1、 1 本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 电动自行车报警系统的开发 摘要 ：电动自行车以电力作为驱动能源 ,具有轻巧灵便、价格适中、无污染、噪声小等诸多优点 ,日益成为人们中短途出行的首选交通工具 ,具有广阔的市场前景。 随着人们生活水平和住房条件的提高，对居住环境和安全性要求也随之提高，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全。单音防盗器已经不能满足当今人们生活的需求，当一片祥和之中总爆发这种令人头痛的报警声，特别是多个前后不断响时，试想想，那时一种怎样的摧残，因而绿色安全、实用方便、价格合理的家庭防盗产 品已被提到每个家庭的议事日程。虽然目前大部分住宅区都安装有摄像监控系统，但
2、这只起到了一个整体小区的安全作用，而对个人财产的安全却得不到满足。因此，人们对其安全十分担心，决定防盗设备，为防范入侵提供技术手段，加强自己的财产安全。 为了满足绿色防盗的需要，适合未来联网的趋势与市场要求，以及家庭防盗产品的低价需求因素， 8 位单片机已经走上了舞台。 Holtek 公司的 HT48 系列 8 位单片机以其稳定的性能、独特的价格优势及公司给予的强大技术支持正逐渐占领这一市场。本书详细介绍了Holtek 公司的 HT48 系列 8 位单片机 的功能、开发步骤、软件编程方法以及在家庭防盗报警系统中的应用。该单片机特别适合开发家庭防盗系统的模块、主机。 随着人们生活水平的日益提高和
3、电动自行车业的迅猛发展，电动自行车作为一种新型的交通工具，以其经济、环保、节能、轻便等优点，被越来越多的人所喜爱和广泛使用；但是，随着其数量的与日俱增，随之而来的偷盗问题，让广大的电动自行车主和公安民警颇费脑筋。 关键词 ：单片机；绿色防盗；防盗报警器 1.概述 日常生活中，我们随处可见各式各样的电子产品，从细小到不可见得粒子到只能缩小千万倍才能观其整体的设备产品，可以 说，电子产品已经在人类世界中占据了不可忽视的地位。 它的诞生不仅是指挥学士的体现，更是经济发展的一大助力。就拿我们随处可见的汽车来说吧，汽车业的发展带动的还有一些附属产业，其中就有防盗系统。然而防盗系统的问世，毫无疑问地，报警
4、系统更是无法或缺。目前防盗报警系统最关键的是各种探测器的革新，而探测器的技术更新难度相对报警主机要更大，这里需要结合多学科的技术创新的。如光学，微2 波，各种传感器的提高，特殊传感器的研发等。 防盗报警系统在安防行业中一直以平稳的步伐向前发展，其技术革新较快的领域主要是各种探测器的改变。 随着市场需求的不断增加及产品技术的不断发展，网络报警主机的功能逐渐拓展， 还有人表示未来的报警主机会逐渐朝智能终端的方向发展，产品不仅具有一般的报警功能，而且具有信息发布接收功能，即除了发布报警信息外，报警中心还可以向主机发布物业管理方面的内容及各项通知。而我们认为未来防盗报警行业的会朝全数字化探测器，全数字
5、化网络平台，多角度控制手段的技术发展，与门禁系统、对讲系统、监控系统进行大融合，且最终是与电脑整合为一体的综合安防系统，即将所有的安防子系统都集成到电脑管理平台下的综合报警系统。 2.系统组成以及相关 说明 电动车防盗报警器，基本上会涵盖单片机控制模块、振动传感器、无线收发模块，单片机控制模块分别通过 I/O 接口与振动传感器、无线收发模块相连接，无线收发模块通过无线方式与遥控器进行收发通讯。 2.1 单片机技术 单片机又称 单片微控制器 ,是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统
6、、定时器 /计时器等功能 （可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。下面介绍几种单片机。 STC 单片机 STC 公司的单片机主要是基于 8051 内核 ,是新一代增强型单片机 ,指令代码完全兼容传统 8051,速度快 812 倍 ,带 ADC,4 路 PWM,双串口 ,有全球唯一 ID号 ,加密性好，抗干扰强 . ATMEL 单片机 (51 单片机 ) ATMEl公司的 8位单片机有 AT89、 AT90两个系列 ,AT89系列是 8位 Flas
