 闵海.浅谈单片机汽车防盗报警系统设计[J].科技经济市场.2006. [12] 刘永春，关义平，杨静.基于GSM及单片机的汽车报警系统设计[J].西 南大学（自然科学版），2011. 指导教师意见 指导教师______________签字 年 月 日 专业审查意见 审查人______________签字 年 月 日 毕业设计（论文） 题 目 基于单片机的汽车防盗报警系统设计 学 院 专业班级 学生姓名 指导教师 成 绩 年 月 日 摘 要 为防止汽车被盗，防盗报警器的使用已非常普遍，在针对过去设计电子报警器仅用单片机来实现，功能性单一且报警效果不佳的缺点。本文基于在成熟的GSM网络平台，设计了一套实用性强的防盗系统。该系统包括传感器、微处理器、GSM模块、GSM网络、用户手机等。当防盗模式启动后，系统中的传感器便处于工作状态。一旦检测到相应的干扰信号，防盗报警系统便被触发，微处理器控制系统进行综合判断后，通过网络将短消息发送至用户手机，告知车辆正遭到外部入侵。 本文对汽车远程控制防盗报警系统进行了方案设计，然后论述了以89C51微控制器为核心地硬件系统设计和软件设计。硬件电路设计包括GSM芯片外围单元、单片机控制系统电路、传感器的选型等等。软件设计包括整体流程，若干子程序模块。 关键词：防盗报警； GSM； 传感器； 短消息； Abstract In order to prevent the car from being stolen, the use of burglar alarm is very common, in the past, the design of electronic alarm only use single chip to achieve, the single function and the alarm effect is not good.This article is based on mature GSM network platform, design a practical anti-theft system. This system includes sensors, the microprocessor, the GSM module, the GSM network, the user handset peacefully and so on. After the security pattern start, in the system sensor examination module then is at the active status. Once examines the corresponding unwanted signal, the security alarm system is then triggered, after the microprocessor control system carries on the synthetic judgment, through the GSM network the short news transmission to the user handset, informs the vehicles to encounter exterior invasion. The article has carried on the project design to the automobile long-distance control security alarm system. Then it has discussed the hardware and software system designs that use 89C51 microcontroller as the center. The design of hardware circuit includes the peripheral unit of GSM chip, the monolithic integrated circuit control system electric circuit, the sensor shaping and so on. Software design including system software overall flow, several subprogram modules. Keywords: Guard against theft and alarm; GSM; sensor; Short Message 目 录 摘 要 I Abstract II 第1章 绪论 1 1.1 课题研究的目的及意义 1 1.1.1 汽车防盗报警设计的提出背景 1 1.1.2设计的意义及目的 1 1.2 防盗报警器的研究现状及发展趋势 1 1.2.1 国内防盗报警研究现状 1 1.2.2 国外防盗报警研究现状与国内的差别 2 1.2.3防盗报警器的发展趋势 2 1.3 研究内容和方法 4 第2章 系统构建与方案设计 6 2.1 系统的总体设计思路和构成 6 2.1.1 报警电路概述 6 2.1.2 报警器原理 7 2.2 系统的基本工作过程与说明 8 第3章 系统硬件电路设计 10 3.1 震动电路的特性及设计 10 3.1.1 传感器的选择 10 3.1.2 ADXL202的测量原理及电路的设计 12 3.2 利用微波多普勒传感器对入侵范围进行监测 14 3.2.1微波多普勒传感器的原理 14 3.2.2 微波多普勒传感监测应用电路 14 3.3 利用霍尔开关对车门进行监控 16 3.3.1 霍尔传感器 16 