【導(dǎo)讀】撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。1．了解基于車用蓄電池容量估算的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，了解GSM模塊發(fā)送報(bào)警短信的原理和方法，完成基于GSM模塊車載蓄電池報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)；如汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)，嵌入式開發(fā)和車速自動(dòng)控制系統(tǒng)。GSM標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備占據(jù)當(dāng)前全球蜂窩移動(dòng)通信設(shè)備市場80%以上，全球超過200個(gè)國家和地區(qū)超過10億。人正在使用GSM電話。GSM較之它以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是它的信令和語。音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代移動(dòng)電話系統(tǒng)。GSM是一個(gè)當(dāng)前由3GPP開發(fā)的開。出的優(yōu)點(diǎn)：1、GSM技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得相當(dāng)?shù)某墒?，有著現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，汽車防盜報(bào)警器主要由三部分組成

　　

【正文】 括： 內(nèi)部存儲器 內(nèi)部 PLL 鎖相環(huán)模塊 2 個(gè)異步串口通訊 SCI 1 個(gè)串行外設(shè)接口 SPI MSCAN 模塊 1 個(gè) 8 通道輸入 /輸出比較定時(shí)器模塊 TIM 周期中斷定時(shí)器模塊 PIT 16 通道 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ADC 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 1 個(gè) 8 通道脈沖寬度調(diào)制模塊 PWM 輸入 /輸出數(shù)字 I/O 口 方案確定： 飛思卡爾 MC9S12 系列單片機(jī) 是采用高性能、低功耗的、具有很高的集成度的 HCS08 內(nèi)核、背景調(diào)試模塊 ， 該模塊具有單線的調(diào)試及仿真接口。功能齊全，性能穩(wěn)定是一款實(shí)際應(yīng)用十分廣泛的芯片。但是飛思卡爾 MC9S12 系列單片機(jī) 功能較為復(fù)雜不容易上手。從設(shè)計(jì)角度來看 AT89C51 單片 機(jī) 指令簡單，易學(xué)易懂，外圍電路簡單，硬件設(shè)計(jì)方便， io口操作簡單，無方向寄存器，資源豐富，一般設(shè)計(jì)足夠用了，價(jià)格便宜、容易購買，資料豐富容易查到，程序燒寫簡單， 。并且與電量測量電路采用簡單的串行通信協(xié)議，簡化電池容量控制系統(tǒng) 。所以綜上所述選擇方案一較為合理。 GSM 無線通信模塊 方案選擇 方案一：由 PT2262/ 2267 無線發(fā)射模塊及傳感器組成的無線報(bào)警系統(tǒng) PT2262 和 PT2272 是 COMS 專用編、譯碼電路 ， 振蕩頻率通過外接電阻進(jìn)行調(diào)節(jié) ，PT2262 發(fā)出的編碼信號由地址碼、數(shù)據(jù) 碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字 [8]， 解碼芯片PT2272 接收到信號后 ， 其地址碼經(jīng)過兩次比較核對與編碼地址一致后 ， VT 腳才輸出高電平 ， 與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電平 ， 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ， PT2262 和 PT2272 的 A0～ A7為地址端 (可置為“ 0”、“ 1”、“ f” (懸空 ) 3 種狀態(tài) ， 最多有 6561 個(gè)地址碼 ) ， D0～ D3 為數(shù)據(jù)端 (可置為“ 0”、“ 1”兩種狀態(tài) ， 最多有 16 種 ) ， 通過開關(guān) SW 來設(shè)置。