引言

近幾年,，汽車(chē)偷盜案件越來(lái)越多,，給人們帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。市場(chǎng)上隨之出現(xiàn)了各種各樣的汽車(chē)防盜器,，本汽車(chē)防盜系統(tǒng)采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103R6T6(以下簡(jiǎn)稱STM32F103)單片機(jī)作為控制器,，功能強(qiáng)大，實(shí)時(shí)性好,。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

汽車(chē)遠(yuǎn)程防盜系統(tǒng)是基于現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)設(shè)計(jì)的,，可以不受距離的約束，將汽車(chē)的狀態(tài)信息直接發(fā)送到車(chē)主手機(jī),，進(jìn)行一對(duì)一防盜報(bào)警,，汽車(chē)遠(yuǎn)程防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。


汽車(chē)防盜系統(tǒng)的信息采集模塊包括人體感應(yīng)傳感器,、振動(dòng)傳感器等,，用來(lái)采集汽車(chē)警情信息。傳感器將采集到警情信息,，傳送給微處理器處理,，微處理器開(kāi)始執(zhí)行報(bào)警程序。首先,，發(fā)送短信到車(chē)主手機(jī),；然后，報(bào)警器根據(jù)不同的警情進(jìn)行語(yǔ)音警告,，比如有人進(jìn)入車(chē)內(nèi),，報(bào)警器會(huì)發(fā)出“你已進(jìn)入車(chē)內(nèi)，請(qǐng)你離開(kāi)”的語(yǔ)音警報(bào),。

    車(chē)主可以隨時(shí)發(fā)送指令查詢車(chē)的狀態(tài),。

    防盜器設(shè)防時(shí)，系統(tǒng)控制后視鏡折疊,；撤防時(shí),，控制后視鏡展開(kāi)。

    液晶顯示部分用來(lái)顯示車(chē)主設(shè)定的角度值,。

    無(wú)線遙控器用來(lái)進(jìn)行設(shè)防和撤防,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

STM32F103最小系統(tǒng)如圖2所示，由STM32F103單片機(jī),、晶振電路,、JTAG接口和復(fù)位電路組成,。STM32F103增強(qiáng)型單片機(jī)基于高性能的ARM Cortex-M3(32位的RISC內(nèi)核)，內(nèi)置32 KB Flash和10 KBSRAM,、64個(gè)增強(qiáng)I/O端口,、2個(gè)USART。STM32F103采用64引腳LQFP封裝,，供電電壓為2.0～3.6 V,，省電模式保證低功耗的要求，性價(jià)比高,。單片機(jī)采用32.768kHz和8 MHz外部晶振,，分別提供精準(zhǔn)時(shí)鐘源和工作時(shí)鐘；復(fù)位電路設(shè)計(jì)成按鍵復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位相結(jié)合的方式,。STM32F103芯片的應(yīng)用,，提高了整個(gè)系統(tǒng)的執(zhí)行效率，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性,，降低了功耗和生產(chǎn)成本,。


2.2 信息采集模塊

信息采集模塊主要包括人體感應(yīng)傳感器、振動(dòng)傳感器和后視鏡角度采集電路,。人體感應(yīng)傳感器主要檢測(cè)是否有盜車(chē)者進(jìn)入車(chē)內(nèi)行竊,，數(shù)據(jù)輸出端接在單片機(jī)PC10引腳。當(dāng)汽車(chē)被撞,、被砸,、被晃動(dòng)或者被牽動(dòng)時(shí)，振動(dòng)傳感器檢測(cè)相關(guān)信息,，并送入單片機(jī)PB0引腳處理,。

在汽車(chē)防盜系統(tǒng)中，STM32F103的PC4,、PC5引腳分別接收左右兩個(gè)角度傳感器的輸入數(shù)據(jù),，通過(guò)PCA、PC5引腳的A/D轉(zhuǎn)換功能,，將模擬電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量在LCD1602上顯示出來(lái),。

2.3 GSM模塊

GSM模塊選用華為公司的EM310。EM310 GSM支持串行接口,，通過(guò)UART接口與外界進(jìn)行串行通信,，和STM32F103單片機(jī)的RXD0和TXD0引腳連接，用AT指令控制,。UART支持可編程的數(shù)據(jù)寬度、可編程的數(shù)據(jù)停止位,、可編程的奇偶校驗(yàn)或者沒(méi)有校驗(yàn),。最高支持115.2 kb/s,、最低支持300 b/s的波特率，默認(rèn)支持9 600b/s的速率,，支持波特率掉電保存,。GSM模塊有標(biāo)準(zhǔn)的SIM卡接口，GSM模塊連接電路圖如圖3所示,。



