【正文】 我們有理由相信，隨著 科學(xué) 技術(shù)的快速發(fā)展以及社會(huì)需求的日益增長，市場和技術(shù)都為 汽車防盜 系統(tǒng)提供了廣闊的前景，必將在未來幾年內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)用發(fā)展的新高潮。 隨著我國綜合國力的提高，國內(nèi)交通事業(yè)迅猛發(fā)展，各種車輛迅速增多，如何 開發(fā)出汽 車 “環(huán)保、安全、可靠” 的 防盜 產(chǎn)品將 成為了 汽車防盜 系統(tǒng)的基本應(yīng)用市場。 (3)軟件的優(yōu)化。隨著新技術(shù)新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，防盜監(jiān) 測(cè) 領(lǐng)域會(huì)不斷出現(xiàn)更實(shí)用、更可靠、更廉價(jià)的傳感器件、微處理器和執(zhí)行器件。因此，現(xiàn)階段所構(gòu)建的防盜模型也要隨之不斷完善，才能適應(yīng)汽車防盜領(lǐng)域不斷變化的要求 。所謂“魔高一尺，道高一丈”，防盜產(chǎn)品也是在這種矛與盾的較量 中不斷發(fā)展的。因此，系統(tǒng)模型的合理性、監(jiān)測(cè)模塊的可靠性、中央處理模塊工作的穩(wěn)定性、報(bào)警執(zhí)行模塊的實(shí)用性，都有待進(jìn)一步的驗(yàn)證和完善。 (4)將統(tǒng)計(jì)學(xué)中的“單樣本 KS 非參數(shù)檢驗(yàn)法”和分析軟件“ SPSS”引入監(jiān)測(cè)模塊預(yù)警范圍的設(shè)定，為提高汽車防盜產(chǎn)品的可 靠性進(jìn)行了有益的嘗試。根據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)防盜模型進(jìn)行了各個(gè)模塊的硬件設(shè)計(jì)，采用 PCB電路板加以實(shí)現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)汽車防盜產(chǎn)品更可靠、更環(huán)保、更低功耗的目標(biāo)做了一些探索。 同時(shí)進(jìn)行語音、閃光報(bào)警 ： 并且，系統(tǒng)還關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火線路使汽車無法發(fā)動(dòng)，以達(dá)到防盜的目的。 同時(shí)進(jìn)行語音、閃光報(bào)警。 同時(shí)進(jìn)行語音、閃光報(bào)警。 報(bào)警模式 1 為系統(tǒng)預(yù)警，為進(jìn)一步確定警報(bào)做好準(zhǔn)備，系統(tǒng)并不像外發(fā)出警報(bào)。端口 和 設(shè)置 I/O 口模式，端口方向?yàn)檩敵觯鳛榛魻柶骷M和紅外監(jiān)測(cè)模塊的使能控制端口。這兩個(gè)端口接收的中斷信號(hào)分別代表霍爾器件組的觸發(fā)信號(hào)和熱釋電紅外傳感器的 觸發(fā)信號(hào)。 學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 系統(tǒng)主程序流程圖 學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 事件處理子程序流程圖 事件處理 (微波報(bào)警中斷 )子程序如圖 所示。低功耗的退出是指單片機(jī)進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)，即 CPU, MCLK,SMCLK 和 ACLK均恢復(fù)為活動(dòng)狀態(tài)。低功耗模式是指 MSP430 工作模式中的 LPM0 模式，在該模式下 CPU被禁止、 MCLK 被禁止、ACLK 和 SMCLK 處于活動(dòng)狀態(tài)，單片機(jī)耗電量小于 90 μ A。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 所示。中斷操作執(zhí)行完畢后，返回中斷前狀態(tài)，繼續(xù)低功耗模式。進(jìn)入低功耗模式后主系統(tǒng)的時(shí)鐘停止，系統(tǒng)功耗控制在， A級(jí)數(shù)量范圍。 MSP430系列單片機(jī)靈活的低功耗工作模式完全可以滿足本系統(tǒng)低功耗的要求。系統(tǒng)的軟件部分也是按照以上三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的 。 另外，由于防盜系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊所采集信息的融合處理也需要通過軟件才能得以實(shí)施 。在程序設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用循環(huán)程序和函數(shù)或子程序的形式來縮短程序，通過改進(jìn)算法來節(jié)省工作單元和減少程序執(zhí)行的時(shí)間。 (6)程序優(yōu)化。 (5)程序調(diào)試。 學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） (4)確定數(shù)據(jù)格式，分配工作單元，進(jìn)一步將程序框圖畫成詳細(xì)的操作流程圖。 (3)制定程序框圖。根據(jù)問題的要求和指令系統(tǒng)的特點(diǎn)，決定系統(tǒng)程序算法。基于信息融合的汽車防盜系統(tǒng)得軟件設(shè)計(jì)按如下的步驟進(jìn)行 ： (1)分析問題，明確所要解決的問題的要求。 