7、h单片机 ,与 8051系列单片机相兼容 ,静态时钟模式 ;AT90 系列单片机是增强 RISC 结构、全静态工作方式、内载在线可编程 Flash 的单片机 ,也叫 AVR 单片机 . PHLIPIS 51LPC 系列单片机 (51 单片机 ) PHILIPS 公司的单片机是基于 80C51 内核的单片机 ,嵌入了掉电检测、模拟以及片内 RC3 振荡器等功能 ,这使 51LPC 在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求 . TI 公司单片机 (51 单片机 ) 德州仪器 提供了 TMS370和 MSP430两大系列通用单片机 .TMS370系列单片机是 8位 CMOS单片
8、机 ,具有多种存储模式、多种外围接口模式 ,适用复杂的实时控制场合 ;MSP430 系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的 16 位低功耗单片机 ,特别适用于要求功耗低的场合。 单片机的种类很多，然而每种单片机又包含各个不同的系列，这边就有 PIC 单片机的两个不同系列的报警系统。 a.基于 PIC16F72 的电动自行车控制系统 硬件设计与原理：以 PIC16F72 单片机为主控电路，其主要功能是完成电机的起动、换相 、调速、制动等控制并实现对电机、电池的保护；以 IR2132S 为核心的驱动、逆变电路，其主要功能是利用 IR2131S 的自举技术驱动功率 MOSFET 管控制电机电流；
9、位置信号处理电路、电流信号处理电路以及一些外围保护、辅助电路，其主要功能有完成对信号的采样、对电路的供电、提供显示信号、发出报警信号等功能。系统原理框图如图所示。 图 2-1 系统原理图 该系统的基本原理是： PIC 单片机的 PWM 输出端口经驱动芯片，驱动 6 个功率场效应管，由其组成的三相全桥驱动电路对电机进行控制，位置检测和电流检测形成负反馈，位置检测的同时可以计算出电机转速参数，因此可以对电机进行位置环、速度环和电流环的三闭环控制。位置参数由无刷直流电动机自带的霍尔元件测出，并由 PIC16F72 的 C 端口进行捕捉定位，反馈的电流量是通过检测旁路电阻上的压降实现的，由 PIC 自
10、带的 A D 进行采样、转换。 b.基于 AT89C51 的电话报警系统 系统组成及基本原理 : 自动报警系统具有以下单元功能模块 : 前端探测器、自动摘挂机、双音频信号解码、语音录放、主控制器。为了使系统的结构、性能、体积以及成本达到最优化的组合，必须对种4 功能进行软、硬件划分。探测器、自动摘挂机、电话接口、 DTMF 拨号以及录放音等用硬件电路实现；而振铃音计数、忙音计数、输入信息的分析处理等由软件编程完成。由单片机构成主控部分。系统结构框图如图 2-2 所示。 图 2-2 系统结构框图 报警器的主机由一片 AT89c51 单片机和一片 IO 扩展芯片 8255A 组成。 PO 口为数据
11、总线，分别和 8255A 的数据总线、 MT8888 的数据线连接。 P1.4 连接拨号语音电路，用于 DTMF 音频信号和语音信号的切换； P1.6 接 ISD1420 语音芯片的放音脚PLAYL/，低电平有效； Pl.7 用于模拟摘挂机控制，实现系统和用户话机的工作切换； P2.0 与MT8888 的 RSO 相连，控制 MT8888 内部寄存器的选择； P2.1, P2.2 接 8255A 的 A0, A1 地址线； P2.5 连接系统的现场报警警铃； P2.6 连接 8255A 芯片的选通端 CS，用于控制 8255A 的选通； P2.7 与 MT8888 的 CS 相连，控制 MT8
12、888 的选通。 TI 口连接 MT8888 的 IRQ/CP 端，用于计数监测电话音方波信号的个数， INTO 口经非门与红外探测器输出端相连，用于接收报警信号，引发中断； WR、 RD 分别与 MT8888、 8255A 的 WR 和 RD 相连，控制 MT8888 及8255A 的读。 探测器完成对人体热释电红外信号的监测。它将完成数据采集、 AD 转换、比较判断等。当实际参数达到用户设定的报警值时，输出报警开关信号给自动报警器主机。自动报警的核心器件是单片 机，它是整个系统的“心脏”，由它来接收报警信号并控制、协调各功能模块的正常工作，本系统采用的是 AT89c51 单片机。键盘用于用
13、户预存电话号码的输入等，EEPROM 中存储系统的一些原始参数、重要数据拨号电路主要采用 MITEL 公司的编 /译码集成芯片 MT8888 来完成电话号码的发送，并配合单片机完成电话线上各种信号音的监测等工作。语音电路采用美国 ISD 公司的高保真录放一体化语音芯片 ISD1420 来完成报警时进行语音提示的预存工作，根据警情进行相应的提示语音录放。报警探测器安装在用户家里需要防范的部位。 在通常情况下，监控器是处于休眠状态。 当用户出门时，用户可以通过键盘启动监控器，监控器启动探头，此时监控器处于真正5 的预防状态。只要有人在探头检测范围内经过，报警探测器立即向自动报警主机发出报警（中段信
