1、（輸入章及標題）畢業設計（論文） 家用汽車電子安全系統的設計學 院 年級專業 0 3級電子信息工程 學生姓名 指導教師 專業負責人 答辯日期 2007.6.24 iii畢業設計（論文）任務書學院：里仁學院 系級教學單位：電信與通信 學號學生姓名專 業班 級電信3班題目題目名稱家用汽車電子安全系統的設計題目類型工程技術實驗研究題目性質實際題目來源導師指定主要內容1、了解汽車電子安全系統2、掌握常用的汽車電子防盜系統基本現狀3、設計具有自己特色的汽車電子系統系統4、總體方案設計與說明基本要求1、設計接口電路及功能2、完成控制器的設計3、完成功能設計4、論文撰寫參考資料1、單片計原理2、數字電路與模

2、擬電路3、燕山大學數字圖書相關內容周 次14周58周912周1316周1718周應完成的內容資料準備，整體設計功能設計與總體設計程序設計與調試總體實驗與系統形成論文撰寫指導教師：盧輝斌職稱： 年 月 日系級教學單位審批： 年 月 日 摘 要摘 要 為了提高汽車防盜系統的可靠性，降低汽車報警的誤報率，本文在利用多傳感器信息融合理論在監測領域的優勢基礎之上，研制了基于傳感器信息融合技術的汽車防盜系統。本文首先對國內外汽車防盜領域的現狀進行了調查研究，分析了現今汽車失竊的多種模式，然后利用多傳感器信息融合技術構建了汽車防盜系統的結構模型。本文研究制定了應用于該防盜系統的各種傳感器、微處理器、執行器件

3、以及系統附屬的多種電子元器件的選擇方案。在構建的防盜模型的基礎上，設計了系統的軟件、硬件。利用pcb線路板和msp430集成開發環境“embedded workbench”制作了系統的原型機。總結了防盜系統的實際應用方案和調試方法。同時，本文還將“單樣本k-s非參數檢驗法”和統計學工具軟件“spss”應用于汽車防盜監測模塊的設計過程，使汽車防盜的可靠性能夠在一定程度上得以控制關鍵詞 汽車防盜；信息融合；傳感器；微處理器；執行器75abstractwe developed a car theft deterrent system based on multi-sensor fusion tech

4、nology by utilizing the superiority of the theory in order to enhance the reliability and reduce the false alarms for the system.first, some investigations in the car theft deterrent domain had been finished both here and abroad and many car lost modes had been analyzed too. then the anti-theft stru

5、cture model was the selections of the system's sensors, microprocessors, actuators, and the accessories were introduced, the hardware and software had been designed and the system prototype had been manufactured by using pcb technology and "embedded workbench" integrated development en

6、vironment, the applications and debugging methods had been summarized. also, we used the "k-s nonparametric test" and the statistical software spss to design the monitoring module, thus we could control the system's reliability in some degree.keywords car theft deterrent fusion sensor

7、microprocessor actuators目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1汽車防盜報警系統研究的意義11.2汽車防盜報警系統的國內外發展現狀11.3本文研究的主要內容3第2章 多傳感器信息融合汽車防盜系統模型構建52.1多傳感器信息融合技術概述52.1.1多傳感器信息融合基本原理52.1.2信息融合的特點52.1.3信息融合的級別62.1.4信息融合的結構模型82.2系統防盜信息的處理模型92.3本章小結12第3章 多傳感器信息融合汽車防盜系統硬件結構133.1防盜系統的電源設計133.1.1防盜系統電壓的一次降壓133.1.2防盜系統的電壓二次降壓153.2防盜系

8、統的監測模塊163.2.1利用微波多普勒傳感器對入侵范圍進行監測163.2.2利用加速度傳感器對車體振動與傾斜進行監測183.2.3利用霍爾開關器件對車門的開關進行監測203.2.4利用熱釋電紅外傳感器對人體入侵進行監測223.3防盜系統的報警執行模塊243.3.1報警執行模塊的gsm報警243.3.2報警執行模塊的語音報警253.3.3報警執行模塊的閃光報警和汽車的自鎖操作263.3.4汽車防盜系統的中央處理模塊273.4本章小結29第4章 多傳感器信息融合汽車防盜系統軟件設計314.1單片機軟件設計概述314.2系統防盜功能的軟件實現324.3本章小結35結 論37參考文獻39附錄141附

9、錄245附錄349致謝65第1章 緒論第1章 緒論1.1汽車防盜報警系統研究的意義隨著中國經濟的蓬勃發展，人們的生活水平的日益提高，汽車的應用發展迅速，各類汽車的擁有量不斷提高，已經逐漸地成為我國尋常百姓家的新成員。但是在汽車給人們的生活帶來了方便的同時，汽車的使用也給人們提出了一大難題汽車防盜。雖然絕大多數汽車都裝有汽車防盜器，但是抽樣調查顯示：在失竊的汽車中，一半以上都是裝有汽車防盜系統的。在北京，被盜的機動車輛中裝有防盜裝置的占總數的68.6%。這些數據足以說明現有汽車防盜裝置的防盜手段并不可靠。另外，現今的汽車防盜警報器多使用的是語音報警。為了使警報聲有別于環境中的背景聲，汽車警報器的