2.4 WT588D語(yǔ)音模塊

本系統(tǒng)選用具有32 Mb存儲(chǔ)器的WT588D語(yǔ)音模塊,，8 kHz采樣時(shí)，錄音時(shí)間長(zhǎng)達(dá)790 s,，滿足語(yǔ)音提醒的要求,。報(bào)警系統(tǒng)中，語(yǔ)音提醒需要較高分貝,，為了驅(qū)動(dòng)大功率的揚(yáng)聲器,，輸出用DAC接功放的形式，WT588D語(yǔ)音模塊電路圖如圖4所示,。R1和C1并聯(lián)到地接功放,。功率放大器選用TDA2030，額定功率達(dá)14 W,，性價(jià)比高,，應(yīng)用廣泛。語(yǔ)音模塊與單片機(jī)的連接采用3線串口控制模式,，和標(biāo)準(zhǔn)的4線SPI不同,，WT588D只接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)、指令和時(shí)鐘信號(hào),，而不需要發(fā)送數(shù)據(jù),。在這種3線串口模式下，P01為DATA數(shù)據(jù)接口,，P02為片選CS,，P03為CLK時(shí)鐘，分別與單片機(jī)的PC7,、PC8,、PC6連接。模塊供電電壓為2.8～3.6 V,，選用3.3 V,。BUSY是忙信號(hào)輸出端，當(dāng)輸出低電平時(shí),，發(fā)光二極管亮,，此時(shí)為放音狀態(tài)。WT588D模塊應(yīng)用范圍廣，幾乎可以應(yīng)用到所有的語(yǔ)音場(chǎng)所,，如報(bào)站器,、報(bào)警器、鬧鐘,、智能家電等各種自動(dòng)控制應(yīng)用,。



 
2.5 控制模塊設(shè)計(jì)

2.5.1 油路控制電路

控制汽油噴射系統(tǒng)電源自動(dòng)斷電的具體方法，是在汽油噴射系統(tǒng)的電源線上加裝常閉型汽車(chē)斷電繼電器來(lái)控制汽油噴射系統(tǒng)的供電電源,。油路控制電路如圖5所示,。R2、R3起到限流的作用,。當(dāng)con1為高電平時(shí),，Q1導(dǎo)通，繼電器打開(kāi),，從而實(shí)現(xiàn)了斷電熄火,。正常情況下，con1輸出低電平時(shí),，Q1截止,，繼電器閉合，汽油噴射系統(tǒng)供電電路接通,。繼電器線圈由導(dǎo)通變截止時(shí),，會(huì)感應(yīng)出較大的自感電動(dòng)勢(shì)，容易擊穿三極管8050,。因此,，在繼電器兩端反向并聯(lián)二極管IN4148，吸收該電動(dòng)勢(shì),，保護(hù)三極管,。


2.5.2 后視鏡控制電路

每個(gè)后視鏡采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)和兩個(gè)按鍵控制，步進(jìn)電機(jī)用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)后視鏡,，兩個(gè)按鍵分別是角度增加鍵和角度減小鍵,。車(chē)主根據(jù)自己的習(xí)慣，使用按鍵設(shè)定后視鏡角度,。系統(tǒng)設(shè)防時(shí),，控制后視鏡折疊,；撤防時(shí),，控制后視鏡展開(kāi),。圖6是控制其中一個(gè)后視鏡角度的驅(qū)動(dòng)電路。

芯片L298N有兩路電源,，分別為工作電源和驅(qū)動(dòng)電源,。VSS是工作電源,，電壓范圍為4.5～36 V，本系統(tǒng)選用5 V工作電壓,；VS為驅(qū)動(dòng)電壓,，最大為36 V，要求VS最好大于VSS,，設(shè)計(jì)中選用12 V。int1,、int2,、int3、int4為單片機(jī)控制電機(jī)的輸入端,，分別對(duì)應(yīng)OUT1,、OUT2、OUT3,、OUT4四路輸出,，輸出接四相五線式步進(jìn)電機(jī)。ISENA,、ISENB是使能端,，直接接入5 V邏輯電源，也就是說(shuō),，兩個(gè)電機(jī)時(shí)刻都保持在使能狀態(tài),。由于我們使用的電機(jī)是線圈式的，從運(yùn)行狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到停止?fàn)顟B(tài)和從順時(shí)針狀態(tài)突然轉(zhuǎn)換到逆時(shí)針狀態(tài)時(shí),，會(huì)形成很大的反向電流,，在電路中加入二極管的作用，就是在產(chǎn)生反向電流的時(shí)候進(jìn)行泄流,，保護(hù)芯片的安全,。Motorl為步進(jìn)電機(jī)提供插口。



