【導(dǎo)讀】汽車是目前人類主要的交通工具，也是現(xiàn)代文明的標(biāo)志。在用的車輛越多，人們對(duì)機(jī)動(dòng)車輛的使用性能和防盜性能提出了更高的要求。一個(gè)重要的社會(huì)問(wèn)題。為了減少汽車事故的發(fā)生率，給擁有汽車的用戶提供安全。能給駕駛員發(fā)出報(bào)警提醒和防盜警報(bào)的安全系統(tǒng)，具有實(shí)際的設(shè)計(jì)意義。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度監(jiān)測(cè)：測(cè)量范圍為-55℃~+125℃；在-10~+85°C范圍內(nèi)，輪胎壓力監(jiān)測(cè)：壓力探測(cè)精度±工作壓力范圍0-。第1-2周：查閱參考文獻(xiàn)和相關(guān)資料。通過(guò)反復(fù)閱讀，弄清研究對(duì)象的基本原理。第3-4周：完成論文的前言及第一章總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。理器的主要指標(biāo)。第7-8周：完成系統(tǒng)電源，遙控等模塊的設(shè)計(jì)，并構(gòu)建傳感器系統(tǒng)。等論文最后部分。第15-16周：完成論文的修改工作，確定終稿。打印裝訂，準(zhǔn)備論文答辯。，李建東等.移動(dòng)通信（第四版）.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,武漢：武漢理工大學(xué),2020. .MCS-51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，TC35I的外圍電路設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 除監(jiān)測(cè)死角，提高系統(tǒng)的可靠性?；谝陨系姆治?，選用以下傳感器構(gòu)成防盜系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊： 。 利用多普勒效應(yīng)制成的傳感 器可以用來(lái)探測(cè)人體或物體的移動(dòng)，該傳感器在人或物體靠近時(shí)接收器接收的頻率發(fā)生變化，當(dāng)頻率變化至設(shè)定值時(shí)，可以判斷為有人或物體進(jìn)入防盜系統(tǒng)的預(yù)警范圍； 。利用加速度檢測(cè)器件制成的振動(dòng)傳感器，能夠?qū)圀w特殊頻段的振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在車體被外力破壞的情況可以產(chǎn)生警報(bào)； 。傾角傳感器監(jiān)測(cè)車體相對(duì)于初始位置是否出現(xiàn)傾角變化，如果這種角度的變化是以特定頻率出現(xiàn)或達(dá)到設(shè)定的閾值，就可以判斷為汽車整體被搬運(yùn)。 4 熱釋電紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器只對(duì)中心波長(zhǎng)為 9~10μm 的紅外線輻射敏感，能夠檢測(cè)到人體輻射的紅外信息，可以用作人體入侵車內(nèi)的監(jiān)測(cè)器件； 。通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)器件可以對(duì)汽車的車門(mén)、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋及后備箱蓋的非法開(kāi)啟進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 以上幾種傳感器監(jiān)測(cè)波頻率的改變、車體振動(dòng)、車體位態(tài)改變和人體生物信息等不同方面，再通過(guò)合理的布局去除監(jiān)測(cè)死角，就能夠獲取汽車防盜所需的足夠信息，最大程度地消除信息的不確定性，提高報(bào)警的可靠性。 加速度傳感器 現(xiàn)代汽車的防盜系統(tǒng)通常采用對(duì)車體的沖擊、振動(dòng)監(jiān)測(cè)的方式防盜預(yù)警，常用的器件多為磁效應(yīng)傳感器。雖然磁效應(yīng)加速度傳感器的敏 感性能很好，但由于磁傳感器存在裝配、安裝誤差，其頻率響應(yīng)不穩(wěn)定，會(huì)造成后續(xù)信號(hào)處理電路和微控制器接口電路比較復(fù)雜，致使系統(tǒng)報(bào)警的可靠性降低，誤報(bào)率較高。