10、音量常常高達125分貝。這種報警聲音極具穿透力，給居民生活帶來了很大的困擾，某些居民區甚至因此禁止安裝汽車報警器。 由此看來，現有的汽車防盜系統不但不能滿足汽車防盜的需求，同時還存在著噪聲污染、功耗高、作用距離短、誤報率高等諸多缺欠。因此，設計新一代的更為可靠、環保的汽車防盜系統是汽車制造業發展一種必然趨勢。1.2汽車防盜報警系統的國內外發展現狀目前國際上通用的汽車防盜的核心思想是防止“汽車整車”被盜：也就是說即使盜賊將車門打開進入車內，卻仍然無法將車開走。這些防盜裝置常用的防盜手段為：機械式防盜、電子式防盜、芯片式數碼防盜、gps網絡式防盜以及利用車載電話系統實現防盜功能。(1)機械式防盜器

11、機械式防盜器是市面上最簡單、最廉價的一種，主要分為方向盤鎖和排擋鎖兩大類，其原理是將方向盤和控制踏板鎖住，使汽車無法開動。其優點是價格便宜，安裝簡便。缺點是防盜不徹底，每次拆裝麻煩，不用時還要找地方放置。 機械式防盜器主要起到限制車輛操作的作用，在防盜方面作用有限。這種防盜器很難抵擋住利用鋼鋸等重型工具的盜竊方式。但它們卻能拖延偷車賊作案的時間卻是事實，一般偷車賊要用幾十秒甚至幾分鐘才能撬開。(2)電子式防盜器電子式防盜鎖是目前應用最廣的防盜鎖之一，分為單向和雙向兩種類型。單向的電子防盜系統的主要功能是：無論是發動機蓋、行李艙或車門的開啟，還是車輛被碰撞，或者是有人闖進車廂，警報器都會發出警報

12、引起車主及他人的注意。雙向可視的電子防盜系統相比單向的更為直觀，能讓車主知道汽車的實時情況，當汽車有異動警報時，遙控器上的顯示器會顯示汽車的狀況，但缺點是有效范圍只在200米內。 電子防盜系統的致命傷在于其電子密碼和遙控操作方式。當車主用遙控器開關車門時，偷車賊可以用接收器或掃描器盜取遙控器發出的無線電波或紅外線，再經過解碼，就可以開啟汽車的防盜系統。而且，這種防盜器經常會有誤報警的情形發生，產生擾民噪聲，人們對此也習以為常，使其防盜效果大減。(3)芯片式數碼防盜器芯片式數碼防盜器是現在汽車防盜器發展的重點，大多數轎車均采用這種防盜方式作為原配防盜器。芯片式數碼防盜器基本原理是鎖住汽車的發動機

13、、電路和油路，在沒有芯片鑰匙的情況下無法啟動車輛。數字化的密碼重碼率極低，而且要用密碼鑰匙接觸車上的密碼鎖才能開鎖。(4)gps網絡式防盜系統這是一種目前最先進，也是相對最有效的防盜產品。其原理是在車上安裝一個小型的gps系統，通過無線通信網絡和gps監控中心連成一個整體，這種裝置具有定位準、監控范圍廣、主動報警、反應快、找回率高的特點，在車輛被偷之前能夠主動通知車主，即便車輛被偷走，該裝置也能夠協助警方探測出車輛的下落，很快便可以找回失竊車輛。另外，該裝置在夜間車主熟睡的時候或車主不在車旁的時候，能夠自動識別警情并提醒車主。使用該裝置的優點是被盜車輛尋回率高，便于跟蹤、控制車輛。缺點是此裝置

14、需要一套龐大完善的跟蹤系統、24小時的人工監控車輛，相對那些簡單的防盜器價格要昂貴些。其并具有車載電話系統。該系統除正常通訊功能外，當受到異常開啟車門或起動等現象時，會按照預設的報警電話語音提示警情報警。即使切斷車輛的電源，通訊防盜主機的后備電池也可持續工作8小時，確保防盜功能的持續性。以上幾種防盜裝置各有優劣，汽車防盜的發展方向是朝著智能程度更高的芯片式和網絡式發展，而這也是我們所選擇的方向。1.3本文研究的主要內容本文介紹了一種最新的汽車防盜報警系統的設計思路，是基于信息融合技術的汽車防盜報警系統的設計。它幾乎涵蓋了所有汽車防盜系統的基本功能，新技術的應用還解決了很多其他汽車報警系統不能解

15、決的問題，彌補了一些報警系統共同存在的缺陷。多方調研結果表明現有的汽車防盜系統存在著一些共同的缺欠：由于只被動地側重于汽車遇警情況的處理，對報警器判定盜竊行為的可靠性未有足夠重視。生產廠家多采用擴大報警置信區間的方法減少漏報警的發生，報警器的誤報率居高不下。另外，由于報警手段多采用語音報警，并且誤報率較高，致使報警聲也成為環境噪聲污染的來源。基于多傳感器信息融合技術的汽車防盜系統，在綜合分析竊賊盜竊汽車多種常用手法的基礎上，選擇多種適于汽車防盜的傳感器件構成系統的監測模塊。由于監測模塊可以充分地利用多種傳感器在性能上的差異性與互補性、以及多個同類而不同位置的傳感器在空間上的差異性，使得其收集來

