【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，人們對機(jī)動車輛的使用性能和防盜性能提出了更高的要求。一個重要的社會問題。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)動機(jī)溫度監(jiān)測：測量范圍為-55℃~+125℃；在-10~+85°C范圍內(nèi)，輪胎壓力監(jiān)測：壓力探測精度±工作壓力范圍0-。第1-2周：查閱參考文獻(xiàn)和相關(guān)資料。通過反復(fù)閱讀，弄清研究對象的基本原理。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)測模塊： 。 利用多普勒效應(yīng)制成的傳感 器可以用來探測人體或物體的移動，該傳感器在人或物體靠近時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，可以判斷為有人或物體進(jìn)入防盜系統(tǒng)的預(yù)警范圍； 。利用加速度檢測器件制成的振動傳感器，能夠?qū)圀w特殊頻段的振動進(jìn)行監(jiān)測，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)測車體相對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中心波長為 9~10μm 的紅外線輻射敏感，能夠檢測到人體輻射的紅外信息，可以用作人體入侵車內(nèi)的監(jiān)測器件； 。通過霍爾開關(guān)器件可以對汽車的車門、發(fā)動機(jī)艙蓋及后備箱蓋的非法開啟進(jìn)行監(jiān)測。 以上幾種傳感器監(jiān)測波頻率的改變、車體振動、車體位態(tài)改變和人體生物信息等不同方面，再通過合理的布局去除監(jiān)測死角，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)通常采用對車體的沖擊、振動監(jiān)測的方式防盜預(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，會造成后續(xù)信號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 有效的方法是對車體的傾斜角度進(jìn)行監(jiān)測，而磁效應(yīng)傳感器無法測量靜態(tài)加速度，不能對車體的傾斜角度進(jìn)行測量，也就無法對這種盜竊方式進(jìn)行監(jiān)測預(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， 可以測量 O～ 5kHz、177。 2g 范圍內(nèi)動態(tài)或靜態(tài)加速度， 60Hz 時分辨率為 2mg，可以數(shù)字、模擬信號形式輸出，體積僅為 5mm 5mm 2mm；可以對車體微小振動和整車的傾斜角度同時進(jìn)行監(jiān)測。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)測范圍，而且簡化了系統(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量系統(tǒng)。它是一個以多晶硅為表面的微電機(jī)傳感器和信號控制環(huán)路來執(zhí)行操作的開環(huán)加速測量 結(jié)構(gòu)。對每根軸而言 , 輸出環(huán)路將模擬信號轉(zhuǎn)換為脈寬占空比的數(shù)字信號。這些數(shù)字信號直接與微處理器接口。 ADXL 202 可測量正負(fù)加速度 ,其最大測量范圍為177。 2g 。ADXL 202 也可測量靜態(tài)加速度 ,亦可用作斜度測量。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)是通過由獨(dú)立的固定極板和附在移動物體上的中央極板組成的可變電容來測量的。固定極板通過方波的每π個相位控制。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)用來提取信息 ,判斷加速方向。解調(diào)器的輸出通過 32kΩ 的固定電阻輸出到脈寬占空比解調(diào)器。這時 , 允許用戶改變?yōu)V波電容的大小來設(shè)置輸出信號的帶寬。這種濾波提高了測量的精度 ,并有效地防止頻率混疊。經(jīng)過低通濾波后 , 模擬信號由DCM (脈寬占空調(diào)制器 ) 轉(zhuǎn)換為脈寬占空比信號。通過一個電阻 RSET 將 T2 設(shè)定在 0. 5ms～ 10ms 范圍內(nèi)。在 0g 加速度時使輸出占空比為 50 %。加速度可由一計(jì)數(shù) / 計(jì)時器或低功耗的微控制器通過測量 T1 , T2 來測得。 模擬輸出信號可通過以下兩種方法獲得 : 一種從 XFILT和 YFILT管腳得到 。 一種是通過 RC 濾波器對脈沖信號濾波后得到的 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 引腳功能簡介 圖 29 ADXL202引腳圖 表 26 管腳序號 名稱 功 能 1 ,6 ,8 NC 空置端 2 VTP 檢測端 3 ST 自我測試端 4 ,7 COM 公共接地端 5 T2 外接 ROUT ,可設(shè)定 T2 周期 9 YOUT Y軸脈寬信號輸出端 10 XOUT X 軸脈寬信號輸出端 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 有兩個電壓輸入引腳 13 和 14。這兩個引腳應(yīng)直接與電源相連。 COM :ADXL 202 有兩個接地引腳 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 , 將加一個靜電壓使傳感器的中心電容極板發(fā)生偏轉(zhuǎn) , 等效于施加一個加速度力 , 幫助用戶檢查加速度計(jì)的功能。輸出信號脈寬占空比為 10 % , 相當(dāng)于 80mg 的加速度。平時該引腳可開路 ,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供電電源，在電源與 VDD間需增加一個 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)字信號周期確定為 5ms，即頻率為 200Hz。