3.3.2 霍尔器件的选择 17 3.3.3 霍尔器件的应用 18 3.4 通信模块的设计 18 3.4.1 GSM短信业务 18 3.4.2 GSM模块的选择 21 3.4.3 AT指令 22 3.4.4 串口RS-232 23 3.5 单片机的选择及外围电路的设计 27 3.5.1 单片机的选型及特点 27 3.5.2 存储电路 28 3.5.3 语音报警电路 29 3.5.4 闪光报警电路 30 3.5.5 电源设计 31 3.5.6 键盘设计 34 第4章 系统软件的设计 35 4.1 系统软件流程 35 4.2 系统软件模块设计 35 4.2.1 主程序设计 35 4.2.2微波报警中断子程序 36 4.2.3 GSM报警控制流程 37 第5章 系统的抗干扰技术 39 5.1 系统硬件抗干扰措施 39 5.2 系统软件抗干扰技术 40 总结与展望 41 全文总结 41 展望 41 参考文献 43 附录 45 致 谢 53 第1章 绪论 1.1 课题研究的目的及意义 1.1.1 汽车防盗报警设计的提出背景 近年来，随着我国人民生活水平的不断提高和汽车工业的高速发展，汽车己迅速成为人们的工作、生活中不可缺少的代步工具，但车辆的频繁被盗又成为当今普遍关注和急需解决的社会问题。虽然汽车防盗器市场潜力很大，通过本人调查分析可知现有的防盗产品都有着一些缺点，如防盗效果差、安装不方便、声光污染大、维护不便和价格昂贵等。并且这类防盗产品的报警功能都是基于单纯的“防盗”要求，但是随着科技的发展，汽车防盗的发展方向是智能程度更高的芯片式和网络式方面发展。微电子技术、汽车总线技术和无线通信技术的不断发展为我们在完善汽车防盗技术上提供了新思路。 1.1.2设计的意义及目的 此课题的研究意义在于利用GSM网络的短消息业务实现数据通信，从而用于对汽车运行状态的远距离监控。重点探讨通过采用单片机控制GSM模块进行短信息收发的实现过程，其低投人、高效率的特性带动起一个全新的通讯技术的推广应用，而且随着无线网络的不断发展，短消息的应用将进一步适用于3G网络。因此，研究汽车远程防盗报警系统具有较好的实用价值和广阔的市场前景。 1.2 防盗报警器的研究现状及发展趋势 1.2.1 国内防盗报警研究现状 改革开放以后咱们对外开放，国外的一些名牌产品，比如安定保、CK等，陆续打入了中国市场。对国内的企业而言一方面是挑战，另一方面是促进。通过这二十几年改革开放以来的发展情况，应该说我们国家在这方面的发展速度还是很快的。目前我们国家在报警主机方面、视频系统方面，出入口控制系统方面，都已经达到了一定的规模。而且国产化的比例现在占的越来越大。在不久的将来我们会赶上发达国家的。而且从发展前景来看，我们的一些产品不仅会在国内畅销，而且还会打入国际市场。目前对于我们国家的出口量来讲，电子产品大概占国内整个出口的60％，所以，从这个角度来看，从国内现在的发展趋势来看，一旦这些产品达到了规模生产，质量的可靠性、稳定性更好的情况下会打入国际市场。所以，从这方面来看，前景是不错的。 1.2.2 国外防盗报警研究现状与国内的差别 一方面很多国外是规模化生产。因为规模化生产，它的自动化、智能化程度很高。一个是成本降低，一个是质量的可靠性提高了。目前我们生产规模这个角度还不如国外。第二方面管理上。国外在经营管理的理念上，在某些方面比我们先进一些。所以，我们在管理方面还是有待进一步的提高。第三个人员的素质问题。相对来看我们的人员素质问题进步很大，尤其是年轻一代，在国家的培养，在自己的努力下，应该说在专业基础能力方面来看还是实力很强，缺乏的是经验。所以，我们从这三方面努力会很快缩短这、些差距，甚至在某些方面还要比国外先进一些。从规模上来看，国内的报警厂家非常多，国外的报警偏重于专业性场合，像文博、公安、银行、证券，面向专业性。而国内厂家目前的开发更多面向民用市场，比如家庭、小区，这两个定位不太一样。毕竟国外做报警时间比较久，产品比较全，生产专业化，国内跟国外比差距比较大。目前随着量不断增加，各方面的差距逐步缩短。尤其是今年中国安防行业有一个比较大的特点，因为我们以前警监控都是国外进口，但是随着中国这些年十几、二十年的消化以后，中国已经初步具备了出口的趋势。我国的产品已经在报警方面做得相当有特色，而且现在确实有些企业，比如广东的一些企业已经在批量出口，可能现在用的国外产品很多都是中国人造的。这也反映了内外的趋势，差距尤其是技术上的差距在缩小。大的差距还是在品牌运作上，在管理，在整个公司执行上有差距。技术上面越来越接近了。 1.2.3防盗报警器的发展趋势 随着科学技术的进步，为对付不断升级的盗车的手段，人们研制开发了不同方式结构的防盗器[1]。 第一代是机械式防盗器： 主要分为方向盘锁和排挡锁两大类。它主要是靠锁定离合、制动、油门或转向盘、变速挡来达到防盗的目的，但只防盗不报警。其优点是价格便宜，安装简便。缺点是防盗不彻底，每次拆装比较麻烦，不用时还得找地方放置。有时车主会给车辆装上数种机械式的防盗器，据业内人士介绍，这样做可以在一定程度上吓阻盗车贼，或增加盗贼被发现的可能性。此类产品防盗性能极低，现在市面上已经很少单独使用。 第二代是电子式防盗器： 为了克服机械锁只防盗不报警的缺点，电子报警防盗器应运而生。它主要靠锁定点火或起动来达到防盗的目的，同时具有防盗和声音报警功能。遥控式汽车防盗器的特点是可遥控防盗器的全部功能，可靠方便，可带有振动侦测门控保护及微波或红外探头等功能。现在市场上还出现有双向功能的电子防盗器，这种防盗器在一定距离内不仅能由车主遥控车辆，车辆还能将自身状态传送给车主，例如哪一侧的车门被开启或车窗玻璃破坏等。但是这类防盗器普遍存在误报警现象，而且也没有根本上解决车辆丢失问题。