14、号。接到警情事件后，自动报警主机立即进行确认 (多次巡检中断信号 )，确认无误后，从 EEPROM 中读出相应的报警电话号码，通过双音多频拨号芯片自动拨打用户预先设置好的报警电话号码 (如手机号码，办公室号码 )进行远程拨号报警。待对方摘机后，启动语音电路，将预先录制好的语音信息通过电话线传给对方。 可见，当今社会生活中 ，由单片机作为控制系统的装置已经占领了主导地位，它的运用与人们的生活之间的联系是日益紧密。然而，怎样才能使其更加经济实用呢？ 就电动自行车报警器而言，在我看来，在能够达到预期效果（防盗）的基础上，进一步加强它的寻车、遥控范围是极其重要的，当然，要是能够减少那些噪声污染，或者是
15、把它变成一种听觉的享受，那就更好了。然而我们可以将上面两者进行比较，会发现 PIC16F72 系列在变成是要注意的东西较多，在制作过程中就会比较麻烦，这样，就和我们的初衷相背离了，而且，在我们日常的学习中， C51 也是用的最多的，接触的也最多 。所以我觉得 C51 比较好。 2.2 控制系统 无线控制系统一般可以分为红外控制系统和无线控制系统。 红外概念 红外是一种无线通讯方式，可以进行无线数据的 传输 。 它的波长在 750nm 至 1mm 之间的 电磁波 ，它的频率高于微波而低于 可见光 ，是一种人的眼睛看不到的光线。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以更适合应用在需要短距离
16、无线通讯的场合，进行点对点的直线数据传输 .红外数据协会 (IRDA)将红外 数据通讯 所采用的光波波长的范围限定在 850nm 至 900nm 之内。 1974 年发明的 红外线 带给我们一种新的连接方式，更重要的是，它带给我们新的概念，让我们感到一种无线的清新 . 自 1974 年发明以来，得到很普遍的应用，如红外线 鼠标 ，红外线打印机， 红外线 键盘，红外激光等等。 6 图 2-3 红外激光 红外的技术特征 红外线通信技术适合于低成本、跨平台、点对点 高速数据 连接 ,尤其是 嵌入式系统 . 红外线技术的主要应用 :设备互联、信息网关 .设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换。信息
17、网关负责连接信息终端和互联网 . 红外通讯技术 已被全球范围内的众多软硬件厂商所支持和采用，目前主流的 软件和硬件平台均提供对它的支持 .红外技术 已被广泛应用在移动计算和移动通讯的设备中 . 红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度； IrDA 已经是一套标准， IR收 /发的组件也是标准化产品。 图 2-4 红外摄像头 优点： 其使手机和电脑间可以无线传输数据 ; 可以再同样具备红外接口的设备间进行 信息交流 ; 同时红外接口可以省去下载或其他信息交流所发生的费用 ; 7 由于需要对接才能传输信息，安全
18、性较强 ; 缺点： 通讯距离短，通讯过程中不能移动，遇障碍物通讯中断； 红外通讯技术的主要目的是取代线缆连接进行 无线数据传输 ，功能单一，扩展性差 . 接口的特点： 用来取代点对点的线缆连接； 新的通讯标准兼容早期的通讯标准； 小角度（ 30 度锥角以内），短距离，点 对点直线数据传输，保密性强； 传输速率较高，目前 4M速率的 FIR 技术已被广泛使用， 16M 速率的 VFIR 技术 已经发布 ； 无线电波 无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的 电磁场 变化又会在导体中产生电流
19、。通过调节将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。 （ 1） 产生：当导体中通过迅速变化的电流时 ，导体就会向它周围的空间发射电磁波。 （ 2） 传播：电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播，也可在介质中传播。无线电通信中使用的电磁波叫无线电波，是频率在一定范围内的电磁波。 （ 3） 频率、波长、波速间的关系：电磁波在真空中传播的速度与光速相同，是，在 空气 中传播的速度和在真空中近似。频率、波长、波速三者间的关系为波速 =波长频率，用字母表示为 =vt。 无线电特点 对环境的感知能力：此特点是 CR 技术成立的前提，只有在 环境感知和检测的基础上，才能使用频谱资源。频谱感知的主