其次，設(shè)計(jì)的軟件應(yīng)有較好的可讀性、可維護(hù)性、可移植性。 除了有自身的特點(diǎn)外，單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)同樣具有一般軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)程序時(shí)，我們也可以采取這樣的策略提高系統(tǒng)的性能。在一些程序編譯器中，有時(shí)間優(yōu)化和空間優(yōu)化的選項(xiàng)，但時(shí)間優(yōu)化與空間優(yōu)化不能同時(shí)存在。第三，在很多時(shí)候，在付出額外占用 CPU時(shí)間的代價(jià)的條件下，軟件可以替代硬件的某些功能。首先，單片機(jī)的系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序密不可分，系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序必須放在一起考慮 。可以說系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件的合理設(shè) 計(jì)外，與功能完善的軟件設(shè)計(jì)是分不開的。 四、多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 由于器件的功能性、經(jīng)濟(jì)性等原因，系統(tǒng)的硬件電路不可能完全實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者所期望實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)的全部功能，許多功能仍依賴于軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。 P3—— P6 端口與 Pl, P2 端口功能相同，只是沒有中斷功能。這兩個(gè)端口的每一個(gè)引腳都可以單獨(dú)設(shè)置其中斷性質(zhì)，中斷允許與否和中斷方式 (上升沿觸發(fā)、下降沿觸發(fā)、高電平觸發(fā)、低電平觸發(fā) 。每個(gè)端口都是 8位的，其中每個(gè)端口的每個(gè)引腳都可以單獨(dú)設(shè)置為輸入或輸出，同時(shí)每個(gè)引腳寄存器都可以單獨(dú)的讀寫。串行通信模塊由軟件設(shè)定可以分別工作在 UARZ，模式和 SPI 模式。 Timer B 也是 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，其基本功能和 Timer A 相同，只是它的捕獲 /比較器最多可達(dá) 7路。 Timer A 可以實(shí)現(xiàn)多路捕獲 /比較， PWM 輸出，間隔定時(shí)等功能。基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊可以根據(jù)用戶的要求配置成為不需要外部元件、外接一個(gè)或兩個(gè)石英晶振、外接振蕩電路 等幾種方式，而且所有的時(shí)鐘模塊都是可以由軟件控制的。 基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊 ： 基礎(chǔ)時(shí)鐘模塊為單片機(jī)系統(tǒng)提供了低成本和低功耗的時(shí)鐘解決方案。該模塊實(shí)現(xiàn)了 12 位逐次逼近型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換核心，同時(shí)還具有采樣選擇控制，內(nèi)部集成參考電壓源， 16字的轉(zhuǎn)換和控制緩沖器。無論 FLASH,RAM 和外圍模塊，都位于同一公共地址空間中，總尋址空間為 64KB。 存儲(chǔ)空間 ： MSP403F149 的存儲(chǔ)器空間采用“馮 —— 紐曼結(jié)構(gòu)”， FLASH, RAM 和外圍模塊由同一組地址及數(shù)據(jù)總線連接在同一個(gè)地址空間中。 簡潔的核心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有效的降低了功耗和價(jià)格 。 中央處理器 ： 多達(dá) 16 個(gè)寄存器，包括 4 個(gè)特殊功能 寄存器和 12 個(gè)通用寄存器，有效的降低了系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理過程中寄存器的性能瓶頸 。用該型微處理器所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品完全可以搭載在汽車系統(tǒng)中。利用單片機(jī)本身具有的 JTAG 接口或片內(nèi) BOOT ROM 可以在一臺(tái) PC及一個(gè)結(jié)構(gòu)小巧的 JTAG 控制器的幫助下實(shí)現(xiàn)程序的下載，完成程序調(diào)試。 豐富的片上外圍模塊 ： MSP430FLASH 系列單片機(jī)中的各個(gè)成員集成了較多的片上外圍資源，功能相當(dāng)豐富，如 A/D 轉(zhuǎn)換器，精密模擬比較器，硬件乘法器，學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 頻率可達(dá) 8MHz 的時(shí)鐘模塊，帶有捕蜘比較寄存器的 16 位定時(shí)器，看門狗，同 步及異步串行通信接口，數(shù)十個(gè)可實(shí)現(xiàn)方向設(shè) 置及中斷功能的并行輸入、 輸出端口等。 