此类防盗器具有一定的防盗功能，超出有效距离和无人看管时，其防盗功能也将丧失贻尽。 第三代是芯片式数码防盗器： 它多数用于汽车原配防盗器，虽然解决了第二代防盗器的防解码功能，但还是摆脱不了距离的限制。小偷手段的升级，所以很多装有原配防盗器的汽车被盗走，包括高挡轿车如宝马、奔驰也时有被盗走的报道。 第四代是网络防盗系统： （1）GPS系统全称为"全球卫星定位系统"。其主要用于汽车的导航与定位而衍伸出来的辅助防盗功能，它的优点是可以实时了解集团车队内每台车辆所处位置，以便有效监督。它主要是车辆被盗后通过服务中心来控制或定位来寻获车辆，是在警情发生后的"追盗"手段。GPS防盗的缺陷主要有：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，而且每年还得支付几百至上千元的服务费，使车主增加额外负担，令普通百姓望而却步。因其是通过信息报警、网络覆盖不全和警情传达不直接，使其防盗性能大大降低，所以装了GPS汽车被盗屡屡发生。 （2）GSM网络防盗系统（以广东深安GSM汽车防盗器为代表）是利用GSM全球移动网络对汽车进行24小时即时无限距离监控，并能在发生警情的几秒钟内拨通车主手机或电话进行语音报告，车主可立即通过来电进行监听、喊话、锁定车辆，系统将自动切断油路、电路，使车子无法启动，具有真正意义的"防"盗功能，防盗于未然，从根本上杜绝了盗车的可能；遭遇抢劫过后，则可凭电话锁定车辆，通过GSM网络定位寻回失车。GSM的移动数码通信技术及全球移动通信的普及应用，使用任何的移动、固定电话通信对车辆进行管理和监护,也可无钥匙对车辆进行操作启动和驾驶，实现不限时间、地点的全球远程遥控与监控，使人、车相处"形影不离"。人性化的产品及人性化的功能，以语音作为产品功能设置、操作、使用、通信的平台，实时、清晰、明了的语音传送遥控与报警信息，完全抛开人车分离时的担忧。摒弃传统产品的被动报警、距离隔阂、远程无知与失控的弊端，将爱车随时处于自己的掌控之中，是最新汽车高科技配套产品GSM网络防盗系统有效的克服了GPS防盗系统的成本高、网络覆盖不全、防盗性能低、报警不直接等缺陷，而且无需支付服务费，已迅速成为新的主流防盗系统。 一些报警专用的传感模块已成批生产，这些模块把传感器、放大器、信号处理器电路和输出电路集于一体，具有灵敏度高、体积小、抗干扰能力强、可靠性高及使用方便等特点，如温度检测模块、热释电红外探测模块、超声波模块以及微波雷达模块等。除了专用报警传感模块外，一些专用报警集成电路也已问世，如热释电红外传感器集成电路专用控制集成电路、多路编码/解码集成电路、车辆多功能专用报警集成电路、防盗报警专用集成电路、防盗报警专用集成电路、超声波倒车专用集成电路等。这些专用器件的问世对简化整机电路、增加功能及提高可靠性起到了重要的作用。 随着市场经济的全球化普及和进一步发展，消费者对电子产品的要求也越来越高。因此提高报警器的功能和稳定性，将是报警器研究者在未来一段时间需要重点关注的问题。本设计以实现红外信号的良好检测，消除外界干扰因素对红外信号检测的干扰，避免产生错误的信号，并实现正确信号的准确传输为目的，制定出一套合理的方案。 1.3 研究内容和方法 第一部分是绪论部分。论述本课题的提出背景和研究意义。而后论述了国内外报警器设计的研究现状和发展趋势，并提出了与国外的差距，从而详细论述了防盗报警器的发展趋势。 第二部分主要论述了总体的设计思路和框架，并说明了其工作过程和原理。 第三部分主要论述了系统的硬件设计包括各种报警器电路设计的原理，通信模块，单片机及外围电路的选择。这些报警器主要包括加速度传感器、多普勒传感器和霍尔传感器。本章的核心是报警器电路的设计，同时这也是本课题的核心。 第四部分主要是系统软件的设计。 第五部分主要论述了系统的抗干扰技术，分别说明了硬件的抗干扰的措施和软件的抗干扰的措施。 第六部分是对课题的总结和对未来的展望。总结本文的研究内容，并给出文章的不足之处和以后需再研究的内容。 根据本课题拟实现的功能和所要研究的内容，应采取以下研究步骤来实现系统整体功能分析与可行性研究、划分功能模块、各功能模块的电路原理设计、元器件芯片选择与特性测试、各功能模块的软件调试、各功能模块的整体调试、系统整体电路调试、系统整体软件调试、最后进行联机调试。抗干扰设计应贯穿于整个设计过程之中。另外，在满足各项性能指标的前提下，不仅要考虑到系统的易用性，还要努力降低成本，使其经济实用，在保证灵敏度的情况下，尽量降低误报率，确保在同类产品中的竞争地位。 9 第2章 系统构建与方案设计 2.1 系统的总体设计思路和构成 本文分析了现有汽车的安防报警系统中存在的不足，设计了一种操作方便、运行可靠的智能型防盗报警系统。它不仅可以发出报警信号吓走盗车者，而且可以利用手机给车主短信息报警通知。当汽车的设定为布防状态下，一旦有人入侵想盗车，则与之相应的震动报警和霍尔报警电路则发出报警信号并立即向主人发出报警信号。其框图见图2-1。 单 片 机 多普勒传感电路 霍尔传感电路 通信模块 手机用户 输入输出电路 震动报警电路 2-1 报警系统组成框图 2.1.1 报警电路概述 防盗报警系统是一种利用电子器件和线路构成的设备系统，用以监控非法闯入者，并当原监控场发生变化时，能准确并及时的产生特定信号的装置。具体地说，防盗报警系统利用各种功能的传感器对车的周边、空间、环境以及人进行整体防卫的系统，它通常是由报警主机、探测端和信号传输三部分构成；探测端负责对防范区域的监控，并随时把探测到的信号传送给主机；主机是系统的核心，负责对系统的控制，根据接收到的报警信号或用户指令信号作出相应的报警反应等。 2.1.2 报警器原理 防盗报警系统通常由:探测器（又称报警器）、传输通道和报警控制器三部分构成。 