16、的來自各個傳感器的傳感信息極具針對性。在獲得傳感信息后，監測模塊將采集到的信息送至微處理器，微處理器利用數據融合的方式進行數據分析，以判定汽車的狀態。由此可見，基于信息融合技術的汽車防盜系統在警報監測方面充分地利用了現代傳感器技術、微控制器技術和信息融合技術，系統可以主動而準確地判斷汽車的狀態，提高了系統報警的可靠性。另外，在防盜系統確定汽車處于遇警狀況后，微處理器采用直接阻斷汽車發動機的點火電路的方法使汽車無法開動。防盜系統報警的警報是采用gsm等無線網絡，即時直接傳送給車主的。同時，車主還可以通過網絡對防盜系統進行控制。這樣，不但能夠做到報警及時，也消除了噪聲擾民現象的發生?！鞍踩?、可靠、

17、環保、便捷”應該是新一代汽車電子產品的趨勢。也是汽車安防產品的未來發展方向。第2章 多傳感器信息融合汽車防盜系統模型構建第2章 多傳感器信息融合汽車防盜系統模型構建2.1多傳感器信息融合技術概述2.1.1多傳感器信息融合基本原理多傳感器信息融合是指協同使用多種傳感器，并將各種傳感信息有效地結合起來，形成高性能感知系統來獲取對環境的一致性描述的過程。多傳感器信息融合實際上是對人腦綜合處理復雜問題的一種功能模擬。在多傳感器系統中，各種傳感器提供的信息可能具有不同的特征：時變的或者非時變的，實時的或者非實時的，快變的或者緩變的，模糊的或者確定的，精確的或者不完整的，可靠的或者非可靠的，相互支持的或者

18、互補的，也可能是相互矛盾沖突的。多傳感器信息融合的基本原理就像人腦綜合處理信息的過程一樣，它充分地利用多個傳感器的資源，通過對各種傳感器及其觀測信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時間上的互補與冗余信息依據某種優化準則組合起來，產生對觀測環境的一致性解釋和描述。信息融合的目標是基于各傳感器分離觀測目標，通過對信息的優化組合導出更多的有效信息。這是最佳協同作用的結果，它的最終目的是利用多個傳感器共同或聯合操作的優勢，來提高整個傳感系統的有效性1。2.1.2信息融合的特點同單一傳感器相比，多傳感器信息融合有以下幾個方面的獨特優勢：(1)獲取更準確的信息。多傳感器對環境進行測量，獲取大量信息，

19、這些信息有很大的冗余性。對這些冗余信息進行融合可在總體上降低信息的不確定性。(2)獲取更精確的信息。對多個傳感器獲取的大量信息進行融合，可有效地克服隨機誤差和外界干擾，提高了系統獲取信息的精確度。(3)獲取復雜的信息。多傳感器協調使用可獲取環境或物體的各種特征信息，通過融合可得到多特征、高層次的描述，即得到任何一種單一傳感器很難獲取或無法獲取的信息。 (4)降低系統成本。使用大量低成本傳感器而不是少量高成本傳感器，通過信息融合方法獲取高質量信息，降低了系統成本。 (5)提高系統運行速度。使用多傳感器，由于其信息的互補性、準確性和精確性，可大大地提高系統的反應能力。 (6)提高系統的可靠性。同時

20、使用多傳感器不僅增加了信息的冗余度，也增加了系統的可靠性，即使某一個傳感器或某幾個傳感器失效，系統仍能正常工作2。2.1.3信息融合的級別按照信息抽象的五個層次，融合可分為五級，即檢測級融合、位置級融合、屬性(目標)級融合、態勢評估與威脅估計。(1)檢測級融合。檢測級融合是直接在多傳感器分布檢測系統中檢測判決或是信號層上進行的融合。在經典的多傳感器檢測中，所有局部傳感器將檢測到的原始觀測信號全部直接送給中心處理器，然后利用由經典的統計推斷理論設計的算法完成最優目標檢測任務。在多傳感器分布檢測系統中，每個傳感器對所獲得的觀測先進行一定的預處理，然后將壓縮的信息傳送給其他傳感器，最后在某一中心匯總

21、和融合這些信息，產生全局檢測判決。通常有兩種信號處理形式：一是硬判決融合，即融合中心處理0、1形式的局部判決。另一種是軟判決融合，中心除了處理硬判決信息外，還處理來自節點的統計量。在分布檢測系統中，對信息的壓縮性預處理降低了對通訊帶寬的要求。分布式多傳感器結構可以降低對單個傳感器的性能要求，降低造價。分散的信號處理方式可以增加計算容量。統計推理理論可以粗略地分為假設檢測和估計。相應地，分布式信號處理也可分為分布式檢測和分布式估計。在分布式檢測系統中，由于融合中心只能得到經過壓縮后的觀測信息，因此相對于集中式檢測會有性能損失。通過對傳感器信息的最優局部處理和融合可以減小性能損失。(2)位置級融合