只有 PT2262 和PT2272 地址編碼完全相同 ， 才能配對使用 ， 而通過 PT2262 不同的數(shù)據(jù)端區(qū)別報(bào)警地點(diǎn)及報(bào)警類型 ， 所以 所有 PT2262 的地址碼與單片機(jī)相連的 PT2272 都設(shè)為一致 [9]， 而各個(gè)PT2262 的數(shù)度設(shè)不同 ， 在家庭內(nèi)部組建一個(gè)報(bào)警探測網(wǎng) ， 由此實(shí)現(xiàn)“一收多發(fā)”。編碼發(fā)射模塊、接收解調(diào)模塊的有效作用距離在室內(nèi)大約為 幾十米 ， 在一戶家庭內(nèi)使用已經(jīng)足夠。 方案二：明基 M22 無線通信 GSM 模塊 目前，國內(nèi)已經(jīng)開始使用的 GSM 模塊有很多，而且這些模塊的功能、用法差別不大。此方案采用的是明基 M22 模塊。這種無線模塊設(shè)計(jì)緊湊，大大縮小了用戶產(chǎn)品的體積。M22 與 GSM2/2 兼容、雙頻（ GSM900/GSM1800）、 RS232 數(shù)據(jù)接口，該模塊及射頻電路和基帶與一體，向提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。 M22 模塊是明基公司推出的新一代 GSM 無線通信模塊，它可以快速可靠的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù) SMS(Short Message Service)和傳真。模塊工作電壓為 （典型值為 ），可工作在 900MHz 和 180OMHz 兩個(gè)頻段，它提供 RS232 數(shù)據(jù)口，符合 和 標(biāo)準(zhǔn)，模塊采用 AT Command 接口，支持 文本和 PDU 模式的短消息。通過 40 引腳的 ZIF 連接器，實(shí)現(xiàn)指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 M22 模塊主要由 GSM 基帶處理器、 GSM 射頻模塊、供電模塊 (ASIC)、 FLASH 存儲器、 44 芯 ZIF 插座、天線接口等六部分組成。 GSM 基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，主要處理 GSM 終端內(nèi)的語音、數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有模擬和數(shù)字功能。射頻天線部分主要實(shí)現(xiàn)信號的調(diào)制與解調(diào)，實(shí)現(xiàn)外部射頻信號與內(nèi)部基帶處理器之間的信號轉(zhuǎn)換，供電模塊為處理器以及射頻部分提供所需的電源， 44 芯的 ZIF 插座為用戶提供包括電 源、數(shù)據(jù)輸入輸出、 SIM 卡接口、音頻接口和控制等的接口。 M22 帶有 RS232 數(shù)據(jù)口，符合 ETSI 標(biāo)準(zhǔn) 和 ， 且易于升級為 GPRS模塊 [8]。該模塊集射頻電路和基帶于一體 ， 向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT 命令接口 ， 為數(shù)據(jù)、語音和短消息提供快速、可靠、安全的傳輸 ， 方便用戶的應(yīng)用開發(fā)及設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)就是利用該模塊中串口實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的通信。 方案論證與選擇 方案確定：方案一中 PT2262/ 2267 無線發(fā)射模塊是純硬件的無線通信模塊，穩(wěn)定性更強(qiáng)，反應(yīng)速度快，電路簡單，而且容易掌握理解，但是編碼發(fā)射模 塊、接收解調(diào)模塊的有效作用距離在室內(nèi)大約為幾十米，在遙控器，遙控汽車，家庭防盜中應(yīng)用十分廣泛。汽車是快速長距離移動(dòng)物體，所以 PT2262/ 2267 無線發(fā)射模塊的距離局限性無法滿足車載報(bào)警系統(tǒng)的要求。只能選擇方案二： M22 基于該模塊的短消息功能，可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)用戶信息處理等功能，特別適用控制中心與終端設(shè)備距離很遠(yuǎn)，無地域限制。 顯示屏的選擇 由于本設(shè)計(jì)涉及到的電量的百分比顯示，如果采用數(shù)碼管等傳統(tǒng)的顯示器，將無法達(dá)到預(yù)期的顯示效果。為了達(dá)到更好的顯示效果，更高的性價(jià)比和設(shè)計(jì)簡潔性。因此，本 設(shè)計(jì)中選用了洛基亞 5110 液晶屏來顯示各種數(shù)據(jù)，方便明了。 