报警探测器是由传感器和信号处理组成的，用来探测入侵者入侵行为的，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。 目前市场上的报警器种类繁多，其功能大致相同，它们的核心器件是传感器。采用不同类型的传感器可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。常用的报警器有红外报警探测器、微波报警探测器、被动式红外/微波报警探测器、玻璃破碎报警探测器、振动报警探测器、超声波报警探测器、激光报警探测器、磁控开关报警探测器、开关报警探测器、视频运动检测报警器声音探测器和电场畸变报警探测器等许多种类。 （1）按工作原理分 ①主动式报警探测器：主动式报警探测器是探测器本身向布防现场发射具有一定能量的探测信号，再由探测器接收这个信号进行分析判断的探测装置。在正常状态下，主动式报警探测器发出并接收到的是一个稳定的探测信号，这个稳定的探测信号不触发报警电路，当有入侵事件发生时，入侵者破坏了这个稳定信号，报警器接收到发生变化的信号，于是就出发报警信号，然后报警探测器对这个信号进行判断处理，当信号变化达到一定数值以后就发出报警信号。 ②被动式报警探测器：被动式报警探测器本身不发送能量，它是依靠接收安全防范现场能量的变化来进行探测工作的。在正常情况下，安全防范现场的所有物体都会产生一个相对恒定的能量辐射，被动报警探测器在现场接收到一个相对稳定的辐射信号。一旦有入侵事件发生时，稳定的辐射信号被破坏，报警探测器接收到不稳定的辐射信号，这个不稳定信号经过探测器分析后，发出报警信号。 （2）按探测范围又可分 按报警探测器探测范围又可分为：点、线、面、和空间范围的报警探测器。 ①点控报警探测器通常是对某一点进行防范，如微动开关、磁控开关、紧急报警开关等。 ②线控报警探测器是一条直线路径作为防范区域，当在这种防范路径上任意位置出现异常，就会发出报警信号。通常用于周界防范，如主动式红外报警探测器、激光探测器等。 ③面控报警探测器是以一个面作为防范区域。当在这个面上产生异常时，报警探测器产生报警信号输出。例如玻璃破碎报警探测器。 ④空间防范报警探测器是以一个空间范围作为防范区域。当这个空间范围内发生异常时，探测器产生报警信号输出。它一般用于内部防范。如被动红外报警探测器、被动红外/微波报警探测器等。 在实际应用过程中，根据使用情况不同，合理选择不同防范类型的报警器，才能满足不同的安全防范要求。 报警探测器要求具有防拆动、防破坏功能。报警探测器还应具有一定的抗干扰措施，以防止各种误报现象的发生，例如：防宠物和小动物骚扰、抗因环境条件变化而产生的误报干扰等。 报警探测器的灵敏度和可靠性是相互影响的。合理选择报警探测器的探测灵敏度和采用不同的抗外界干扰的措施，可以提高报警探测器性能。了解各种报警探测器的性能和特点，根据不同使用环境，合理放置不同的报警器是防盗报警系统的关键环节。 2.2 系统的基本工作过程与说明 各单元模块的功能如下： 各前端探测器完成对汽车各种参数的检测，如震动传感器，霍尔传感器等监测工作，所谓智能报警系统，就是采用高可靠性的，性价比较高的智能传感器，它将数据采集、转换、比较判断等功能集成在一体，输出报警开关量，然后通过无线传输的方式送给自动报警器主机。 自动报警主机的核心器件是单片机，它是整个系统的“心脏”，由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作。 输入输出设备包括键盘、报警蜂鸣器、按钮或开关、各类指示灯等。键盘用于用户预存电话号码的输入等。 系统的基本工作过程： 各探测器安装在车身上，当系统设定为布防状态时，一旦有人入侵，相应的报警探测器立即向用户端自动报警主机发出报警信号，发送到用户手机。 57 第3章 系统硬件电路设计 3.1 震动电路的特性及设计 3.1.1 传感器的选择 本设计采用加速度传感器对车身受到的震动，移动，倾斜等盗窃行为监控。即此传感器选用ADXL202，其是一种低成本、低功耗、功能完善的双轴加速度传感器[2]。其测量范围为±2g ，ADXL202既能测量动态加速度(如振动加速度) ，又能测量静态加速度(如重力加速度) 。ADXL202可输出数字信号, 其脉宽占空比与两根传感轴各自所感受到的加速度成正比。这些信号可直接传输给微处理器，而不需A/ D 转换或附加其电路。输出信号周期在0.5ms～10ms 范围内。可用外接电阻RSET调节。如果需要与加速度成正比的模拟电压输出, 则可从XFILT和YFILT管脚输出信号，或者使用对脉宽占空比输出信号滤波后的信号。ADXL202的带宽可以通过电容CX 和CY 在0. 01Hz～5kHz的范围内设定。 ADXL202采用14 引脚表面封装。有两种工作温度范围: 商业温度范围为0 ℃～70 ℃，工业温度范围为- 40 ℃～ + 85 ℃。 ADXL 202 具有以下特点[3]： ●ADXL 202 是集双轴加速度传感器于一体的单块集成电路； ●它既可测量动态加速度，又可测量静态加速度； ●具有脉宽占空比输出； ●低功耗( < 0. 6mA)； ●比电解质、水银、热能、斜度测量仪响应快； ●每根轴的带宽均可通过电容调整； ●60Hz 带宽时的分辨率为5mg ； ●直流工作电压为+ 3V～ + 5. 25V； ●可承受1000g 的剧烈冲击。 图3-1和图3-2是ADXL202的功能结构图和引脚排列。 