22、。位置級融合是直接在傳感器的觀測報告或測量點跡和傳感器的狀態估計上進行的融合，包括時間和空間上的融合，是跟蹤級的融合，屬于中間層側，也是最重要的融合。對于單傳感器跟蹤系統來說，主要是按時間先后對目標在不同的時間的觀測值即檢測報告的融合，主要有集中式、分布式、混合式和多級式結構。在集中式多傳感器跟蹤系統中，首先按對目標觀測的時間先后對測量點跡進行時間融合，然后對各個傳感器在同一時刻對同一目標進行空間融合，它包括了多傳感器綜合跟蹤與狀態估計全過程。 在分布式多傳感器跟蹤系統中，各傳感器首先完成單個傳感器的多個目標跟蹤與狀態估計，也就是完成時間上的信息融合，接下來各傳感器把獲得的目標信息送入融合節點

23、，并在融合節點完成坐標變換、時間校正或對準，然后基于這些傳感器的目標狀態估計進行關聯處理，最后對來自同一目標的估計進行融合處理。 混合式位置信息融合是集中式和分布式多傳感器系統相組合的混合結構。傳感器的檢測報告和目標狀態估計都被送入融合中心，在那里進行時間和空間的融合。由于這種結構要同時處理檢測報告和狀態估計，并進行優化組合，它需要復雜的處理邏輯?；旌鲜椒椒ㄒ部梢愿鶕\行問題的需要，在集中式和分布式結構中進行選擇變換。這種結構的通信和計算量都比其他結構大。(3)目標識別級的融合。目標識別亦稱屬性分類或身分估計，這個層次的信息融合有三種方法，即決策級融合、特征級融合和數據級融合。在決策級融合方

24、法中，每個傳感器都完成變換以獲得獨立的身份估計，然后對來自每個傳感器的屬性分別進行融合。用于融合身份估計的技術包括表決法、bayes推理、dumpsters-shafer證據理論、推廣的證據理論、模糊集法等。在特征級融合方法中，每個傳感器觀測一個目標并完成特征提取以獲得來自每個傳感器的特征向量。然后融合這些特征向量并基于獲得的聯合特征向量來產生身份估計。在這種方法中，必需使用關聯處理把特征向量分成有意義的組群。由于特征向量很可能是有巨大差別的量，因而位置級的融合信息在這一關聯過程中通常是有用的。在數據級融合方法中，對于同等量級的傳感器原始數據直接進行融合，然后基于融合的傳感器數據進行特征提取和

25、身份估計。為了實現這種數據級的信息融合，所有傳感器必須是同類型的。通過對原始信息的關聯，來確定已融合的數據是否與目標或者實體有關。有了融合的傳感器數據之后就可以完成象單傳感器一樣的識別處理過程。對于圖像傳感器，數據融合一般涉及到圖像畫面元素級的融合，因而數據級融合也常成為像素級融合。(4)態勢評估和威脅估計。態勢評估是一個動態的按時序處理的過程，其結果水平將隨時間增長而提高。態勢評估是分層假設描述和評估處理的結果，每個被選假設(態勢)都有一個不確定性關聯值，通常認為不確定性最小的假設是最好的，并用當前最好的態勢要素值來描述。威脅估計是利用態勢評估估計的將要發生和已經發生的事件和一些先驗知識，對

26、事件出現的程度和事態的嚴重性的判斷。2.1.4信息融合的結構模型結構模型從信息融合的組成出發，主要說明信息融合系統的軟、硬件組成，相關數據流，系統與外部環境的人機界面等要素的構成。融合主要發生在檢測級、位置級和屬性級，在此討論結構模型時只對檢測級的融合結構進行研究2。檢測級融合結構。從分布檢測的角度看，檢測級融合的結構主要有分散式結構、并行結構、串行結構、樹狀結構和帶反饋并行結構。 分散式空間結構的分布檢測系統如圖2-1所示。這種結構的每個局部判決ui ( i=1,2,，n)又都是最終決策。在具體應用中，可按照某種規則將這些分離的子系統聯系起來，看成一個大系統，并遵循大系統中的某種最優化準則來

27、確定每個子系統的工作點。并行式結構的分布檢測系統如圖2-2所示。n個局部節點s1,s2，sn的傳感器在收到未經處理的原始數據y1,y2,，yn之后，在局部節點分別作出局部判決u1，u2,un，然后，它們在檢測中心通過融合得到全局判決u0。這種結構在分布檢測系統中應用較為普遍。 yn-1y1y2s2s1 sn現象hsn-1ynu1u2un-1un圖2-1 檢測級融合的分散式結構圖2-3為串行結構，n個局部節點s1, s2,，sn分別接受各自的檢測后，首先s1節做出局部判決u1,然后將它通信到節點s2，而s2它本身的檢測與u1融合形成自己的判決u2，以后重復前面的過程，信息繼續傳遞、融合，直道節點

28、sn。最后，由sn將它的檢測yn與un-1，融合做出判決un，即u0。u2u1檢測中心uns1s2sn現象hy1y2yn圖2-2 檢測級融合的并行結構yn-1y1y2s2s1 sn現象hsn-1ynun=u0u1u2un-1un圖2-3 檢測級融合的單行結構 2.2系統防盜信息的處理模型多傳感器信息融合汽車防盜系統的各個傳感器組構成了一個分布式檢測系統，該系統中所進行的信號處理屬于傳感器信息融合的功能模型中的檢測級融合。在這一層次中的融合處理的策略通常是根據所選擇的檢測準則形成優化門限，以產生最終的檢測輸出。為了減小傳輸數據的帶寬，我們在監測模塊中利用硬件進行該級別的融合處理。監測模塊中的各個