另外，拖車或整車搬運(yùn)的方法也是目前竊賦盜竊汽車常用的手段，對(duì)付這種盜竊方式最xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 26 有效的方法是對(duì)車體的傾斜角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而磁效應(yīng)傳感器無(wú)法測(cè)量靜態(tài)加速度，不能對(duì)車體的傾斜角度進(jìn)行測(cè)量，也就無(wú)法對(duì)這種盜竊方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警。 ADXL202 是 AD 公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)采用 MEMS工藝制作的低價(jià)格、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(cè)量 O～ 5kHz、177。 2g 范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)加速度， 60Hz 時(shí)分辨率為 2mg，可以數(shù)字、模擬信號(hào)形式輸出，體積僅為 5mm 5mm 2mm；可以對(duì)車體微小振動(dòng)和整車的傾斜角度同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將其應(yīng)用于汽車防盜系統(tǒng)不但擴(kuò)大了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍，而且簡(jiǎn)化了系統(tǒng)，提高了防盜系統(tǒng)報(bào)管的可靠性。因此，選定其作為汽車防盜系統(tǒng)的傳感器件。 ADXL202 進(jìn)行加速度測(cè)量的基本原理 ADXL 202 是基于單塊集成電路的完善的雙軸加速度測(cè)量系統(tǒng)。它是一個(gè)以多晶硅為表面的微電機(jī)傳感器和信號(hào)控制環(huán)路來(lái)執(zhí)行操作的開(kāi)環(huán)加速測(cè)量 結(jié)構(gòu)。對(duì)每根軸而言 , 輸出環(huán)路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈寬占空比的數(shù)字信號(hào)。這些數(shù)字信號(hào)直接與微處理器接口。 ADXL 202 可測(cè)量正負(fù)加速度 ,其最大測(cè)量范圍為177。 2g 。ADXL 202 也可測(cè)量靜態(tài)加速度 ,亦可用作斜度測(cè)量。傳感器采用在硅片上經(jīng)表面微加工的多晶硅結(jié)構(gòu) , 用多晶硅的彈性元件支撐它并提供平衡加速度所需的阻力。結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)是通過(guò)由獨(dú)立的固定極板和附在移動(dòng)物體上的中央極板組成的可變電容來(lái)測(cè)量的。固定極板通過(guò)方波的每π個(gè)相位控制。加速度計(jì)受到加速度力后改變了可變電容的平衡 , 使輸出方波的振幅與加速度成正比。而相 位解調(diào)技術(shù)用來(lái)提取信息 ,判斷加速方向。解調(diào)器的輸出通過(guò) 32kΩ 的固定電阻輸出到脈寬占空比解調(diào)器。這時(shí) , 允許用戶改變?yōu)V波電容的大小來(lái)設(shè)置輸出信號(hào)的帶寬。這種濾波提高了測(cè)量的精度 ,并有效地防止頻率混疊。經(jīng)過(guò)低通濾波后 , 模擬信號(hào)由DCM (脈寬占空調(diào)制器 ) 轉(zhuǎn)換為脈寬占空比信號(hào)。通過(guò)一個(gè)電阻 RSET 將 T2 設(shè)定在 0. 5ms～ 10ms 范圍內(nèi)。在 0g 加速度時(shí)使輸出占空比為 50 %。加速度可由一計(jì)數(shù) / 計(jì)時(shí)器或低功耗的微控制器通過(guò)測(cè)量 T1 , T2 來(lái)測(cè)得。 模擬輸出信號(hào)可通過(guò)以下兩種方法獲得 : 一種從 XFILT和 YFILT管腳得到 。 一種是通過(guò) RC 濾波器對(duì)脈沖信號(hào)濾波后得到的 dc 值推算。 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 27 圖 28 ADXL202 的功能結(jié)構(gòu)框圖 2 .ADXL202 引腳功能簡(jiǎn)介 圖 29 ADXL202引腳圖 表 26 管腳序號(hào) 名稱 功 能 1 ,6 ,8 NC 空置端 2 VTP 檢測(cè)端 3 ST 自我測(cè)試端 4 ,7 COM 公共接地端 5 T2 外接 ROUT ,可設(shè)定 T2 周期 9 YOUT Y軸脈寬信號(hào)輸出端 10 XOUT X 軸脈寬信號(hào)輸出端 11 YFILT 連接 Y濾波電容 12 XFILT 連接 X 濾波電容 13 VDD 電源端 ,接 + 3V～ + 5. 