有高效的查表處理方法。 強(qiáng)大的處理能力 ： MSP430FLASH 系列單片機(jī)具有豐富的尋址方式，但只需 簡潔 的 27 條指令 。 系統(tǒng)采用 MSP430FLASH 系列中 MSP430F149APM 單片機(jī)作為中央處理器，該型單片機(jī)具有 16 位精簡指令集結(jié)構(gòu)， 16 位 CPU 寄存器和常數(shù)寄存器，達(dá)到了最大的代碼效率，它具有處理能力強(qiáng)，運(yùn)行速度快，功耗低等優(yōu)點(diǎn)，性能價(jià)格比很高。整個(gè)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)模塊、報(bào)警執(zhí)行模塊 都要受控于中央處理器，監(jiān)測(cè)模塊所采集的車況信息的融合處理也在這里進(jìn)行。由于繼電器觸點(diǎn)的吸合 (常開觸點(diǎn) )、斷開 (常閉觸點(diǎn) )的隨微處理器的 I/O 接 口的信號(hào)而改變，使得微處理器可以控制汽車車燈電路和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火線路的開閉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽車防盜的閃光報(bào)警和自鎖操作。系統(tǒng)是利用微處理器的 I/O學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 接口控制達(dá)林頓陣列 ULN2020A，當(dāng)“ IN”腳輸入高電平，對(duì)應(yīng)“ OUT”腳將功率繼電器的引腳電平拉低，功率繼電器線圈導(dǎo)通 。在系統(tǒng)確定汽車處于遇警情況的狀態(tài)下，微處理器可以進(jìn)行汽車自鎖操作，即 CPU 直接阻斷汽車的點(diǎn)火電路，使竊賊即便進(jìn)入車內(nèi)也無法將車開走。時(shí)鐘工作頻率由 OSC1, OSC2 外接 Ross電阻設(shè)定。操作電壓 5V，由報(bào)警系統(tǒng)提供的經(jīng)一次降壓后的電壓再經(jīng) 轉(zhuǎn)化得到。該芯片可以直接驅(qū)動(dòng)外圍電路的三極管，并由其帶動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行語音報(bào)警。該系列芯片是將聲音的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后存儲(chǔ)在芯片中，由電平信號(hào)觸發(fā)語音回放的語音芯片。由于 掩膜型語音芯片具有品種多、外圍電路簡單、體積小、使用方便、價(jià)格便宜等多種優(yōu)勢(shì)，且具有工作電壓范圍寬 (直流 ～ 5 V )、功耗低 (工作電流典型值 ～ )等特點(diǎn)，故可以將其選用于車載電子系統(tǒng)。由于報(bào)警系統(tǒng)提高了警情確認(rèn)的可靠性，就能夠降低因誤報(bào)警而產(chǎn)生的噪聲污染，減少了噪聲擾民情況的發(fā)生。 TC35 還為用戶提供了良好的用戶接口 —— RS232，通過該接口實(shí)現(xiàn)對(duì)模塊大多的控制功能。它的設(shè)計(jì)目的就是為用戶提供一種方便的語音和數(shù)據(jù)無線連接的解決方案，它可以廣泛的應(yīng)用在 GSM 相關(guān)的平臺(tái)，讓用戶以最小的代價(jià)搭建自己的無線解決方案。 (2) TC35 GSM 模塊簡介 GSM 模塊 TC35 是西門子公司為工業(yè)應(yīng)用生產(chǎn)的無線通信模塊，主要技術(shù)參數(shù)如表 所示。附加業(yè)務(wù)是對(duì)基本業(yè)務(wù)的改進(jìn)和補(bǔ)充，它不單獨(dú)向用戶提供，而必須與基本業(yè)務(wù)一起提供。電信業(yè)務(wù)是指為用戶通信提供的包括終端設(shè)備功能在內(nèi)的完整能力的通信業(yè)務(wù)，主要包括電話業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、緊急呼叫業(yè)務(wù)、短信息業(yè)務(wù)和傳真業(yè)務(wù)。 GSM 業(yè)務(wù)按照 ISDN 對(duì)業(yè)務(wù)的分類方法可分為基本業(yè)務(wù)和補(bǔ)充業(yè)務(wù)。 GSM 系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字的蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，它由幾個(gè)分系統(tǒng)組成，可以與各種公用通信網(wǎng)互聯(lián)互通。另外系統(tǒng)仍延用傳統(tǒng)汽車防盜器的聲學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 光報(bào)警方式，以起到警示、震懾的作用 ： 汽車自鎖主要是關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火電路，使汽車無法發(fā)動(dòng)。防盜系統(tǒng)的報(bào)警主要采用無線網(wǎng)絡(luò) GSM 短消息的方式進(jìn)行，根據(jù)不同的警報(bào)級(jí)別發(fā)送不同的短消息，如“整車搬運(yùn)”、“車體破壞”、“非法開啟”和“入車盜竊”等 。 