20、要功能是监测一定范围的频段，检测频谱空洞。 对环境变化的学习能力、自适应性：此特点体现 CR 技术的智能性，在遇到主用户信号时，能尽快主动退避，在频谱空洞间自如的切换。 通信质量的高可靠性：要求系统能够实现任何时间任何地点的高度可靠通信，能够准确地判定主用户信号出现的时间、地点、频段 2等信息，及时调整自身参数，提高通信质量。 系统功能模块的可重构性： CR 设备可根据频谱环境动态编程，也可通过硬件设计，支持不同的收发技术。可以重构的参数包括：工作频率、调制方 式、发射功率和通信协议等。 8 无线电波的几个波段及主要应用 波段 波长 /m 频率 /kHz 应用 ： 长波 ，超远程通信 ；中波
21、无线电广播、电报 中短波 短波 5010 微波 电视 、宇航通信 无线电广播和电视： （ 1） 无线电波是一种信息运载工具，利用它来传递声音信号和图像信号。 （ 2） 发射过程（电台和电视台完成）。 （ 3） 接收过程（收音机和电视机完成）。 无线应用开发系统运用了多种技术的结合体，通过无线电网络的传输，以及控制系统的开发，达到更高的性能。应用于多个领域，包括报警，网络，电话等等数字方面。 这里恰好有个基于无线的应用实例 系统分为发射和接收两部分，发射部分由 PPM 编码、 PPM/PCM 转换、扩频和功放等单元组成，接收部分由前置放大、解扩、 PCM/PPM 转换等单元组成。结构图如下： 图
22、 2-5 2.4Ghz 扩频遥控器系统框图 激光通信 （ 1） 激光的特性：很强的方向性、很高的单色性 、很高的亮度。 （ 2） 光纤通信：不受外界条件的干扰，传播的远，容量大。 将两者做比较，我们可以清楚的看出：红外遥控很容易受到外界环境的干扰，无法穿透以及躲避障碍物，直射和在近距离的传播。而无线电的话，就没有这样的局限性，在有效的范围内，它都是可以接收到信号的。所以，对于自行车报警器而言，无线遥控才是比较可取的。 2.3 报警模块 声音发生装置一般有 蜂鸣器，喇叭，压电陶瓷片等。 2.3.1 蜂鸣器 蜂鸣器的种类较多，一般按结构性能分为电磁式蜂鸣器和电子式蜂鸣器两大类。图中所9 示是常见的
23、两种蜂呜器，如图 (a)所示为电磁式蜂呜器，如图 (b)所示为电子式蜂鸣器 如下图所示为蜂鸣器的图形符号，用字母 FM 表示，这两个字母是“蜂、鸣”的第一个汉语拼音字母。 图 2-6 蜂鸣器 （ 1）压电式蜂鸣器： 压电式（电子式）蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（ 1.515V 直流工作电压） ,多谐振荡器起振 ,输出 1.52.5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。 压电蜂鸣器与其他蜂鸣器比较 具有如下优点： 1、因无可动触点部分，因此寿命长、可靠性高，连
24、续使用可达 10000 小时以上，是半永久性的器件 2、不产生飞弧或者射频噪声，对其他线路无干扰 3、不会因松动而引起大的振动 4、用电子线路控制，所以能发出 多种 悦耳的声音及模拟声、断续声。音色纯正，不易被噪声所 覆盖 5、用电压激励，所以消耗 电流 小，一般在 20mA 以下，不会超过 100mA 6、小型大音量。音量可达到 70 分贝 /20cm，而元件厚度仅为 1mm 以下 7、工作温度范围宽 8、便于安装，而且无电磁线圈和动圈，不必担心绝缘恶化，并无漏电的可能。 压电式蜂鸣器的应用： 压电蜂鸣器实际上有三种商品形式，即压电蜂鸣器复合体，压电蜂鸣器发声体和压电蜂鸣器，以适应市场上的不
25、同需要。不管何种 形式，其用途都离不开报警、判断和通知三种。 报警用的压电蜂鸣器用于火灾、烟浓度、漏气、防盗及汽车用的报警，通知用的压电蜂鸣器在探鱼机、医疗设备、自动售货机、电炉等作为通知使用，比光指示更为有利，另外，具有模拟声、复合声的压电蜂鸣器还可用于玩具，电视游戏等方面。 10 （ 2）电磁式蜂鸣器 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 电磁式蜂鸣器的特点： 耐长时间 工作、电气寿命长、温升稳定； 悦耳的音质，新颖的式样； 工作电压范围宽、功耗低、无电磁干扰、长寿命。 下面是电磁式蜂鸣器的外形图片及结构图 : 2-7 电磁式蜂鸣器 2-8 电磁式蜂鸣器结构图 图 2-9 内部结构图 （ 3）自制简易蜂鸣器电路 目前蜂鸣器被广泛应用与多种控制装置和家用电器的特定功能指示。以下图 2-10 是在查找资料时看到的他人自制的简易蜂鸣器 图 2-10 简易蜂鸣器电路 由 R1 R4、 C1、 C2 和 Q1、 Q2 组成自激多谐振荡 器电路，产生的音频振荡信号经 Q3