29、傳感器組分別提取各自監測目標的特征向量，然后在本地進行監測目標的屬性判決。屬性判斷形成的“電平上跳沿”、“pwm調制波形”等結果送交中央處理模塊，由中央處理模塊根據其中的關聯屬性進行屬性級的決策層融合處理。最終的融合結果是將警報劃分為“整車搬運”、“車體破壞”、“非法開啟”和“入車盜竊”四個等級，每一報警級別的確定都是根據不同的信息融合模型加以判斷的結果。系統首先將微波多普勒傳感器作為第一級監測器件。由于微波多普勒傳感器可以確定移動物體的距離，并且該傳感器在理論上可測量范圍為360度。無監測死角，所以可以作為其它傳感器件的觸發器件使用。其作用是當有人進入到監測范圍時，傳感器觸發信號，由中央處理

30、模塊開啟其它傳感器模塊，以便進行防盜監測?！罢嚢徇\”和“車體破壞”這兩個警報等級屬于信息融合中的檢測級融合，可以利用串行結構進行描述：距離檢測節點s1接收到檢測信息后，做出有“人或物體接近”的局部判決u1，然后分別根據各自的s2節點(傾斜檢測節點、振動檢測節點)的局部判決u2，可以得出融合判決的結果u0，對應各自的監測范圍，做出“整車搬運”或“車體破壞”的判斷。這兩種串行結構框圖見圖2-4。整車搬運傾斜檢測車況異?，F象距離檢測s1s2u1u2u2=u0車況異?，F象距離檢測振動檢測車體破壞s1s2u1u2u2=u0圖2-4 傾角檢測與振動檢測串行結構圖警報等級“非法開啟”也屬于信息融合中的檢測

31、級融合，但其需要利用并行結構進行描述，并行結構框圖如圖2-5所示：四個開關檢測節點s1, s2, s3和s4接收到檢測信息后，做出是否有車門被非法開啟的局部判決u1, u2, u3及u4，然后將所有的局部判決結果送至檢測中心，由中心判定車門“非法開啟”的位置。開關檢測開關檢測開關檢測開關檢測車況異常現象檢測中心s1s2s3s4u1u2u3u4圖2-5 霍爾器件檢測并行結構圖警報等級“人體入侵”屬于屬性級的特征層融合。在這種方法中，每個傳感器觀測一個目標：距離傳感器監測入侵的距離，振動傳感器監測是否有車體的破壞，霍爾器件監測是否有車門的開啟，熱釋電紅外傳感器監測人體的紅外信息。并且在分別提取來自

32、每個傳感器的特征向量的基礎上進行融合處理，最后基于聯合特征向量做出屬性判決。判決過程如圖2-6。特征層屬性融合屬性判決人體入侵關聯距離傳感器振動傳感器霍爾器件紅外線傳感特征提取圖2-6 特征層屬性融合2.3本章小結任何一種傳感器都有其獨特的優越性，也有一定的局限性。迄今為止，沒有任何一種傳感器能夠同時滿足高可靠性、高穩定性、高精度和低成本的要求。但是各種傳感器在性能上的差異與互補性卻提示我們通過綜合分析來自各個傳感器的信息，來獲取有效、可靠、完整的信息。采用這種方法，即使各個傳感器所提供的信息有一定的誤差和不確定性，但通過對它們提供的信息進行有效的綜合，可以比任何單一傳感器獲取的信息更可靠、更

33、完整。第3章 多傳感器信息融合汽車防盜系統硬件結構第3章 多傳感器信息融合汽車防盜系統硬件結構多傳感器信息融合汽車防盜系統在硬件設計中遵循了以下的基本設計原則：(1)盡可能選擇典型電路，并符合單片機的常規用法。為硬件系統的標準化、模塊化打下良好的基礎。 (2)系統的擴展與外圍設備配置的水平應充分滿足應用系統的功能要求，并留有適當的余地，以便進行二次開發。 (3)硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。硬件結構與軟件方案會產生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現的功能盡可能由軟件來實現，以簡化硬件結構。但必須注意，由軟件實現的硬件功能，其響應時間要比直接用硬件實現來得長，而且占用cpu的時間(比如延時

34、程序)。 (4)整個系統的性能要盡量做到性能匹配，例如選用晶振頻率較高時，存儲器的存取時間有限，應該選擇允許存取速度較高的芯片：選擇cmos芯片單片機構成低功耗系統時，系統中所有的芯片都應該選擇低功耗的產品。 (5)可靠性及抗干擾設計是硬件系統設計不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去禍濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。 (6)單片機外接電路較多時，必須考慮器件驅動能力。驅動能力不足時，系統工作不可靠。3.1防盜系統的電源設計汽車防盜系統是利用車載蓄電池作為供電來源，目前車載電源為12v/24v和42v系統。所以系統設計時應充分考慮到兼容性及可擴展性的問題，尤其是在器件選型時應充分考慮到器

