【文章內(nèi)容簡介】 SV,12V,15V九種固定輸出電壓型號，%，%,輸出電流可達200mA.，能夠滿足各個傳感器組的輸入電源的要求。ADP3330的封裝形式為SOT236。所需電路及相關器件如圖32所示。 圖32 汽車防盜系統(tǒng)電源二次降壓的實現(xiàn)通過ADP3330XX線性電壓轉(zhuǎn)換電路，可以將一次降壓提供的9V電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中央處理器、以及各個傳感器電路所需電壓，以供各部作為電源使用。防盜系統(tǒng)的監(jiān)測模塊由微波多普勒傳感器組、振動傳感器組、霍爾器件組和熱釋電紅外傳感器組組成，用于汽車防盜信息的采集以及數(shù)據(jù)的初步融合處理[5]。微波是電磁波輻射的一種形式，在電磁波譜中微波就介于無線電波和紅外線之間，頻率為300MHz到300GHz，相應波長1mm到1 m.。它以波的形式向四周輻射，當波長遠小于物體尺寸時，微波具有似光性。當波長和物體尺寸有相同量級時，微波又近似于聲學特性。微波傳感器的基本原理是根據(jù)微波反射、透射、散射、干涉等物理特性的改變以及被測材料的電磁特性的相對變化，通過對微波基本參數(shù)變化的測量，實現(xiàn)對非電量的轉(zhuǎn)換。 由于波源或觀察者的相對運動，而出現(xiàn)的觀測頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象被稱為多普勒效應。多普勒效應可以發(fā)生在波的各個頻段，如光波、聲波以及微波頻段等，其主要現(xiàn)象是：當波源與觀測者靠近時頻率升高，兩者遠離時頻率降低。 微波多普勒傳感器是利用微波的反射特性和多普勒效應制成的傳感器件。當波源的發(fā)射波投射到運動的物體上時，由于多普勒效應，反射波或散射波的頻率會發(fā)生變化。若將發(fā)射波與反射波混頻，取出頻差，即可檢測物體的運動狀態(tài)。由于微波相干性好，多普勒法測量在原則上沒有死區(qū)的存在，可對360度的一個圓區(qū)域進行探測。利用微波多普勒測速傳感器可以測量電磁場中物體的運動，將檢測到的人運動引起的電磁波頻率之變化量作為控制信號，進而對步行的人進行非接觸式的有效監(jiān)控。因此將微波多普勒測速傳感器用于汽車防盜系統(tǒng)，就可以在汽車周圍設置一個全方位的預警監(jiān)測空間。微波多普勒傳感器采用Agilis通訊技術公司的HB100微波運動傳感器模塊。HB100的多普勒效應收發(fā)機模塊利用介質(zhì)諧振振蕩器和微帶接插天線技術，可以實現(xiàn)低電流消耗、高溫穩(wěn)定性、高靈敏度和扁平外形。微波多普勒監(jiān)測模塊的電路原理如圖33所示。其中，A圖為HB100信號采集及處理電路，U1為微波多普勒發(fā)生/接收模塊，U2為相關阻容器件構成濾波、放大電路，Rd5, Rd6, Cd5用于設定輸出電壓信號的中心值，并將監(jiān)測電路的上電時間進行延遲以防止系統(tǒng)由于過早啟動引起誤報警。B圖33 微波多普勒監(jiān)測模塊原理圖圖為模塊電源輸入接口。C圖為模塊控制信號和信號輸出端口。D圖為窗口式比較器，用以實現(xiàn)傳感信息的初步融合：即將HB100輸出的電壓信號與設定的閉值相比較，比較的結果是把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入中央處理模塊。這樣不但能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器信息的初步融合，而且該信號可以作為其它傳感器的開啟信號，與開關電源聯(lián)合使用能夠?qū)崿F(xiàn)降低系統(tǒng)功耗的功能。E圖為開關電源，, ，而且微處理器通過向其SD引腳輸入高低電平控制電源輸出的開閉，進而可以控制整個模塊的開啟與關閉。微波多普勒監(jiān)測模塊是整個防盜系統(tǒng)的第一級模塊，可以實現(xiàn)對設定的預警范圍內(nèi)運動物體的監(jiān)測。當預警范圍內(nèi)有特定速率的運動物體時，模塊向中央輸出警報信號，由中央處理器進行數(shù)據(jù)處理[5]。