【正文】 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，即最少每 采樣一次。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。 3 利用霍爾開關(guān)器件對車門的開關(guān)進(jìn)行監(jiān)測 (1)霍爾效應(yīng) 簡介 當(dāng)電流垂直外磁場方向通過導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片時，在薄片垂直于電流和磁場方向的兩側(cè)表面之間會產(chǎn)生電 位差的現(xiàn)象，稱為霍爾效應(yīng)。 圖 霍爾效應(yīng)原理圖 如圖 l，寬為ω，厚為 d的 N 型半導(dǎo)體薄片，位于磁感應(yīng)強度為 B的磁場中， B 垂直于 1—— ω。沿 1 通電流 I, N 型半導(dǎo)體中的載流子 —— 電子將受到 B 產(chǎn)生的洛倫茲力 FB的作用。在這 兩個側(cè)面上產(chǎn)生霍耳電場 EH。 (2)霍爾開關(guān)器件 A3210E 的基本原理 A3210E 是 Allegro MicroSystems 公司出品的霍爾效應(yīng)開關(guān)器件。該類傳感器的功耗非常低， A3209E 的功耗低達(dá) 400 μ W，特別適合低功耗場合 ，在掌上電腦等電池供電的手持設(shè)備上有著廣泛的應(yīng)用。 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(yīng)管器件。斬波技術(shù)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(yīng)延遲的影響。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。輸出旁路電容 C2為輸出的跳變信號提供能量。 圖 單個霍爾開關(guān)器件的應(yīng)用原理圖 霍爾器件組的設(shè)計是將多個霍爾器件分布在汽車四個車門，將每個開關(guān)器件的輸出信號送至器件組的局部決策中心進(jìn)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(jìn)行“或”運算，得到融合結(jié)果送至中央 處理模塊。如果認(rèn)為車的前后門的警報等級不同，可以將圖 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(jié)果送至中央處理模塊，中央處理模塊不同的權(quán)值進(jìn)行融合處理，具體處理方法可根據(jù)用戶的要求分別處理。產(chǎn)生的電荷 Q與溫度 T的關(guān)系為 : Q=pAT () 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。由于其獨特的優(yōu)越性，所以在近年來已被廣泛應(yīng)用于各種防盜報警器電路系統(tǒng)中。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。在硅片表面上貼上截止波長為 7～ 10μ m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。 在實際應(yīng)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(xué)透鏡大致有反射式、透射式和折射式三種。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。這也是當(dāng)人體對著探測器呈垂直學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 方向運動時，探測器靈敏度差的原因。 圖 熱釋電紅外傳感器的工作原理圖 熱釋電紅外傳感器的工作原理圖如圖 。 B圖 為模塊電 源輸入接口。 D 圖 為窗口式比較器，將 RE200B 輸出的電壓信號與設(shè)定的閑值相比較，比較的結(jié)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 。 E 圖為開關(guān)電源，采用電源管理芯片 。 （三） 防盜系統(tǒng)的報警執(zhí)行模塊 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。車主還可以利用手機對防盜系統(tǒng)進(jìn)行控制。 