35、件的可替換性能等3。系統選用的微處理器(msp43of149apm )、各種傳感器的敏感元件(微波多普勒傳感器、傾斜傳感器、振動傳感器、熱釋電紅外傳感器、霍爾器件等)及其處理電路、報警執行模塊所需電壓值為5v或3.3v，需要電壓轉換電路為各種器件提供穩定可靠的電源。3.1.1防盜系統電壓的一次降壓由于汽車目前采用12v、24v、42v電源系統，防盜系統所需求的電壓為5v及3.3v，我們通過采取二次降壓的辦法實現系統電壓的轉換。轉換方案如圖3-1所示。圖3-1 電壓轉換方案示意圖考慮到系統的兼容性及可擴充性，第一次降壓采用集成電源管理芯片lm25761/lm2576hv作為電壓轉換芯片。lm25

36、76系列芯片輸入電壓范圍為1.23v37v，有3.3v, 5v, 12v, 15v四種固定電壓輸出類型，以及一種電壓輸出可調節類型，輸出電壓變化范圍小于±4%。輸出電流可達3a。具有t0220-5和t0263-5兩種封裝形式。lm2576僅需要四個外部元件就可以完成電壓的轉換，并還具有休眠、熱保護、限流保護等功能。而lm2576hv系列除了最高輸入電壓可達60v外，其封裝形式及所需外接器件種類、數量與lm2576系列中其他類別芯片均相同，這樣就能夠適應汽車系統電源變化的需求。 我們選用lm2576系列中輸出電壓可調節型的lm2576-adj作為一次降壓的電源管理芯片，以12v的汽車系

37、統電源為例進行設計，實現12v到9v的第一次電壓轉換，器件選擇過程如下：(1)電阻的確定由輸出電壓公式：vout vref (1r2/r1) (3-1)得到：r2 (vout/vref1) (3-2)其中，vout預設值為9v。 vref1.23v。 rl選用的精度為1%的金屬膜電阻，阻值為1k。 可以得到r2的計算阻值約為6.32k，并根據實際產品型號，確定r2的阻值為6.34k，則根據公式3-1可得最終輸出電壓為9.03v。(2)電感的確定由微秒計算常數公式et（vinvout）vout/vin1000/f（vs） (3-3)確定微秒常數43vs，并查表得到所需電感值68h。(3)輸出電容

38、的選擇根據公式out13300(f)vin(max)/voutl(h) (3-4)可知輸出電容out304f，可選擇的電解電容。(4)根據負載電流、反向電壓，確定二極管型號為1n5822。(5)輸入電容的選擇在in引腳和gnd引腳之間、盡量貼近器件的位置處，設置一個鋁電解電容作為輸入電容，100f就足以實現旁路電容的作用。通過lm2576-adj電壓轉換電路，可以將汽車蓄電池提供的系統電壓轉換為9v電壓提供給防盜系統，以供防盜系統二次降壓使用4。3.1.2防盜系統的電壓二次降壓二次降壓選用adp3330系列線性電源管理芯片。將其集成在各個傳感器電路的線路板上，不但可以為傳感器提供可靠的電源供給

39、，而且通過adp3330的sb引腳可以控制adp3330的開啟與關閉，進而能夠實現對傳感器的開閉控制。adp3330的輸入電壓范圍在2.9v到12v之間，有2.5v,2.75v, 2.85v,3v,3.3v,3.6v,sv,12v,15v九種固定輸出電壓型號，25oc時負載誤差小于0.7%，溫度于1.4%,輸出電流可達200ma.，能夠滿足各個傳感器組的輸入電源的要求。adp3330的封裝形式為sot23-6，并且adp3330外圍電路只須兩個0.47f的電容就能實現所需的電壓轉換。所需電路及相關器件如圖3-2所示。 圖3-2 汽車防盜系統電源二次降壓的實現通過adp3330-xx線性電壓轉換

40、電路，可以將一次降壓提供的9v電壓轉換為系統中央處理器、以及各個傳感器電路所需電壓，以供各部作為電源使用。3.2防盜系統的監測模塊防盜系統的監測模塊由微波多普勒傳感器組、振動傳感器組、霍爾器件組和熱釋電紅外傳感器組組成，用于汽車防盜信息的采集以及數據的初步融合處理5。3.2.1利用微波多普勒傳感器對入侵范圍進行監測微波是電磁波輻射的一種形式，在電磁波譜中微波就介于無線電波和紅外線之間，頻率為300mhz到300ghz，相應波長1mm到1 m.。它以波的形式向四周輻射，當波長遠小于物體尺寸時，微波具有似光性。當波長和物體尺寸有相同量級時，微波又近似于聲學特性。微波傳感器的基本原理是根據微波反射、

41、透射、散射、干涉等物理特性的改變以及被測材料的電磁特性的相對變化，通過對微波基本參數變化的測量，實現對非電量的轉換。 由于波源或觀察者的相對運動，而出現的觀測頻率與波源頻率不同的現象被稱為多普勒效應。多普勒效應可以發生在波的各個頻段，如光波、聲波以及微波頻段等，其主要現象是：當波源與觀測者靠近時頻率升高，兩者遠離時頻率降低。 微波多普勒傳感器是利用微波的反射特性和多普勒效應制成的傳感器件。當波源的發射波投射到運動的物體上時，由于多普勒效應，反射波或散射波的頻率會發生變化。若將發射波與反射波混頻，取出頻差，即可檢測物體的運動狀態。由于微波相干性好，多普勒法測量在原則上沒有死區的存在，可對360度