25V ,與 14 引腳相連 14 VDD 電源端 ,接 + 3V～ + 5. 25V ,與 13 引腳相連 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 28 管腳連接： VDD : ADXL 202 有兩個(gè)電壓輸入引腳 13 和 14。這兩個(gè)引腳應(yīng)直接與電源相連。 COM :ADXL 202 有兩個(gè)接地引腳 4 和 7。它們應(yīng)直接相連并接地。 V TP : 該管腳 應(yīng)保持開(kāi)路 , 不與其它任何管腳相連。 VDD 與 COM 引腳 : 其間連接退耦電容 CDC , 推薦使用 0. 1μ F ,形成電源退耦電路。 ST : 自檢輸入端 , 當(dāng) ST 接 VDD 時(shí) , 將加一個(gè)靜電壓使傳感器的中心電容極板發(fā)生偏轉(zhuǎn) , 等效于施加一個(gè)加速度力 , 幫助用戶檢查加速度計(jì)的功能。輸出信號(hào)脈寬占空比為 10 % , 相當(dāng)于 80mg 的加速度。平時(shí)該引腳可開(kāi)路 ,亦可與 COM 引腳相連。 ADXL202采用 3V直流電源供電，為降低電源對(duì)傳感器的干擾，在引腳 VDD和公共接地端 COM之間需連接 O． 1μ F的去耦電容。由于芯片與微處理器共用一個(gè)供電電源，在電源與 VDD間需增加一個(gè) 100Ω的電阻，以減小數(shù)字信號(hào)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的干擾。 T2引腳外接 625kΩ的 RSET電阻，將輸出的數(shù)字信號(hào)周期確定為 5ms，即頻率為 200Hz。從 XOUT、 YOUT引腳輸出的數(shù)字信號(hào)直接送到微處理器的計(jì)數(shù)器，定時(shí)器端口，以便進(jìn)行重力加速度的測(cè)量，以得出車體傾角的變化。從 XEILT、YFILT引腳輸出的模擬信號(hào)經(jīng)電壓跟隨器提高負(fù)載能力后，送入微處理器的 A/D端口，以對(duì)車體微小振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。汽車防盜中，車體傾斜角度的測(cè)量要求其 信號(hào)的噪聲必須很小，這就要限制信號(hào)帶寬。而對(duì)于振動(dòng)的測(cè)量，則需要 10～ 200Hz的較寬信號(hào)范圍。首先，將 XFILY、 YFILT引腳的濾波電容 CX、 CY設(shè)定為 0． 027μ F，這樣輸出的數(shù)字、模擬信號(hào)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(hào)分別經(jīng)過(guò)低通濾波和高通濾波，就可以獲得傾斜、振動(dòng)監(jiān)測(cè)所需帶寬的信號(hào)。將 ADXL202同時(shí)作為振動(dòng)測(cè)量和傾角測(cè)量傳感器的方案原理圖如圖 210所示。 xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 29 圖 210 對(duì)于拖車或整車搬運(yùn)的盜竊方式，如果車體的角度相對(duì)于初始狀態(tài)改變 5176。，就可判定有盜車情況發(fā)生。傾斜角度測(cè)量值通過(guò) XOUT、 YOUT端口輸出的數(shù)字信號(hào)得到。由于經(jīng) XFILT、 YFILT端口的電容低通濾波，信號(hào)帶寬為 200Hz．則根據(jù)ADXl202的噪聲計(jì)算公式為： Noise（ rms） =（ 200181。g/ f ） ?? BW 其中， Noise為噪聲的幾何平均值， BW 為信號(hào)帶寬， f(Hz)為頻率。則其噪聲平均水平為： Noise（ rms） =（ 200181。g/ f ） ?? ? 取置信區(qū)間 %，則信號(hào)噪聲的峰 峰值為： 4? Noise（ rms） =4? = 如果 ADXl202的敏感軸從水平位置變化了 5176。，就相當(dāng)于 ADXL202輸出的數(shù) 字信號(hào)改變約 87mg，這樣 14． 4mg的噪聲水平就顯得過(guò)高了。因?yàn)槠谕脑肼? 水平最多不能超過(guò)信號(hào)的十分之一，即 8． 7mg。