對車體的振動與傾斜狀況進行測量，可以對竊賊采用拖吊法盜竊車輛以及破壞車體的現(xiàn)象進行預警。動態(tài)加速度的測量可以用于振動檢測，利用靜態(tài)的重力加速度作為輸入矢量，就可以確定物體的空間方向。因此可以利用ADXL202E同時對車體的振動和傾斜角度進行監(jiān)測。ADXL202E采用LCC8 ( 8 pins Leadless Chip Carrier)封裝，體積僅為5 mm 5mm 2mm，其封裝和引腳如圖34所示圖34 ADXL202E 封裝引腳結構圖(1)利用ADXL202E進行振動與傾角測量的基本原理 ADXL202E是Analog Device公司設計生產(chǎn)的低成本、低功耗、單芯片集成雙軸加速度傳感器。3～，工作電流小于6mA，可以測量05kHz，177。2g范圍內(nèi)動態(tài)或靜態(tài)加速度，60Hz時分辨率為2mg，可以輸出數(shù)字信號和模擬信號，應用溫度范圍為40～+125oC。在采用數(shù)字信號進行測量時，只要利用微處理器的計數(shù)器/定時器端口分別采集信號的工作周期脈寬T1和工作周期的時間長度T2，利用公式35就可以得出被測加速度的值。計算公式為：A(g)=(T1 /T2－)／% (35)信號示意圖如圖35所示。利用模擬信號進行測量時，可以直接應用從XFILT、YFILT引腳輸出的模擬信號。也可以將XOUT、YOUT引腳輸出的數(shù)字信號進行RC濾波，重新恢復成模擬信號。第一種方法輸出信號帶寬比較寬，但需外加電壓跟隨器才能帶載。第二種方法可以對輸出的模擬信號進行放大，但頻率響應特性較低。采用何種輸出方法，需根據(jù)具體的使用條件進行確定。圖35數(shù)字輸出加速度的計算方法(2)ADXL202E的汽車防盜應用方案 ，為降低電源對傳感器的干擾。由于芯片與微處理器共用一個供電電源，在電源與VDD間需增加一個磁珠或100Ω的電阻，以減小數(shù)字信號對傳感器輸出信號的干擾。 T2引腳外接625kΩ的RSET電阻，將輸出的數(shù)字信號的周期確定為5ms，即頻率為200Hz。從XOUT、YOUT輸出的數(shù)字信號直接輸入微處理器的計數(shù)器定時器端口，以便進行重力加速度的測量，從而可以得出車體傾角的變化。從XFILT、YF1LT引腳輸出模擬信號經(jīng)電壓跟隨器提高帶載能力后，送入微處理器的戶A/D端口，以進行對車體微小振動的測量。 汽車防盜中，車體傾斜角度的測量要求其信號具有很小的噪聲，需限制信號帶寬。而對于振動的測量，則需要10～200Hz的較寬信號范圍。首先，將XFILT、YFILT引腳的濾波電容CX, ，這樣輸出的數(shù)字、模擬信號的帶寬全都限制在200Hz以下，再將ADXL202輸出的帶寬為200Hz的數(shù)字和模擬信號分別經(jīng)過低通濾波和高通濾波，就可以獲得傾斜、振動監(jiān)測所需帶寬的信號。 監(jiān)測汽車微小振動所需信號由XFILT、YFILT端口獲得。由于在XFILT、 YFILT端口輸出的模擬信號已經(jīng)經(jīng)過200Hz低通濾波，需將信號經(jīng)10Hz高通濾波，才能達到振動監(jiān)測所需的10～200Hz帶寬要求。另外，從XFILT、YFILT端口輸出的模擬信號無帶負載的能力，可以將帶通濾波后的信號送入電壓跟隨器，以提高其帶負載的能力。然后，將信號送入微處理器的A/D端口進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)采樣定理，采樣頻率不能低于信號頻率的二倍，微處理器采樣頻率最少為400Hz。利用軟件積分器測量振動的能量。將微處理記錄的16次振幅采樣值的絕對值求和，就可以得到40ms內(nèi)振動的能量。如果這個絕對值之和超過設定的數(shù)字閉值，微處理器就可以進行報警。(1)霍爾效應簡介 當電流垂直外磁場方向通過導體或半導體薄片時，在薄片垂直于電流和磁場方向的兩側表面之間會產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，稱為霍爾效應。