42、的一個圓區域進行探測。利用微波多普勒測速傳感器可以測量電磁場中物體的運動，將檢測到的人運動引起的電磁波頻率之變化量作為控制信號，進而對步行的人進行非接觸式的有效監控。因此將微波多普勒測速傳感器用于汽車防盜系統，就可以在汽車周圍設置一個全方位的預警監測空間。微波多普勒傳感器采用agilis通訊技術公司的hb100微波運動傳感器模塊。hb100的多普勒效應收發機模塊利用介質諧振振蕩器和微帶接插天線技術，可以實現低電流消耗、高溫穩定性、高靈敏度和扁平外形。微波多普勒監測模塊的電路原理如圖3-3所示。其中，a圖為hb100信號采集及處理電路，u1為微波多普勒發生/接收模塊，u2為相關阻容器件構成濾波、

43、放大電路，rd5, rd6, cd5用于設定輸出電壓信號的中心值，并將監測電路的上電時間進行延遲以防止系統由于過早啟動引起誤報警。b圖3-3 微波多普勒監測模塊原理圖圖為模塊電源輸入接口。c圖為模塊控制信號和信號輸出端口。d圖為窗口式比較器，用以實現傳感信息的初步融合：即將hb100輸出的電壓信號與設定的閉值相比較，比較的結果是把模擬信號轉換為數字信號并送入中央處理模塊。這樣不但能夠實現傳感器信息的初步融合，而且該信號可以作為其它傳感器的開啟信號，與開關電源聯合使用能夠實現降低系統功耗的功能。e圖為開關電源，采用電源管理芯片adp3330-5.0, adp3330-5.0不但能為傳感器及其信號

44、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，進而可以控制整個模塊的開啟與關閉。微波多普勒監測模塊是整個防盜系統的第一級模塊，可以實現對設定的預警范圍內運動物體的監測。當預警范圍內有特定速率的運動物體時，模塊向中央輸出警報信號，由中央處理器進行數據處理5。3.2.2利用加速度傳感器對車體振動與傾斜進行監測對車體的振動與傾斜狀況進行測量，可以對竊賊采用拖吊法盜竊車輛以及破壞車體的現象進行預警。動態加速度的測量可以用于振動檢測，利用靜態的重力加速度作為輸入矢量，就可以確定物體的空間方向。因此可以利用adxl202e同時對車體的振動和傾斜角度進行監測。ad

45、xl202e采用lcc-8 ( 8 pins leadless chip carrier)封裝，體積僅為5 mm × 5mm × 2mm，其封裝和引腳如圖3-4所示圖3-4 adxl202e 封裝引腳結構圖(1)利用adxl202e進行振動與傾角測量的基本原理 adxl202e是analog device公司設計生產的低成本、低功耗、單芯片集成雙軸加速度傳感器。35.25v單電源供電，工作電流小于6ma，可以測量0-5khz，±2g范圍內動態或靜態加速度，60hz時分辨率為2mg，可以輸出數字信號和模擬信號，應用溫度范圍為-40+125oc。在采用數字信號進行測量

46、時，只要利用微處理器的計數器/定時器端口分別采集信號的工作周期脈寬t1和工作周期的時間長度t2，利用公式3-5就可以得出被測加速度的值。計算公式為：a(g)=(t1 /t20.5)12.5% (3-5)信號示意圖如圖3-5所示。利用模擬信號進行測量時，可以直接應用從xfilt、yfilt引腳輸出的模擬信號。也可以將xout、yout引腳輸出的數字信號進行rc濾波，重新恢復成模擬信號。第一種方法輸出信號帶寬比較寬，但需外加電壓跟隨器才能帶載。第二種方法可以對輸出的模擬信號進行放大，但頻率響應特性較低。采用何種輸出方法，需根據具體的使用條件進行確定。圖3-5數字輸出加速度的計算方法(2)adxl2

47、02e的汽車防盜應用方案 adxl202采用3.3v直流電源的供電，為降低電源對傳感器的干擾，在引腳vdd和公共接地端com之間須連接0.1f的去藕電容。由于芯片與微處理器共用一個供電電源，在電源與vdd間需增加一個磁珠或100的電阻，以減小數字信號對傳感器輸出信號的干擾。 t2引腳外接625k的rset電阻，將輸出的數字信號的周期確定為5ms，即頻率為200hz。從xout、yout輸出的數字信號直接輸入微處理器的計數器定時器端口，以便進行重力加速度的測量，從而可以得出車體傾角的變化。從xfilt、yf1lt引腳輸出模擬信號經電壓跟隨器提高帶載能力后，送入微處理器的戶a/d端口，以進行對車體

48、微小振動的測量。 汽車防盜中，車體傾斜角度的測量要求其信號具有很小的噪聲，需限制信號帶寬。而對于振動的測量，則需要10200hz的較寬信號范圍。首先，將xfilt、yfilt引腳的濾波電容cx, cy設定為0.027f，這樣輸出的數字、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的數字和模擬信號分別經過低通濾波和高通濾波，就可以獲得傾斜、振動監測所需帶寬的信號。 監測汽車微小振動所需信號由xfilt、yfilt端口獲得。由于在xfilt、 yfilt端口輸出的模擬信號已經經過200hz低通濾波，需將信號經10hz高通濾波，才能達到振動監測所需的10200hz