從 XOUT、 YOUT引腳輸出的數(shù)字信號直接送到微處理器的計(jì)數(shù)器，定時器端口，以便進(jìn)行重力加速度的測量，以得出車體傾角的變化。從 XEILT、YFILT引腳輸出的模擬信號經(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，以對車體微小振動進(jìn)行測量。汽車防盜中，車體傾斜角度的測量要求其 信號的噪聲必須很小，這就要限制信號帶寬。而對于振動的測量，則需要 10～ 200Hz的較寬信號范圍。首先，將 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。將 ADXL202同時作為振動測量和傾角測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 對于拖車或整車搬運(yùn)的盜竊方式，如果車體的角度相對于初始狀態(tài)改變 5176。，就可判定有盜車情況發(fā)生。傾斜角度測量值通過 XOUT、 YOUT端口輸出的數(shù)字信號得到。由于經(jīng) XFILT、 YFILT端口的電容低通濾波，信號帶寬為 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) 字信號改變約 87mg，這樣 14． 4mg的噪聲水平就顯得過高了。因?yàn)槠谕脑肼? 水平最多不能超過信號的十分之一，即 8． 7mg。將 XOUT、 YOUT端口輸出的 200Hz 數(shù)字信號進(jìn)行 16次采樣，并將采得的信號取平均值，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 將信號的帶寬降為 12． 5Hz。此時的噪聲水平為： Noise（ rms） =（ 200181。g/ f ） ?? ? 取置信區(qū)間 %，則信號噪聲的峰 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，必須對其限制?？梢岳密浖⒎制鬟M(jìn)行信號處理，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。且在緊急制動時，若某側(cè)輪胎壓力偏低，就會造成車身偏轉(zhuǎn)，甚至釀成事故。如果輪胎氣壓在低于某一設(shè)定值時，能發(fā)出報(bào)警信號，告知駕駛員應(yīng)及時補(bǔ)氣，對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)必須解決兩個難題 ： 一是壓力傳感器的能源，通常壓力傳感器工作時將壓力轉(zhuǎn)換為電信號必須要有電源，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。二是信號的傳 輸問題，若信號采用接觸式傳輸，因汽車車輪工作環(huán)境惡劣，這樣勢必會降低信號傳輸?shù)目煽啃?： 如果采用電信號發(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)空氣作為傳遞信號的介質(zhì)，從而減少了動力消耗 ； 再利用空間磁場實(shí)現(xiàn)信號耦合 。 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，由接口通過銅管與氣門心連通。當(dāng)輪胎內(nèi)壓力充足時，在氣體壓力作用下，波紋管和彈簧被壓縮，由導(dǎo)桿帶動磁鋼右移 ； 當(dāng)欠壓時，氣體壓力減少，波紋管與彈簧伸長，通過導(dǎo)桿推動磁鋼左移，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。彈簧的初始壓力可以通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺釘來調(diào)節(jié)，整個工作過程中彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，波紋管在輪胎欠壓時，因彈簧伸長而處于拉伸狀態(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 Kb 0 ,拉 伸 時 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)開關(guān) 霍爾效應(yīng)開關(guān)固定安裝在制動底板上，霍爾元件與壓力傳感器中磁鋼的安裝距離為 3～ 5mm?；魻栃?yīng)開關(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，霍爾元件控制電流幾乎不變?；魻栯妱? En = KHBI（ KH 為霍爾常數(shù) ） ，控制電流不變時，霍爾電勢 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，磁鋼移向霍爾元件 ，從而產(chǎn)生電壓輸出。輸出的電壓信號經(jīng)運(yùn)算放大器 A 放大，并由觸 發(fā)器 D將其轉(zhuǎn)移 變 為脈沖信號輸出，使三極管 工作在開關(guān)狀態(tài) ， 再將三極管 輸出 的信號 給 單片機(jī)；也可使 揚(yáng)聲器工作發(fā)出報(bào)警信號，告知駕駛員應(yīng)及時補(bǔ)氣。觸發(fā)器 D可保證三極管可靠地工作在開關(guān)狀態(tài)。 圖 212 霍爾開關(guān)工作原理 對輪胎欠壓的檢測，采用由特制壓力傳感器和霍爾效應(yīng)開關(guān)組合實(shí)現(xiàn)檢測 。它們的原理為，讓輪胎內(nèi)氣壓變化作為動力，通過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，再利用空間磁場實(shí)現(xiàn)信號耦合。在控制電流不變時，霍爾電勢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，磁鋼移向霍爾元件，霍爾元件產(chǎn)生輸出電壓信號。輸出電壓信號經(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， 由接口通過銅管與氣門芯連通。而霍爾效應(yīng)開關(guān)固定安裝