2.6 無(wú)線遙控模塊

汽車(chē)遠(yuǎn)程防盜系統(tǒng)不需要車(chē)主近距離接觸防盜器,，使用無(wú)線遙控器對(duì)系統(tǒng)設(shè)防和撤防,。車(chē)主在的時(shí)候，對(duì)防盜系統(tǒng)撤防,，以免造成誤判,，車(chē)主離開(kāi)以后，可以對(duì)車(chē)輛設(shè)防,。無(wú)線遙控模塊選用臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的編解碼芯片PT2262/PT2272,，工作電壓范圍是2.6～15 V。遙控器收發(fā)模塊如圖7所示,。

 
發(fā)射端PT2262設(shè)置兩個(gè)按鍵S1,、S2,，分別對(duì)系統(tǒng)設(shè)防、撤防,。按下S1時(shí),，PT2262的D0引腳輸入高電平，Dout向PT2272發(fā)射編碼,；接收端PT2272對(duì)應(yīng)的D0引腳輸出低電平,，單片機(jī)檢測(cè)到d0端為低電平，系統(tǒng)進(jìn)入設(shè)防狀態(tài),，各模塊開(kāi)始工作,。PT2272的數(shù)據(jù)輸出d0、d1和單片機(jī)的PB10,、PB11連接,。每按下一個(gè)鍵，在同一個(gè)系統(tǒng)中,，Dout會(huì)輸出相同的編碼,，單片機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的接收模塊的數(shù)據(jù)輸出引腳低電平，來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶的設(shè)防撤防需求,。

2.7 電源模塊

汽車(chē)上供電電壓為+12 V,，系統(tǒng)中各模塊需要的電壓有+5 V、+3.3 V和+4 V,，因此,，需要通過(guò)電源轉(zhuǎn)換電路將+12 V電壓轉(zhuǎn)換為+5 V、+3.3 V和+4 V電壓,。+12 V轉(zhuǎn)換為5 V選用LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器,，該調(diào)節(jié)器有固定電壓輸出和可調(diào)電壓輸出。這里選用+5 V固定電壓輸出,，輸出電流高達(dá)3 A,，具有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能。在輸出+5 V電壓的基礎(chǔ)上,，利用X1117穩(wěn)壓芯片,，把+5 V電壓轉(zhuǎn)為+3.3 V。X1117是一款正電壓輸出的低壓降三端線性穩(wěn)壓電路,，可輸出固定電壓+1.5 V,、+2.8 V、+3.3 V等,，也可輸出可調(diào)電壓,。X1117的輸入和輸出電壓相差不能太大，以免散熱過(guò)多而損壞器件,。系統(tǒng)從+5 V電壓經(jīng)二極管IN4007降壓大約0.7 V,，得到EM310模塊需要的電壓,。電源電路如圖8所示。



3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)程序,，將程序?qū)懭雴纹瑱C(jī),，可進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。本設(shè)計(jì)在MDK編譯環(huán)境中編寫(xiě)STM32F103的源程序,，經(jīng)過(guò)編譯后產(chǎn)生.hex程序代碼,，用JTAG下載線將.hex文件下載到目標(biāo)單片機(jī)的Flash中。



系統(tǒng)的總體程序流程圖如圖9所示,。主控制器STM32F103初始化后,，系統(tǒng)檢測(cè)是否處在設(shè)防狀態(tài)。遙控器PT2262/PT2272不需要軟件編碼,，只需檢測(cè)接收模塊有沒(méi)有收到設(shè)防控制。如果系統(tǒng)不是設(shè)防狀態(tài),，程序執(zhí)行控制后視鏡和掃描遙控接口這樣一個(gè)循環(huán),。如果處在設(shè)防狀態(tài)，則控制后視鏡閉合折疊起來(lái),，并且系統(tǒng)保持監(jiān)視人體感應(yīng)模塊,、振動(dòng)模塊與控制器接口，以隨時(shí)采集警情信息,。如果此時(shí)車(chē)主通過(guò)短信查詢各接口狀態(tài),，程序調(diào)用GSM通信程序發(fā)送各接口的狀態(tài)。如果有警情發(fā)生,，通過(guò)檢測(cè)單片機(jī)接口,，判斷汽車(chē)是發(fā)生了振動(dòng)還是有人非法入侵。然后,，根據(jù)不同的情況,，調(diào)用人體感應(yīng)報(bào)警子程序或振動(dòng)報(bào)警子程序，進(jìn)行相應(yīng)的處理,，之后,，單片機(jī)掃描遙控器接口，決定繼續(xù)設(shè)防,，還是撤防,。如果撤防，后視鏡展開(kāi)到車(chē)主設(shè)定的角度,。

結(jié)語(yǔ)

本文完成了基于STM32F103單片機(jī)的汽車(chē)遠(yuǎn)程防盜系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì),，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟硬件。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn),，系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的要求,。