Nokia5110 是一款經(jīng)典機(jī)型，可能由于經(jīng)典的緣故，舊機(jī)器很多，所以很多電子工程師就把舊機(jī)器的屏幕拆下來，自己驅(qū)動(dòng) Nokia5110，用于開發(fā)的設(shè)備顯示，取代 LCD1602。 如圖 nokia 液晶模塊原理圖 使用 Nokia5110 液晶的四大理由 1)性價(jià)比高， LCD1602 可以顯示 32 個(gè)字符，而 Nokia5110 可以顯示 15 個(gè)漢字， 30 個(gè)字符。 Nokia5110 裸屏僅 元， LCD1602 一般 15 元左右， LCD12864 一般 50~70 元。 2)接口簡單，僅四根 I/O 線即可驅(qū)動(dòng)， LCD1602 需 11 根 I/O 線， LCD12864 需 12 根。 3)速度快，是 LCD12864 的 20 倍，是 LCD1602 的 40 倍。 4) Nokia5110 工作電壓 ，正常顯示時(shí)工作電流 200uA 以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 nokia 液晶模塊原理圖 與其它類型的產(chǎn)品相比，該模塊具有以下特點(diǎn)： ●84x48 的點(diǎn)陣 LCD，可以顯示 4 行漢字， ●采用串行接口與主處理器進(jìn)行通信，接口信號線數(shù)量大幅度減少，包括電源 和地在內(nèi)的信號線僅有 9 條。支持多種串行通信協(xié)議（如 AVR 單片機(jī)的 SPI、 MCS51 的串口模式０等），傳輸速率高達(dá) 4Mbps，可全速寫入顯示數(shù)據(jù)，無等待時(shí)間。 ●可通過導(dǎo)電膠連接模塊與印制版，而不用連接電纜，用模塊上的金屬鉤可將模塊固定到印制板上，因而非常便于安裝和更換。 ●LCD 控制器／驅(qū)動(dòng)器芯片已綁定到 LCD 晶片上，模塊的體積很小。 ●采用低電壓供電，正常顯示時(shí)的工作電流在 200μA 以下，且具有掉電模式。 LPH7366 的這些特點(diǎn)非常適合于電池供電的便攜式通信設(shè)備和測試設(shè)備中 本章小 結(jié) 本節(jié)主要介紹了硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)以及相關(guān)理論知識。在這一節(jié)中主要是 電池監(jiān)控 電路設(shè)計(jì)、單片機(jī) 方案選擇 、 無線通信模塊選擇和 M22 模塊性能介紹。通過本節(jié)對各電路工作原理以及各模塊設(shè)計(jì)有了清楚的認(rèn)識 。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 3 硬件電路原理分析 電量測量電路分析與計(jì)算 電量測量電路采用開路電壓法，既通過 A/D 轉(zhuǎn)換將蓄電池兩端模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后通過串口協(xié)議將數(shù)字信號傳送給單片機(jī)處理。 A/D 轉(zhuǎn)換 位數(shù)越多則表示轉(zhuǎn)換的精度越高，位數(shù)越少表示的精度就越低。為了提高測量精度此電路采用 12 位精度的 ads1286芯片作為主芯片 ，并配合減法器、基準(zhǔn)源電路完成測量電路的設(shè)計(jì) [10]。測量部分總電路圖如圖 所示 圖 測量電量部分總電路圖 基準(zhǔn)源芯片介紹 每個(gè)蓄電池都有特定的 SOC 曲線， SOC 是 State Of Charge 的縮寫，電池行業(yè)用語，指荷電狀態(tài)。又稱剩余容量，當(dāng) 蓄電池 使用一段時(shí)間或長期擱置不用后的剩余 容量 與其完全 充電 狀態(tài)的 容量 的比值，常用百分?jǐn)?shù)表示。 SOC=1 即表示為電池充滿狀態(tài)。 如圖 所示 鉛酸蓄電池 OCVSOC 曲線 ，從圖中可以看出電池剩余電量和開路電壓是一個(gè)特定關(guān)系從出廠就已 經(jīng)決定了。每一個(gè)開路電壓對應(yīng)著此時(shí)電池的剩余電量，所以可以根據(jù)測量蓄電池的開路電壓從而得到大致估算電池的 SOC 值。這就是開路電壓法的原理。由圖中我需要測量的鉛酸蓄電池 OCVSOC 特性可以看出，額定電壓為 12V 的蓄電池在 SOC=1 時(shí)即電量滿狀態(tài)時(shí)電壓為 ， SOC=0 時(shí)即電量為零時(shí)電壓為 。并且在 10%SOC90%時(shí)曲線比較平坦可以近似為一條直線，這個(gè)特性對于提高測量精度有很大的幫助，電壓的跨度為 ，在 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)的轉(zhuǎn)換電壓要在參考電壓范圍內(nèi)否則轉(zhuǎn)換電壓大于參考電壓會(huì)超過量程無法得 到正確值。