不但能為傳感器及其信號(hào)處理電路提供高精度的電源電壓，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(jìn)而可以控制整個(gè)模塊的開啟與 關(guān)閉。 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(hào)可以作為其它傳感器的開啟信號(hào)，與開關(guān)電源聯(lián)合使用能夠?qū)崿F(xiàn)降低系統(tǒng)功耗的功能。C圖 為模塊控制信號(hào)和信號(hào)輸出端口。其中 A 圖 為熱釋電紅外傳感器 RE200B 信號(hào)采集及處理電路， U1 為 PIR 探測(cè)頭， U2 為 相關(guān)阻容器件構(gòu)成濾波、放大電路， R7, R8 用于設(shè)定輸出電壓信號(hào)的中心值。一旦人侵入探測(cè)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(hào)處理而報(bào)警。即傳感器包含兩個(gè)互相串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且兩個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)兩個(gè)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(yīng)相互 抵消，于是探測(cè)器無信號(hào)輸出。 (2)熱釋電紅外傳感器的汽車防盜應(yīng)用 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。在被動(dòng)紅外探測(cè)器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，因此，熱釋電紅外傳感器探測(cè)的是感應(yīng)到的移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。人體可輻射出中心波長為 9～ l0μ m 的紅外線，而用于人體檢測(cè)的紅外傳感器波長靈敏度特性在～ 20μ m 范圍內(nèi)幾乎是穩(wěn)定不變的。 熱釋電紅外線傳感器能將波長為 5～ 14μ m 之間的紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用。 熱釋電紅外線傳感器是 20 世紀(jì) 80 年代發(fā)展起來的一種新型敏感元件。 學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 圖 霍爾開關(guān)器件的局部信息融合 4 利用熱釋電紅外傳感器對(duì)人體入侵進(jìn)行監(jiān)測(cè) (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(shí)，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(yīng) 。信號(hào)處理電路的示意圖如 所示。 R1用于器件的保護(hù)。在輸入端靠近芯片 A3210E的位置處，應(yīng)設(shè)置 C1= F 的旁路電容，可以減小外部噪聲和內(nèi)部斬波對(duì)傳感器信號(hào)的影響。 (3)A3210E 的汽車防盜應(yīng)用方案 單個(gè)霍爾開關(guān)器件的原理圖如圖 所示。當(dāng)外加磁場場強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)，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(yīng)管輸出高低電平信號(hào)。封裝形式有貼片式和單列直插式兩種，應(yīng) 用溫度范圍 40～ +85oC。采用數(shù)字信號(hào)輸出，在南、北磁極的作用下均能產(chǎn)生霍爾效應(yīng) ： 磁極靠近時(shí)，開關(guān)打開，輸出電平為低，磁極遠(yuǎn)離時(shí)，開關(guān)關(guān)閉，輸出電平為高電平。由于存在EH，半導(dǎo)體片兩側(cè)面間出現(xiàn)電位差 UH，稱為霍耳電勢(shì)。在力 FB的作用下，電子向半導(dǎo)體片的一個(gè)側(cè)面偏轉(zhuǎn)，在該側(cè)面上形成電子的積累，而在相對(duì)的另一側(cè)面上學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 因缺少電子而出現(xiàn)等量的正電荷。平面。所產(chǎn)生的電位差稱作霍爾電勢(shì)，它是由于運(yùn)動(dòng)載流子受到磁場力的作用 (稱為洛侖茲力 )，而在薄片兩側(cè)分別形成電子、正電荷的積累所致。如果這個(gè)絕對(duì)值之和超過設(shè)定的數(shù)字閉值，微處理器就可以進(jìn)行報(bào)警。 利用軟件積分器測(cè)量振動(dòng)的能量。然后，將信號(hào)送入微處理器的 A/D 端口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。由于在 XFILT、 YFILT端口輸出的模擬信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過 200Hz 低通濾波，需將信號(hào)經(jīng) 10Hz 高通濾波，才能達(dá)到振動(dòng)監(jiān)測(cè)所需的 10～ 200Hz 帶寬要求。首先，將 XFILT、YFILT引腳的濾波電容 CX, CY設(shè)定為 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)過低通濾