將 XOUT、 YOUT端口輸出的 200Hz 數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 16次采樣，并將采得的信號(hào)取平均值，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字低通濾波， xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 將信號(hào)的帶寬降為 12． 5Hz。此時(shí)的噪聲水平為： Noise（ rms） =（ 200181。g/ f ） ?? ? 取置信區(qū)間 %，則信號(hào)噪聲的峰 峰值為： 4? Noise（ rms） =4? = 這種噪聲水平完全可以滿足系統(tǒng)要求。 ADXl202的溫度變化系數(shù)為 2mg／℃，在監(jiān)測(cè)的 0176。～ 5176。傾角范圍內(nèi)，每改變 1176。，輸出約改變 17mg。由于室外晝夜溫差很可能達(dá)到 8． 5℃，溫度漂移很可能造成虛假報(bào)警，必須對(duì)其限制?？梢岳密浖⒎制鬟M(jìn)行信號(hào)處理，即如果 ADXL202的輸出變化率大于 87mg/min，就認(rèn)為有警情；如果小于這個(gè)數(shù)值，就可以認(rèn)為是由于溫度變化引起的溫度漂移，不予報(bào)警。 壓力傳感器 汽車在行駛中，若輪胎氣 壓不足，則會(huì)導(dǎo)致輪胎磨損加劇、行駛阻力增加、油耗增加。且在緊急制動(dòng)時(shí)，若某側(cè)輪胎壓力偏低，就會(huì)造成車身偏轉(zhuǎn)，甚至釀成事故。如果輪胎氣壓在低于某一設(shè)定值時(shí)，能發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知駕駛員應(yīng)及時(shí)補(bǔ)氣，對(duì)提高行車安全性和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。 汽車輪胎欠壓報(bào)警器的設(shè)計(jì)必須解決兩個(gè)難題 ： 一是壓力傳感器的能源，通常壓力傳感器工作時(shí)將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)必須要有電源，電源如果取自汽車交流發(fā)電機(jī)或蓄電池，則需安裝電刷和集電環(huán)組件，因?yàn)檐囕喒ぷ鲿r(shí)是旋轉(zhuǎn)的，如果在車輪上加裝交流發(fā)電機(jī)或安置電池，則其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。二是信號(hào)的傳 輸問(wèn)題，若信號(hào)采用接觸式傳輸，因汽車車輪工作環(huán)境惡劣，這樣勢(shì)必會(huì)降低信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?： 如果采用電信號(hào)發(fā)射和接收方式實(shí)現(xiàn)耦合，則電路復(fù)雜、維護(hù)困難。 本文 設(shè)計(jì) 的汽車輪胎欠壓報(bào)警器 ，采 用輪胎內(nèi)氣 體壓力 作為動(dòng)力 ， 巧妙地利用輪胎內(nèi)氣壓變化 差使 彈性元件 （ 彈簧與波紋管組件 ）產(chǎn)生 壓縮 和 拉伸 變化 ， 并使磁鋼產(chǎn)生位移 ，從而 改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，即由輪胎內(nèi)空氣作為傳遞信號(hào)的介質(zhì)，從而減少了動(dòng)力消耗 ； 再利用空間磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合 。 1. 壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理 壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 211 所示。壓力傳感器固定安裝在汽車輪轂上，隨xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 車輪 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，由接口通過(guò)銅管與氣門(mén)心連通。當(dāng)輪胎內(nèi)壓力充足時(shí)，在氣體壓力作用下，波紋管和彈簧被壓縮，由導(dǎo)桿帶動(dòng)磁鋼右移 ； 當(dāng)欠壓時(shí)，氣體壓力減少，波紋管與彈簧伸長(zhǎng)，通過(guò)導(dǎo)桿推動(dòng)磁鋼左移，因此由輪胎內(nèi)氣體的壓力變化可實(shí)現(xiàn)磁鋼的左右移動(dòng)。