图3-1 ADXL202的功能结构图 图3-2 引脚排列 表3-1 ADXL202引脚功能 管脚序号 名称 功能 1 6 8 NC 空置端 2 VTP 检测端 3 ST 自我测试端 4 7 COM 公共接地端 5 T2 外接ROUT,可设T2周期 9 Yout Y轴脉宽信号输出端 10 Xout X轴脉宽信号输出端 11 YFILT 连接Y滤波电容 12 XFILT 连接X滤波电容 13 电源端,接+3V～+5.25V, 与14引脚相连 14 电源端,接+3V～ + 5.25V 与13 引脚相连 3.1.2 ADXL202的测量原理及电路的设计 ADXL202利用先进的MEMS技术构成了基于单块集成电路的双轴加速度测量系统。传感器采用硅片上经表面微加工的多晶硅结构，用多晶硅的弹性元件支撑它并提供平衡加速度所需的阻力。结构偏转是通过由独立的固定极板和附在移动物体上的中央极板组成的可变电容来测量的。加速度计受到加速度力后中央极板和固定极板之间的距离产生变化，从而改变可变电容的平衡，使输出方波的振幅与加速度成正比。而相位解调技术用来提取信息，用来判断加速度方向。解调器的输出时通过模块中的32K的固定电阻来实现的，然后再利用一个可以设定带宽的滤波电路滤波，提高测量的精确度并有效的防止频率混叠。通过低通滤波后，输出的模拟电压信号通过DCM转换为占空比与加速度成正比的方波，方波的周期T2可以通过一个电阻Rset设定，这个方波可以直接送给单片机处理从而得到加速度的值。 ADXL202的应用设计主要包括选择信号周期，滤波电容（决定信号的带宽），PWM的周期T2通过电阻Rset设定，计算公式： (3-1) 可以选择RSET的不同阻值把T2设定0.5ms～10ms。滤波器的设定是通过改变电容CX和CY的大小来设置输出信号的带宽。在需要从XFILT 和YFILT 输出时，RSET的阻值可选取在500kΩ和2MΩ之间。RSET应安装在靠近T2引脚处,以使分布电容最小。 表3-2 CX，CY与信号带宽的关系 带宽 电容值 10Hz 0.47uF 5Hz 0.10uF 100Hz 0.15uF 200Hz 0.027uF 500Hz 0.01uF 5KHz 0.001uF 引脚连接 （1）VDD : ADXL 202 有两个电压输入引脚13 和14。这两个引脚应直接与电源相连。 （2）COM : ADXL 202 有两个接地引脚4 和7。它们应直接相连并接地。 （3）VTP : 该管脚应保持开路, 不与其它任何管脚相连。 （4）VDD与COM引脚: 其间连接退耦电容CDC,推荐使用0.1μF，形成电源退耦电路。 （5）ST : 自检输入端，当ST接VDD时,将加一个静电压使传感器的中心电容极板发生偏转, 等效于施加一个加速度力, 帮助用户检查加速度计的功能。输出信号脉宽占空比为10%,相当于80mg的加速度。平时该引脚可开路,亦可与COM引脚相连。 图3-3 ADXL202电路接线图 3.2 利用微波多普勒传感器对入侵范围进行监测 3.2.1微波多普勒传感器的原理 微波是电磁波辐射的一种形式，在电磁波谱中微波就介于无线电波和红外线之间，频率为300MHz到300GHz，相应波长lmm到lm。它以波的形式向四周辐射，当波长远小于物体尺寸时，微波具有似光性;当波长和物体尺寸有相同量级时，微波又近似于声学特性[4]。 微波传感器的基本原理是根据微波反射、透射、散射、干涉等物理特性的改变以及被测材料的电磁特性的相对变化，通过对微波基本参数变化的测量，实现对非电量的转换。由于波源或观察者的相对运动，而出现的观测频率与波源频率不同的现象被称为多普勒效应[5]。多普勒效应可以发生在波的各个频段，如光波、声波以及微波频段等，其主要现象是:当波源与观测者靠近时频率升高，两者远离时频率降低。 微波多普勒传感器是利用微波的反射特性和多普勒效应制成的传感器件。当波源的发射波投射到运动的物体上时，由于多普勒效应，反射波或散射波的频率会发生变化。若将发射波与反射波混频，取出频差，即可检测物体的运动状态。 由于微波相干性好，多普勒法测量在原则上没有死区的存在，可对360度的一个圆区域进行探测。利用微波多普勒测速传感器可以测量电磁场中物体的运动，将检测到的人运动引起的电磁波频率之变化量作为控制信号，进而对步行的人进行非接触式的有效监控。 3.2.2 微波多普勒传感监测应用电路 微波多普勒传感器采用Agilis通讯技术公司的HB100微波运动传感器模块HB100[6]的多普勒效应收发机模块利用介质谐振振荡器和微带接插天线技术，可以实现低电流消耗、高温稳定性、高灵敏度和扁平外形，HB100的主要技术参数如表3-3所示。 表3-3 HB的技术参数 项目 最小值 典型值 最大值 单位 频率 10.520 10.525 10.530 GHz 辐射功率 12 15 20 dBm 建立时间 - 3 6 uSec 接受信号强度 100 - 250 uV 噪声 - - 5 uV 电源电压 4.75 5.00 5.25 V 供电电流 - 30 40 mA 脉冲重复频率 - 2 3 KHz 脉宽 10 - - uSec 使用温度 -15 - 55 ℃ 重量 - 8 - g HB100的工作原理：微波探测传感器应用 Doppler Radar原理，发射一个低功率微波并接受物体反射过来的能量。一旦物体的运动被其探测到。发射频率就被反射回的微波频率所替代，替代的微波与发射的微波混合在一起，结果一个低 频率的电压从传感器输出，原理图如图3-4： 图3-4 HB100原理图 微波多普勒监测模块的电路原理如图3-5所示：HB100信号采集及处理电路，U1为微波多普勒发勿接收模块，U2及相关阻容器件构成滤波、放大电路，Rd5, Rd6, Cd5用于设定输出电压信号的中心值，并将监测电路的上电时间进行延迟以防止系统由于过早而启动引起误报警。