所產(chǎn)生的電位差稱作霍爾電勢，它是由于運動載流子受到磁場力的作用(稱為洛侖茲力)，而在薄片兩側分別形成電子、正電荷的積累所致。圖36 霍爾效應原理圖 如圖36所示的一塊長為l，寬為ω，厚為d的N型半導體薄片，位于磁感應強度為B的磁場中，B垂直于1—ω。平面。沿1通電流I, N型半導體中的載流子——電子將受到B產(chǎn)生的洛倫茲力FB的作用。在力FB的作用下，電子向半導體片的一個側面偏轉(zhuǎn)，在該側面上形成電子的積累，而在相對的另一側面上因缺少電子而出現(xiàn)等量的正電荷。在這兩個側面上產(chǎn)生霍耳電場EH。由于存在EH，半導體片兩側面間出現(xiàn)電位差UH，稱為霍耳電勢。(2)霍爾開關器件A3210E的基本原理A3210E是Allegro MicroSystems公司出品的霍爾效應開關器件。采用數(shù)字信號輸出，在南、北磁極的作用下均能產(chǎn)生霍爾效應：磁極靠近時，開關打開，輸出電平為低，磁極遠離時，開關關閉，輸出電平為高電平。該類傳感器的功耗非常低，A3209E的功耗低達400 μW，特別適合低功耗場合，在掌上電腦等電池供電的手持設備上有著廣泛的應用。封裝形式有貼片式和單列直插式兩種，應用溫度范圍40～+85oC。 該傳感器是在單一硅芯片上集成霍爾電壓發(fā)生器、微小信號放大器、斬波電路、鎖相器，以及場效應管器件。當外加磁場場強發(fā)生變化時，霍爾電壓發(fā)生器產(chǎn)生微小的電壓變化，經(jīng)斬波處理后送入放大器，再經(jīng)鎖相器鎖相后，由場效應管輸出高低電平信號。斬波技術雖然可以提高信號的穩(wěn)定性，也會造成信號頻響的延遲，但由于A3210E系列傳感器采用了較高的采樣頻率，提高了采樣的速度，就相對減小了響應延遲的影響。(3)A3210E的汽車防盜應用方案 單個霍爾開關器件的原理圖如圖37所示。由于A3210E的功耗極低，最大工作電流小于3mA，可以由微處理器的I/O直接驅(qū)動。在輸入端靠近芯片A3210E的位置處，應設置C1=，可以減小外部噪聲和內(nèi)部斬波對傳感器信號的影響。輸出旁路電容C2為輸出的跳變信號提供能量。R1用于器件的保護。圖37 單個霍爾開關器件的應用原理圖 霍爾器件組的設計是將多個霍爾器件分布在汽車四個車門，將每個開關器件的輸出信號送至器件組的局部決策中心進行融合，這里將四個車門的警報等級看作相同，可以直接采用硬件進行“或”運算，得到融合結果送至中央處理模塊。信號處理電路的示意圖如38所示。如果認為車的前后門的警報等級不同，可以將圖38中代表兩個前門的信號以及后門信號分別融合，然后將各自的結果送至中央處理模塊，中央處理模塊不同的權值進行融合處理，具體處理方法可根據(jù)用戶的要求分別處理[6]。圖38 霍爾開關器件的局部信息融合(1)熱釋電紅外傳感器的基本原理 由于電石、酒石酸鉀鈉(羅謝爾鹽)、鈦酸鋇等晶體受熱產(chǎn)生溫度變化時，其原子排列將發(fā)生變化，晶體自發(fā)極化，在其兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應。產(chǎn)生的電荷Q與溫度T的關系為:Q=pAT (36)其中，P熱釋電系數(shù)，大小取決于晶體材料；A為晶體受熱表面積。熱釋電紅外線傳感器是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型敏感元件。由于其獨特的優(yōu)越性，所以在近年來已被廣泛應用于各種防盜報警器電路系統(tǒng)中。 熱釋電紅外線傳感器能將波長為5～14μm之間的紅外信號變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用。任何高于絕對零度的物體都會放出紅外線，其表面的溫度越高，紅外輻射的峰值波長就越短。人體可輻射出中心波長為9～l0μm的紅外線，～20μm范圍內(nèi)幾乎是穩(wěn)定不變的。在硅片表面上貼上截止波長為7～10μm的濾光片，于是就得到只對人體溫度范圍敏感的熱釋電紅外線傳感器。在被動紅外探測器的警戒區(qū)內(nèi)，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人警戒區(qū)，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，熱釋電紅外傳感器探測的是感應到的移動物體與背景物體的溫度的差異。 