1 報警執(zhí)行模塊的 GSM 報警 (1) GSM 系統(tǒng)概述 GSM系統(tǒng)是根據(jù)歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會 (ETSI)指定的 GSM技術(shù)規(guī)范研制而成的第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。 GSM 系統(tǒng)是我國目前蜂窩移動通信系統(tǒng)的主體。基本業(yè)務(wù)按功能可分為電信業(yè)務(wù)和承載業(yè)務(wù)。承載 業(yè)務(wù)提供用戶接入點間信號傳輸?shù)哪芰ΑＭ桓郊訕I(yè)務(wù)可以應(yīng)用到若干基本業(yè)務(wù)中。 TC35 模塊可以工作在 GSM 900MHz 和 GSM 1800MHz 頻段下。TC35 模塊集成 了基帶處理單元和 RF 射頻模塊，對外提供 40pin 的 ZIP 連接器，用戶通過該連接器就可以實現(xiàn)包括系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)輸入輸出、語音輸入輸出和電源輸入等功能。 2 報警執(zhí)行模塊的語音報警 報警執(zhí)行模塊在利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行報警的同時，還能夠使用傳統(tǒng)的語音模式進(jìn)行報警。 系統(tǒng)的語音報警音源存貯于掩膜型語音芯片的存儲器中。 系統(tǒng)選用 HOLTEK 公司的 HT8120D0 型數(shù)字脈沖編碼調(diào)制語音合成系列芯片。存儲器又可以劃分為多個段 (劃分的段數(shù)應(yīng)小于 124 個 )，并且不同的段能夠組合成多個語音組以對應(yīng)不同的鍵值，外部輸入信號控制“ Key” 引腳輸入不同的鍵值，就可以回放不同的語音組合。 學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 語音報警原理圖 HT812D0 使用原理圖如圖 所示。兩個“ FLAG”標(biāo)志位引腳低電平有效，可以接發(fā)光二極管用以顯示工作狀態(tài)。 HT812D0 利用引腳輸出“ AUD”驅(qū)動 8050 帶動揚聲器進(jìn)行報警，警報內(nèi)容在芯片出廠前設(shè)定完畢，語音組輸出分 別由輸入鍵“ Key１”――“ Key4”確定，鍵值參見表 表 HT812D0 鍵值表 3 報警執(zhí)行模塊的閃光報警和汽車的自鎖操作 汽車防盜系統(tǒng)在進(jìn)行短信息報警、語音報警的同時車燈也不斷閃爍，表示汽車出現(xiàn)異常情況。 閃光報警及汽車自鎖的原理圖如圖 所示。 當(dāng)“ IN”腳輸入低電平，對應(yīng)“ OUT”引腳輸出電平與芯片供電電平相同，即與繼電器輸入電壓相同，繼電器線圈阻斷。 圖 閃光報警及汽車自鎖原理圖 4 汽車防盜系統(tǒng)的中央處理模塊 由微處理器及其外圍設(shè)備組成的中央處理模塊是汽車防盜系統(tǒng)的核心部分。考慮到車載防盜設(shè)備應(yīng)具備低功耗、高可靠性和便攜性等因素，系統(tǒng)采用 TEXAS INSTRUMENTS 公司的 MSP430F149 型單片機作為主控單元。另外，該系列單片機在超低功耗和功能集成等方面有著顯著的優(yōu)勢。 片內(nèi)寄存器數(shù)量多，寄存器可實現(xiàn)多種運算 。此外，它的中斷源較多，使用靈活方便，當(dāng)系統(tǒng)處于省電的備用狀態(tài)時，用中斷請求將它喚醒只需 6μ s。 超低功耗 ： MSP430FLASH 系列單片機運行在 1 MHz 時鐘條件下時，工作電流視工作模式不同為 0,1～ 400μ A，工作電壓為 ～ 方便高效的開發(fā)方式 ：MSP430FLASH 系列單片機具有 FLASH 存儲器，這一特點使得它的開發(fā)工具相當(dāng)簡便。 適應(yīng)汽車級的運行環(huán)境 ： MSP430FLASH 系列產(chǎn)品中有適用于汽車工業(yè)級應(yīng)用的 溫度范圍 (40oC～ 125 oC)的型 —— MSP430F149APM。 MSP430F149 的主要構(gòu)成模塊有 ： CPU； 基礎(chǔ)時鐘模塊，包括一個數(shù)控振蕩器(DCO)兩個晶體振蕩器 ； 看門狗定時器 ； 硬件乘法器 ： 兩個通用 16 位定時器 Timer A和 Timer B； 模擬比較器 ： 12 位 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC12； 兩個串行通信端口 USART0, USART1； 兩個具有中斷功能的八位并行端口，四個通用并行端口。 