U2C和U2D组成了电压比较电路，即将HB100输出的电压信号与设定的闽值相比较，比较的结果是把模拟信号转换为数字信号并送入中央处理模块；该信号可以作为其它传感器的开启信号，与开关电源联合使用能够实现降低系统功耗的功能。微波多普勒监测模块是整个防盗系统的第一级模块，可以实现对设定的预警范围内运动物体的监测。当预警范围内有特定速率的运动物体时，模块向中央输出警报信号，由中央处理器进行数据处理。 图3-5 微波传感器的电路图 系统首先将微波多普勒传感器作为第一级监测器件。由于微波多普勒传感器可以确定移动物体的距离，并且该传感器在理论上可侧量范围为360°无监测死角，所以可以作为其它传感器件的触发器件使用。其作用是当有人进入到监测范围时，传感器触发信号，由中央处理模块开启其它传感器模块，以便进行防盗监测。 3.3 利用霍尔开关对车门进行监控 3.3.1 霍尔传感器 霍尔传感器是一种磁传感器。用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。 由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。 根据霍尔效应[7]，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 3.3.2 霍尔器件的选择 在本设计中采用A3210E，采用数字信号输出，在南、北磁极的作用下均能产生霍尔效应：磁极靠近时，开关打开，输出电平为低；磁极远离时，开关关闭，输出电平为高。文献[8]认为A3210E与一般的霍尔开关不一样，该系列无论对Ｎ极还是对Ｓ极磁场，只要垂直于器件且磁通密度达到其动作点Bopn或Bops以上，都会使器件开关导通,输出为低,此时器件可以吸收1mA的电流。只要磁通密度降低到释放点Brpn或Brps以下，都会使器件开关断开,输出为高。磁通密度动作点和释放点的差异称为器件的磁滞Bhys。该磁滞特性可保证即使出现外部振动和电气噪声，器件的开关过程均无抖动。该传感器是在单一硅芯片上集成霍尔电压发生器、微小信号放大器、斩波电路、锁相器，以及场效应管器件。当外加磁场场强发生变化时，霍尔电压发生器产生微小的电压变化，经斩波处理后送入放大器，再经锁相器锁相后，由场效应管输出高低电平信号。其内部电路的原理图如3-6与其电气性能参数如表3-4 图3-6 内部原理图 表3-4 电器性能参数 项目 符号 最小值 典型值 最大值 单位 电源电压 VDD 2.5 2.75 3.5 V 漏电流 IOFF -- <1.0 1.0 uA 输出电压 VOUT -- 105 300 mA 唤醒时间 TAWAKE 30 60 90 uS 信号周期 TTEPIOD 30 60 90 mS 信号占空比 d.c. -- 0.10 -- % 供电电流 IDD（EN） 0.1 -- 3.0 uA IDD（DIS） 1.0 10 50 uA IDD（AVG） -- 8.8 25 uA 3.3.3 霍尔器件的应用 单个霍尔开关器件的原理图如图3-7所示。这也是其典型的连接方式由于A3210E的功耗极低，最大工作电流小于3mA，可以由微处理器的YO口直接驱动。在输入端靠近芯片A3210E的位置处，应设置C1=0.10F的旁路电容，可以减小外部噪声和内部斩波对传感器信号的影响。输出旁路电容C2为输出的跳变信号提供能量。R1用于器件的保护。 图3-7单个霍尔器件原理图 3.4 通信模块的设计 3.4.1 GSM短信业务 （1）GSM系统 GSM系统即一个完整的数字移动通信网主要由网络交换子系统和基站子系统组成，除此以外还有大量移动台作为用户接入移动通信网的用户设备[13]。移动台(Mobile Station, MS)是整个移动通信系统中直接由用户使用的设备。其类型可分为车载台、便携台和手机，其中，手机本身小型、轻巧，而且功能也较强因此手机的用户将占移动用户的绝大多数。其主要功能除了要能通过无线接入进入通信网络，完成各种控制和处理以提供主叫或被叫通信以外，还必须具备与使用者之间的人机接口或与其它终端设备相连接的适配装置，或两者兼有。移动台由两部分组成，移动终端(MS)和客户识别卡((SIM )。移动终端就是“机”，可完成话音编码、信道编码、信息加密·信息的调制和解调、信息的发射和接收。SIM卡就是“身份卡”，它类似于我们现在所用的IC卡，因此也称作智能卡，存有认证客户身份所需的所有信息，并能执行一些与安全保密有关的重要信息，以防止非法客户进入网络。SIM卡还存储与网路和客户有关的管理数据，只有插入SIM后移动终端才能接入进网，是用户进入GSM网络的登记凭证。它是由CPU(8位)、程序存储器(3-8bit)、工作存储器(6-I6bit)、数据存储器(128-256kbit)和串行通信单元五部分组成。 基站子系统(Base Station Subsystem, BSS)是GSM的基本组成部分。可分为通过无线接口与移动台一侧相连的基站收发信台((BTS)和另一侧与交换机相连的基站控制器((BSC)两部分。从功能上看，它们之间的分工是BTS负责无线传输，执行固定网与移动用户间的接口功能，提供移动台MS和GSM网络间无线信令和话音、数据信息交换，并处理这些信道数字化发射的全部无线功能，而BSC负责控制和管理，包括无线电资源的管理、无线电网络功能的管理、BSS的操作与维护等。 网络交换子系统(Network Switching Subsystem, NSS)负责管理GSM系统内部的用户之间以及与其它电信网用户之间的通信。包括移动交换中心(MSC)和存储用户数据和移动管理信息的数据库，即访问用户位置寄存器(VLR)、归属用户位置寄存器(HLR)，鉴权中心(AUC)、移动设备识别寄存器(EIR)和操作维护中心(OMC)六个功能单元，各功能实体间以及NSS与BSS之间通过符合CCITT信令系统No.7协议规范的7号信令网络互相通信。 ①移动交换中心(MSC): MSC是NSS的核心，主要处理和协调GSM系统内部用户的通信连接，完成基本的交换功能。可从VLR, HLR, AUC获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据，并根据其最新获取的信息请求更新数据库的部分数据。MSC提供面向系统其它功能实体的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相连接起来，可为移动用户提供电信业务、承载业务和补充业务等一系列服务。 ②访问用户位置寄存器(VLR): VLR是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内己登记的移动用户相关信息。它从该移动用户的HLR处获取并存储必要的数据，为已经登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。VLR是一个动态用户数据库，一旦移动用户离开该VLR的控制区域，则重新在另一个VLR登记，原VLR将取消临时记录的该移动用户数据。VLR和MSC之间有大量的数据需要存取，为提高移动管理和呼叫建立速度，VLR总是和MSC实现功能综合，以MSCIVLR形成NSS的一个物理实体。 ③归属用户位置寄存器(HLR): HLR是GSM系统的中央数据库，存储着移 动用户业务信息。它的主要任务是存储登记归属用户的档案、位置信息以及用户 的VLR地址。 ④鉴权中心(AUC): AUC存储鉴权算法和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。 ⑤移动设备识别寄存器((EIR): EIR存储着移动设备的国际移动设备识别码(IMEI )AUC依据MSC的要求检验IMEI及其状态，并将结果报告MSC，确保注册用户的安全性。 ⑥操作维护中心(OMC): OMC用于对GSM系统的集中操作与维护，允许远程集中操作和维护管理，并能支持高层网络管理中心(NMC)接口。操作维护子系统(Operation Support System OSS): OSS由操作维护中心(OMC)及操作和支持系统软件组成。它是相对独立的对GSM系统提供管理和服务功能的单元，包括移动用户管理、移动设备管理和网络操作和控制等三块功能。移动户管理包括对HLR和SIM卡的数据管理以及计费管理。OSS通过对EIR控制实现对移动设备管理。网络操作和控制是通过对BSS和NSS的操作和维护中心(OMC)来完成的[14]。 （2）GSM系统的信道 GSM系统采用的是频分多址((FDMA)和时分多址((TDMA)的混合多址技术，并采用跳频方式。文献[15][16]认为GSM信道分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道为一个时隙，通常被定义为给定TDMA帧上的固定位置上的时隙(TS)。逻辑信道是根据BTS和MS之间传递的消息种类不同而定义不同逻辑信道。 ①物理信道。物理信道相当于FDMA系统中的一个频道，GSM系统每个载频上的TDMA帧包括8个时隙，也就是8个物理信道。在一个TS中发出的信息称为个突发脉冲序列。 ②逻辑信道。按功能划分的信道称为逻辑信道，根据传递信道的种类，GSM统定义不同的逻辑信道，这些逻辑信道又映射到物理信道上。 3.4.2 GSM模块的选择 本系统采用的是北京经纬星航科技发展有限公司的WAVECOM智能透传模块见图3-9 [17]，块内置标准字库，实现短信透明传输无需编码，无需指令，这样使用户可以更加专注系统功能的开发，而不是繁琐的指令。其系统为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络，利用网络平台数据信息的透明传输。 图3-9智能透传模块 GSM DTU全称GSM数据终端单元，在软件设计上，它封装了标准汉字字库/PDU编解码并且具有嵌入式操作系统，完成PDU编解码/国标码与PDU码的转换和透明传输，硬件上可看作是嵌入式PC加无线接入部分的结合；GSM MODEM是接入GSM网络的一个物理通道，它本身不具有操作系统，不具有标准汉字字库/PDU编解码功能，必须依附于计算机（在功能类似与有线MODEM），在计算机操作系统之上才能实现收发短信，短信群发，短信收发，短信互发等，通常是与PC结合使用。从某种角度来说，GSM DTU是嵌入式PC与GSM MODEM的结合，但它不能单独当作MODEM使用，它完成PDU编解码/国标码与PDU码的转换和透明传输这样一个功能。 注意点： （1）任何对GSM DTU的设置只需一次，掉电后会自动保存。 （2）短信内容可以是汉字/英文/数字/标点符号/二进制/16进制等 （3）短信息内容结束标志，0x1a(CTRL+Z)，或者\R（回车）或者自定义，或者无结束标志。 （4）短信发送成功，回应MSG OK，失败之后为MSG FAIL。 （5）当改变短信息的格式之后，设备会重新开始初使化，输出The Terminal Start!信息。 （6）系统工作正常时，大约15秒钟红灯闪一次，表示当前程序工作正常。 （7）终端重新上电的间隔应大于45S，否则可能初使化不成功。 3.4.3 AT指令 AT命令[17]是调制解调器的控制命令，在调制解调器中几乎所有的操作都是通过 AT来完成的。绝大多数调制解调器命令是以AT作为前缀的，如拨号命令 ATD、设置波特率命令AT+IPR 等。