在實際應用中，單個傳感器的探測靈敏度仍然是比較低的，目前所用的光學透鏡大致有反射式、透射式和折射式三種。(2)熱釋電紅外傳感器的汽車防盜應用圖39 熱釋電紅外傳感器的工作原理圖熱釋電紅外傳感器的敏感元采用上海尼塞拉傳感器有限公司的RE200B型雙靈敏元熱釋電紅外傳感器。該傳感器是利用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測紅外線的，采用靈敏元互補的方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器工作穩(wěn)定性。即傳感器包含兩個互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且兩個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對兩個熱釋電元件幾乎具有相同的作用、使其產(chǎn)生的熱釋電效應相互抵消，于是探測器無信號輸出。這也是當人體對著探測器呈垂直方向運動時，探測器靈敏度差的原因。一旦人侵入探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元件接收，但是兩片熱釋電元件接收到的熱量不同，熱釋電量也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。熱釋電紅外傳感器的工作原理圖如圖39所示。其中A圖為熱釋電紅外傳感器RE200B信號采集及處理電路，U1為PIR探測頭，U2為相關阻容器件構成濾波、放大電路，R7, R8用于設定輸出電壓信號的中心值。B圖為模塊電源輸入接口。C圖為模塊控制信號和信號輸出端口。D圖為窗口式比較器，將RE200B輸出的電壓信號與設定的閑值相比較，比較的結果是把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并送入中央處理模塊。這樣不但能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器信息的初步融合，而且該信號可以作為其它傳感器的開啟信號，與開關電源聯(lián)合使用能夠?qū)崿F(xiàn)降低系統(tǒng)功耗的功能。E圖為開關電源。，而且微處理器通過向其SD引腳輸入高低電平控制電源輸出的開閉，進而可以控制整個模塊的開啟與關閉[7]。多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)的報警執(zhí)行模塊主要用于執(zhí)行遇警后的報警操作和汽車自鎖操作，含GSM報警、聲光報警和汽車自鎖幾個部分。防盜系統(tǒng)的報警主要采用無線網(wǎng)絡GSM短消息的方式進行，根據(jù)不同的警報級別發(fā)送不同的短消息，如“整車搬運”、“車體破壞”、“非法開啟”和“入車盜竊”等。車主還可以利用手機對防盜系統(tǒng)進行控制。另外系統(tǒng)仍延用傳統(tǒng)汽車防盜器的聲光報警方式，以起到警示、震懾的作用：汽車自鎖主要是關閉發(fā)動機的點火電路，使汽車無法發(fā)動。(1) GSM系統(tǒng)概述 GSM系統(tǒng)是根據(jù)歐洲通信標準化委員會(ETSI)指定的GSM技術規(guī)范研制而成的第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。GSM系統(tǒng)是一個全數(shù)字的蜂窩移動通信系統(tǒng)，它由幾個分系統(tǒng)組成，可以與各種公用通信網(wǎng)互聯(lián)互通。GSM系統(tǒng)是我國目前蜂窩移動通信系統(tǒng)的主體。GSM業(yè)務按照ISDN對業(yè)務的分類方法可分為基本業(yè)務和補充業(yè)務?；緲I(yè)務按功能可分為電信業(yè)務和承載業(yè)務。電信業(yè)務是指為用戶通信提供的包括終端設備功能在內(nèi)的完整能力的通信業(yè)務，主要包括