49、帶寬要求。另外，從xfilt、yfilt端口輸出的模擬信號無帶負載的能力，可以將帶通濾波后的信號送入電壓跟隨器，以提高其帶負載的能力。然后，將信號送入微處理器的a/d端口進行模數轉換。根據采樣定理，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2.5ms采樣一次。利用軟件積分器測量振動的能量。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內振動的能量。如果這個絕對值之和超過設定的數字閉值，微處理器就可以進行報警。3.2.3利用霍爾開關器件對車門的開關進行監測(1)霍爾效應簡介 當電流垂直外磁場方向通過導體或半導體薄片時，在薄片垂直于電流和磁場方向的兩

50、側表面之間會產生電位差的現象，稱為霍爾效應。所產生的電位差稱作霍爾電勢，它是由于運動載流子受到磁場力的作用(稱為洛侖茲力)，而在薄片兩側分別形成電子、正電荷的積累所致。圖3-6 霍爾效應原理圖 如圖3-6所示的一塊長為l，寬為，厚為d的n型半導體薄片，位于磁感應強度為b的磁場中，b垂直于1。平面。沿1通電流i, n型半導體中的載流子電子將受到b產生的洛倫茲力fb的作用。在力fb的作用下，電子向半導體片的一個側面偏轉，在該側面上形成電子的積累，而在相對的另一側面上因缺少電子而出現等量的正電荷。在這兩個側面上產生霍耳電場eh。由于存在eh，半導體片兩側面間出現電位差uh，稱為霍耳電勢。(2)霍爾開

51、關器件a3210e的基本原理a3210e是allegro micro-systems公司出品的霍爾效應開關器件。采用數字信號輸出，在南、北磁極的作用下均能產生霍爾效應：磁極靠近時，開關打開，輸出電平為低，磁極遠離時，開關關閉，輸出電平為高電平。該類傳感器的功耗非常低，a3209e的功耗低達400 w，特別適合低功耗場合，在掌上電腦等電池供電的手持設備上有著廣泛的應用。封裝形式有貼片式和單列直插式兩種，應用溫度范圍-40+85oc。 該傳感器是在單一硅芯片上集成霍爾電壓發生器、微小信號放大器、斬波電路、鎖相器，以及場效應管器件。當外加磁場場強發生變化時，霍爾電壓發生器產生微小的電壓變化，經斬波處

52、理后送入放大器，再經鎖相器鎖相后，由場效應管輸出高低電平信號。斬波技術雖然可以提高信號的穩定性，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，就相對減小了響應延遲的影響。(3)a3210e的汽車防盜應用方案 單個霍爾開關器件的原理圖如圖3-7所示。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直接驅動。在輸入端靠近芯片a3210e的位置處，應設置c1=0.1f的旁路電容，可以減小外部噪聲和內部斬波對傳感器信號的影響。輸出旁路電容c2為輸出的跳變信號提供能量。r1用于器件的保護。圖3-7 單個霍爾開關器件的應用原理圖 霍爾

53、器件組的設計是將多個霍爾器件分布在汽車四個車門，將每個開關器件的輸出信號送至器件組的局部決策中心進行融合，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行“或”運算，得到融合結果送至中央處理模塊。信號處理電路的示意圖如3-8所示。如果認為車的前后門的警報等級不同，可以將圖3-8中代表兩個前門的信號以及后門信號分別融合，然后將各自的結果送至中央處理模塊，中央處理模塊不同的權值進行融合處理，具體處理方法可根據用戶的要求分別處理6。圖3-8 霍爾開關器件的局部信息融合3.2.4利用熱釋電紅外傳感器對人體入侵進行監測(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

54、受熱產生溫度變化時，其原子排列將發生變化，晶體自發極化，在其兩表面產生電荷的現象稱為熱釋電效應。產生的電荷q與溫度t的關系為:q=pat (3-6)其中，p熱釋電系數，大小取決于晶體材料；a為晶體受熱表面積。熱釋電紅外線傳感器是20世紀80年代發展起來的一種新型敏感元件。由于其獨特的優越性，所以在近年來已被廣泛應用于各種防盜報警器電路系統中。 熱釋電紅外線傳感器能將波長為514m之間的紅外信號變化轉變為電信號，并能對自然界中的白光信號具有抑制作用。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。人體可輻射出中心波長為9l0m的紅外線，而用于人體檢測的紅外傳感器波長靈敏度特性在0.220m范圍內幾乎是穩定不變的。在硅片表面上貼上截止波長為710m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。在被動紅外探測器的警戒區內，當無人體移動時，熱釋電紅外感應器感應到的只是背景溫度，當人體進人警戒區，熱釋電紅外感應器感應到的是人體溫度與背景溫度的差異信號，因此，熱釋電紅外傳感器探測的是感應到的移動物體與背景物體的溫度的差異。 在實際應用中，單個傳感器的探測靈敏度仍然是比較低的，目前所用的光學透鏡大致有反射式、透射式和折射式三種。(