因此这些命令被称为AT命令，由这些命令所构成的命令集叫做AT命令集。 GSM模块提供的指令符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义AT Command接口提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口，GSM07.05对知消息作了详细的规定。在知消息模块收到网络发来的知消息时，能够通过串口发送指短消息，数据终端设备可以向GSM模块发送各种指令。GSM，AT指令集是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等几家共同为GSM系统研制的，其中包含了对 SMS(Short Message Service)的控制。计算机和单片机可以发送AT指令来控制调制解调器，发送AT指令给调制解调器时，应注意以下几点[21]]： （1）每个AT指令字符串的最后面必须加上CR(也就是键盘上的Enter键)字符，否则调制解调器将不识别此指令。这个字符就是结束符。 （2）除了“A/”及“+++”指令外，其它的指令必须加上AT两个字符。 （3）令字符串可以合成一个字符串后再一次送给调制解调器，但总的字符串长度不得超过40个字符，而且所有的字符必须一律大写或小写。 （4）集分成AT标准指令集、AT高级指令集、S缓存器指令集、AT+F传真指令集及AT+V语言指令集等与短消息有关常见的AT指令如表3-7 表3-7 AT指令表 FUNCTIONS AT COMMADS DETAILS 重复操作 A/ 重复最后一次设置 切换模式 +++ 从数据模式切换到指令模式 保存设置 AT+CSAS 保存+CSCA and +CSMP参数模式 选择短消息服务 AT+CSMS 选择是否打开短消息或广播服务 短消息存储 AT+CPMS 选择短消息优先存储区域 短消息格式 AT+CMGF 选择短消息支持格式 新消息提示 AT+CNMI 选择有短消息时提示方式 读短消息 AT+CMGL 读取短消息 列短消息 AT+CMGL 将存储的短消息列表 发送短消息 AT+CMGS 发送短消息 写短消息 AT+CMGW 写短消息并保存在存储器中 从内存中发短消息 AT+CMSS 将存储器中的短消息发送 设置TEXT参数 AT+CSMP 设置在TEXT模式下的条件参数 删除短消息 AT+CMGD 删除保存的短消息 服务中心地址 AT+CSCA 提供短消息服务中心的号码 选择广播类型 AT+CSCB 选择系统广播短消息的类型 3.4.4 串口RS-232 主控端主要由装有主控端监控软件的上位机和GSM模块组成，上位机和GSM模块通过串口相连。此外还可通过GSM手机，直接利用短消息来监控。操作时，直接发送相关命令，来对监控目标实施监控。标准串行通信接口RS-232是在任何时候都常用的接口之一。它不仅己经被内置于上位机，而且已被内置于从微控制器到主机等多种类型的电脑和与它们连接的设备。RS-232接口的最通常的用处是连接到一个Modem上，其他拥有RS-232接口的设各包括打印机、数据采集模块等。RS-232串行通信以±9V代表0、1状态[23]。 串行通信有两种最基本的通信方式：同步串行通信方式和异步串行通信方式。同步串行通信方式是指在相同的数据传送速率下，发送端和接受端的通信频率保持严格同步。由于不需要使用起始位和停止位，可以提高数据的传输速率，但发送器和接受器的成本较高。异步串行通信是指发送端和接受端在相同的波特率下不需要严格地同步，允许有相对的时间时延，即收、发两端的频率偏差在10％以内，就能保证正确实现通信。异步通信在不发送数据时，数据信号线上总是呈现高电平状态，称为空闲状态（又称MARK 状态）。当有数据发送时，信号线变成低电平，并持续一位的时间，用于表示发送字符的开始，该位称为起始位，也称SPACE 状态。起始位之后，在信号线上依次出现待发送的每一位字符数据，并且按照先低位后高位的顺序逐位发送。采用不同的字符编码方案，待发送的每个字符的位数不同，在5、6、7 或8 位之间选择。数据位的后面可以加上一位奇偶校验位，也可以不加，由编程指定。最后传送的是停止位，一般选择1 位、1.5 位或2位。 本系统选用的是RS-232串行接口[24]，目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通信。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL电平，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL 电平。接收器典型的工作电平+3～+12V与-3～-12V。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通信而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。由于RS-232发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约30 米，最高速率为20kb/s。所以RS-232适合本地设备之间的通信。可以通过测量DTE 的Txd（或DCE 的Rxd）和Gnd 之间的电压了解串口的状态，在空载状态下，它们之间应有约-10V 左右（-5---15V）的电压，否则该串口可能已损坏或驱动能力弱。 （1）图如3-10管脚定义见表格3-8 RS-232 物理接口标准可分成25 芯和9 芯D 型插座两种，均有针、孔之分。其中T X（发送数据）、R X（接受数据）和GND（信号地）是三条最基本的引线，就可以