為 C 和匯編語言最優(yōu)化設(shè)計的 CPU 結(jié)構(gòu) 。 最高可達(dá)8MIPS 的代碼執(zhí)行效率 。因此可以用相同的指令訪問 FLASH, RAM 和外圍模塊，也可以執(zhí)行 RAM 中的程序代碼。高效率的 ADC模塊 ： ADC12模塊支持高速 12 位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換和控制緩沖器的輔助下，ADC12 模塊可以在沒有 CPU 干預(yù)的情況下實現(xiàn)高達(dá) 16 路 ADC 轉(zhuǎn)換與存儲。通過內(nèi)部三路時鐘信號的切換，用戶可以在系統(tǒng)執(zhí)行效率和低功耗之間找到最好的平衡點。 定時器 Timer A, Timer B： Timer A 是 16位定時 /計數(shù)器，并且?guī)в腥凡东@ /比較器。 Timer A有很強的中斷捕獲功能，中斷源可以是計數(shù)器溢出中斷也可以是任何一個捕獲/比較器中斷。 串行通信模塊 ： 單片機 MSP430F149 有兩個串行通信模塊 USARTO 和USARTI。數(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 字輸入和輸出端口 ： MSP430單片機最多可擁有 6路獨立的輸入和輸出端口 P1P6。 P1 和 P2 端口擁有中斷功能。 P1 端口 (P2 端口相同 )的 8 個引腳共用一個中斷源，但每個引腳有單獨的中斷標(biāo)志寄存器。同時各端口大多數(shù)都有復(fù)用功能可以通過軟件選擇第二功能。利用軟件對防盜系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，不但使融合處理變?yōu)榭赡?(盡管由于微處理器的能力有限，現(xiàn)階段防盜系統(tǒng)只能實現(xiàn)簡單的邏輯性融合處理功能 )，而且可以提高系統(tǒng)的可靠性、靈活性，并能大大地降低系統(tǒng)的成本。 （一） 單片機軟件設(shè)計概述 單片機的程序設(shè)計有其自身的特點。 其次，在單片機系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，軟件直接操作硬件，硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難易和質(zhì)量。 在程序設(shè)計時，往往存在著時間與空間的矛盾。編 譯器在處理優(yōu)化時實際是采用了時間換取空間或者空間換取時間的策略。比如，目前程序存儲器的容量己不是設(shè)計的關(guān)鍵因素，我們可以利用存儲器的空間實現(xiàn)程序響應(yīng)速度的加快。首先，應(yīng)該有一個合理的算法，以合理的資源耗費實現(xiàn)預(yù)定的功能 。做到這一點往往需要使用高級語言，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計思想。 (2)確定算法。算法是進(jìn)行程序設(shè)計的依據(jù)，它決定了程序的正確性和程序的質(zhì)量。根據(jù)所選擇的算法，制定出運算的步驟和順序，把運算過程劃成程序的流程圖。根據(jù)程序的流程圖，進(jìn)行編寫源程序。在仿真器上以單步、斷點、連續(xù)方式試運行程序，對程序進(jìn)行調(diào)試，排除程序中的錯誤，直至正確為止。程序優(yōu)化就是縮 短代碼的長度，加快運算速度和節(jié)省數(shù)據(jù)存儲單元。 （二 ） 系統(tǒng)防盜功能的軟件實現(xiàn) 防盜系統(tǒng)的檢測級融合大部分由系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行處理，只有對于車體傾斜監(jiān)測和車體的振動的監(jiān)測需要軟件的協(xié)助才能得以實現(xiàn) 。 第三防盜系統(tǒng)警報級別的劃分和報警執(zhí)行模塊對應(yīng)報警操作也需要軟件的控制才能得以完成。 由于系統(tǒng)采用車載電源供電，有必要考慮系統(tǒng)功耗問題，要求系統(tǒng)能夠在不停止必要的測量、輸入中斷、輸出和運算的情況下，進(jìn)入低功耗模式。單片機在系統(tǒng)上電并進(jìn)行初始化以后，進(jìn)入低功耗模式以降低系統(tǒng)功耗。低功耗模式的喚醒通過微波傳感器的中斷信號執(zhí)行，一旦有允許的中斷請求， CPU 在 6μ s 的時間內(nèi)被喚醒。