要想得到準(zhǔn)確的測量值參考電壓很重要，如果參考電壓不穩(wěn)定那么 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)的比較值就不確定也將是變化。所以此電路采用 ref5050 芯片可以提供標(biāo)準(zhǔn)的 5V 基準(zhǔn)源。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 鉛酸蓄電池 OCVSOC 曲線 ref5050 是低噪聲、極低漂移、高精度電壓基準(zhǔn)源， 是專門為優(yōu)秀的初始電壓精度和漂移而設(shè)計(jì)的低噪音、精密帶隙電壓 基準(zhǔn)源。這個(gè)基準(zhǔn)源在線路個(gè)負(fù)載變化上非常穩(wěn)健。ref5050 此型號的基準(zhǔn)電壓為 5V，最大的輸入電壓為 18V，最低輸入電壓必須高于基準(zhǔn)電壓 。溫度范圍為 – 40176。C 到 120176。C 。 ref5050 由于其簡單的連接電路和良好的穩(wěn)壓特性得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 ref5050 典型應(yīng)用電路 如上圖 所示 ref5050 典型連接電路，電壓旁路建議添加一個(gè) 1uF 到 10uF 大小的電容用于電壓濾波，過濾掉噪聲對基準(zhǔn)源的干擾。在輸出端和地之間必須加入一個(gè) 1uF 到50uF 的電容，這個(gè)電容很重要必須添加，不然芯片無法工作。然后連接好電源和地就可以穩(wěn)定輸出 5V 的基準(zhǔn)電壓值送給 A/D 轉(zhuǎn)換作參考源。 減法器電路設(shè)計(jì) 常用的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換電壓都在 5V左右，為了能測量額定電壓在 12V 的蓄電 池，則需要轉(zhuǎn)換電路對蓄電池開路電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)整，適當(dāng)降低電壓值從而能被 A/D 轉(zhuǎn)換進(jìn)武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 行采集。通過觀察圖 蓄電池 OCVSOC 曲線可以看出電壓的變化幅度為 到， 不會(huì)出現(xiàn)超出這個(gè)范圍的情況。所以可以考慮通過減法器降低 10V 的電壓或者通過衰減器降低一定倍數(shù)使電壓控制在 5V 的范圍內(nèi)。衰減器是通過使電壓降低一定倍數(shù)起到降壓的作用，分析 SOC 曲線圖可以知道當(dāng) 10%SOC90%時(shí)曲線比較平坦可以近似為一條直線，變化值很小。如果采用衰減器那么原本平坦的曲線變化值將會(huì)更小這樣很不利于提高轉(zhuǎn)化的精 度。所采用在 A/D 前端使用減法器的方法來控制電壓大小。 減法器電路由運(yùn)算放大器在差分輸入方式時(shí)構(gòu)成的，如 圖 減法器構(gòu)造圖 [11]： 圖 減法器構(gòu)造圖 3 223iRUURR? ? ? （ 1） 111ffiOffRRU U UR R R R? ???? （ 2） 由 U? =U? 可得： 11 OfR URR? = 3 223iR URR? 11f ifR URR? （ 3） 13 212 3 1 1ffO i iR R RRU U UR R R R???? （ 4） 減法器是運(yùn)算放大器的一個(gè)重要應(yīng)用，在差分輸入方式的輸出輸入關(guān)系式中看出該電路課構(gòu)成減法器。輸入信號 Ui1 和 Ui2 分別通過211fO i iRU U UR??和 2R 加到運(yùn) 放的反相端和同相端。輸出電壓經(jīng) fR 反饋到反相輸入端 。其中 Ui2 為正向輸入連接原始信號即 12V的蓄電池電壓。 Ui1 為反向輸入端連接 ref5050 的基準(zhǔn)源的輸出端最為參考源。由式（ 4）可以看出當(dāng) Ui1 和 Ui2 確定是可以通過設(shè)置 1R 、 2R 、 3R 、 fR 的值來調(diào)整輸出值 oU 。為了武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 不改變 Ui2 的值則需要讓 132 3 1fRRRR R R?? =1， 當(dāng) 132 3 1fRRRR R R?? =1 時(shí) 211fO i iRU U UR?? Ui1=5V 要想達(dá)到降壓 10V 的效果時(shí)就需要1fRR =2。 所以選擇當(dāng) R1=R3=、 R2=Rf= 時(shí) 則 OU = 2iU 10V 可以到達(dá)設(shè)計(jì)目的。 模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路 在 電量