彈簧的初始?jí)毫梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘來(lái)調(diào)節(jié)，整個(gè)工作過(guò)程中彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，波紋管在輪胎欠壓時(shí)，因彈簧伸長(zhǎng)而處于拉伸狀態(tài) ； 在非欠壓狀態(tài)下，其處于壓縮狀態(tài) 。波紋管和彈簧組件的鋼度為 : K = Kt 177。K b 式中 ； Kt——— 彈簧鋼度 Kb ——— 波紋管的鋼度 ,壓縮時(shí) Kb 0 ,拉 伸 時(shí) Kb 0 在欠壓狀態(tài)下，波紋管和彈簧組件的鋼度為 : K = KtKb 靈敏度 S = 1/ K。 設(shè)彈簧輸入功率譜密度為 Sx = SO , 彈簧的阻尼系數(shù) C 為常數(shù) , 則系統(tǒng)的傳遞函數(shù)： H(i)=K∕ （ K+iC） 圖 211汽車輪胎欠壓報(bào)警器壓力傳感器結(jié)構(gòu) 2. 霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān) 霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)固定安裝在制動(dòng)底板上，霍爾元件與壓力傳感器中磁鋼的安裝距離為 3～ 5mm。霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)工作原理圖如圖 212 所示。圖 28中 H為霍爾元件， A 為運(yùn)算放大器， D 為觸發(fā)器， R 為溫度補(bǔ)償電阻。 R 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 霍爾元xx 工業(yè)大學(xué) xx 學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 件輸入電阻，這樣溫度變化時(shí)，霍爾元件控制電流幾乎不變?；魻栯妱?shì) En = KHBI（ KH 為霍爾常數(shù) ） ，控制電流不變時(shí)，霍爾電勢(shì) En 正比于磁鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B。當(dāng)輪胎氣壓低于某一設(shè)定值時(shí)，磁鋼移向霍爾元件 ，從而產(chǎn)生電壓輸出。輸出的電壓信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器 A 放大，并由觸 發(fā)器 D將其轉(zhuǎn)移 變 為脈沖信號(hào)輸出，使三極管 工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài) ， 再將三極管 輸出 的信號(hào) 給 單片機(jī)；也可使 揚(yáng)聲器工作發(fā)出報(bào)警信號(hào)，告知駕駛員應(yīng)及時(shí)補(bǔ)氣。觸發(fā)器 D可保證三極管可靠地工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。 圖 212 霍爾開(kāi)關(guān)工作原理 對(duì)輪胎欠壓的檢測(cè)，采用由特制壓力傳感器和霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)組合實(shí)現(xiàn)檢測(cè) 。它們的原理為，讓輪胎內(nèi)氣壓變化作為動(dòng)力，通過(guò)壓力傳感器中的彈簧與波紋管組件壓縮、拉伸，使磁鋼產(chǎn)生位移，以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，再利用空間磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信號(hào)耦合。在控制電流不變時(shí)，霍爾電勢(shì)正比于磁鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度。當(dāng)輪胎氣壓低于某一設(shè)定值時(shí)，磁鋼移向霍爾元件，霍爾元件產(chǎn)生輸出電壓信號(hào)。輸出電壓信號(hào)經(jīng)放大器放大輸出給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，并由 A/D 轉(zhuǎn)換器將信號(hào)傳送給 AT89S51單片機(jī)。壓力傳感器固定安裝在汽車輪轂上，隨車輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)， 由接口通過(guò)銅管與氣門(mén)芯連通。而霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)固定安裝