可以看出系統(tǒng)功耗情況 取決于中斷服務(wù)程序的時間。系統(tǒng)初始化根據(jù)系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)置，包含中斷設(shè)置、端口分配和時鐘調(diào)度等。事件觸發(fā)是指微處理器等待微波多普勒傳感器接入端口―― 口的中斷信號，以觸發(fā)相應(yīng)的事件處理操作。事件處理是指 CPU 對其它傳感器的操縱 、對監(jiān)測模塊采集信息的數(shù)據(jù)處理和對報警執(zhí)行模塊的控制操作。其中，霍爾器件和紅外監(jiān)測子程序是指端口 , , 和 的設(shè)置，由于 MSP430F149 的 P2端口具有中斷能力，將 , 設(shè)置為 I/O 端口模式，端口方向為輸入， P2端口的中斷允許寄存器相應(yīng)位置位，選擇信號上升沿為觸發(fā)沿。單片機在接收到觸發(fā)中斷信號后，將監(jiān) 測向量字的對應(yīng)位置位，以供數(shù)據(jù)處理時查詢使用。當(dāng)要打開所需的監(jiān)測模塊時， CPU 相對應(yīng)的端口置“ 1，開啟監(jiān)測模塊的供電電源，使監(jiān)測模塊開始工作。報警模式 2 為拖車警報，主要是針對整車搬運這種盜竊方式，在確定遇警的條件下，系統(tǒng)向車主手機發(fā)送短消息“汽車拖動” 。報警模式 3是車體 破壞報警，當(dāng)車窗等部件被外力破壞后，系統(tǒng)發(fā)出短消息“車體破壞” 。報警模式 4為人體入侵報警，當(dāng)有人非法進(jìn)入車內(nèi)時，系統(tǒng)發(fā)出短消息“有人入侵” 。 學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 結(jié)論 經(jīng)過近兩年的不懈努力，本課題從方案的確定、系統(tǒng)模型的構(gòu)建、元器件的選擇、原理圖的設(shè)計、 PCB 線路板設(shè)計、系統(tǒng)軟件的設(shè)計和整個系統(tǒng)的聯(lián)機調(diào)試，到系統(tǒng)原型機的制作完成，主要進(jìn)行了以下幾方面的工作 ： (1)根據(jù)汽車的被盜模式構(gòu)建了汽車防盜系統(tǒng)的信息融合模型 ，從理論上提出了汽車防盜的新思路。 (2)選擇了適用于汽車工作環(huán)境和汽車防盜的多種電子器件、傳感器、微處理器、執(zhí)行器。 (3)根據(jù)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成，利用工 AR公司的“ Embedded Workbench”集成開發(fā)環(huán)境對系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，實現(xiàn)了系統(tǒng)各模塊功能。 由于本文所設(shè)計的防盜系統(tǒng)尚處于產(chǎn)品開發(fā)的原型機階段，并且由于時間有限，系統(tǒng)尚未進(jìn)行實車搭載實驗?？偨Y(jié)近兩年來的工作，對這個課題還有以下幾點展望 ： (1)系統(tǒng)模型的更新。隨著汽車產(chǎn)品的不斷更新，竊賊的盜竊手段也會不斷更 新。 (2)監(jiān)測模塊傳感器組的選擇和布局。選用更適合的元器件，并根據(jù)實車情況加以合理布局，才能保證防盜產(chǎn)品的性能要求。系統(tǒng)軟件在隨系統(tǒng)模型更新、硬件器件的替代而修改的同時，應(yīng)該不斷進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，以實現(xiàn)更快的運行速度和占用更少的系統(tǒng)資源 。而且隨著 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的不斷完善、 3G 技術(shù)的應(yīng)用，無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率的提高，會給 汽車防盜 系統(tǒng)的發(fā)展帶來更廣闊的前景。 學(xué)院 畢業(yè)論文（設(shè)計） 致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計過程中，院領(lǐng)導(dǎo)老師為我們的畢業(yè)設(shè)計創(chuàng)建了盡可能好的設(shè)計環(huán)境，給了我們在設(shè)計方面的極大的幫助，并從各