引言

近幾年，汽車偷盜案件越來越多，給人們帶來巨大的經濟損失。市場上隨之出現了各種各樣的汽車防盜器，本汽車防盜系統采用ST公司生產的STM32F103R6T6(以下簡稱STM32F103)單片機作為控制器，功能強大，實時性好。

1 系統結構與功能

汽車遠程防盜系統是基于現代無線通信技術設計的，可以不受距離的約束，將汽車的狀態信息直接發送到車主手機，進行一對一防盜報警，汽車遠程防盜系統的結構如圖1所示。


汽車防盜系統的信息采集模塊包括人體感應傳感器、振動傳感器等，用來采集汽車警情信息。傳感器將采集到警情信息，傳送給微處理器處理，微處理器開始執行報警程序。首先，發送短信到車主手機；然后，報警器根據不同的警情進行語音警告，比如有人進入車內，報警器會發出“你已進入車內，請你離開”的語音警報。

    車主可以隨時發送指令查詢車的狀態。

    防盜器設防時，系統控制后視鏡折疊；撤防時，控制后視鏡展開。

    液晶顯示部分用來顯示車主設定的角度值。

    無線遙控器用來進行設防和撤防。

2 系統硬件設計

2.1 單片機最小系統

STM32F103最小系統如圖2所示，由STM32F103單片機、晶振電路、JTAG接口和復位電路組成。STM32F103增強型單片機基于高性能的ARM Cortex-M3(32位的RISC內核)，內置32 KB Flash和10 KBSRAM、64個增強I/O端口、2個USART。STM32F103采用64引腳LQFP封裝，供電電壓為2.0～3.6 V，省電模式保證低功耗的要求，性價比高。單片機采用32.768kHz和8 MHz外部晶振，分別提供精準時鐘源和工作時鐘；復位電路設計成按鍵復位和上電自動復位相結合的方式。STM32F103芯片的應用，提高了整個系統的執行效率，增強了系統穩定性，降低了功耗和生產成本。


2.2 信息采集模塊

信息采集模塊主要包括人體感應傳感器、振動傳感器和后視鏡角度采集電路。人體感應傳感器主要檢測是否有盜車者進入車內行竊，數據輸出端接在單片機PC10引腳。當汽車被撞、被砸、被晃動或者被牽動時，振動傳感器檢測相關信息，并送入單片機PB0引腳處理。

在汽車防盜系統中，STM32F103的PC4、PC5引腳分別接收左右兩個角度傳感器的輸入數據，通過PCA、PC5引腳的A/D轉換功能，將模擬電壓量轉換為數字量在LCD1602上顯示出來。

2.3 GSM模塊

GSM模塊選用華為公司的EM310。EM310 GSM支持串行接口，通過UART接口與外界進行串行通信，和STM32F103單片機的RXD0和TXD0引腳連接，用AT指令控制。UART支持可編程的數據寬度、可編程的數據停止位、可編程的奇偶校驗或者沒有校驗。最高支持115.2 kb/s、最低支持300 b/s的波特率，默認支持9 600b/s的速率，支持波特率掉電保存。GSM模塊有標準的SIM卡接口，GSM模塊連接電路圖如圖3所示。



2.4 WT588D語音模塊

本系統選用具有32 Mb存儲器的WT588D語音模塊，8 kHz采樣時，錄音時間長達790 s，滿足語音提醒的要求。報警系統中，語音提醒需要較高分貝，為了驅動大功率的揚聲器，輸出用DAC接功放的形式，WT588D語音模塊電路圖如圖4所示。R1和C1并聯到地接功放。功率放大器選用TDA2030，額定功率達14 W，性價比高，應用廣泛。語音模塊與單片機的連接采用3線串口控制模式，和標準的4線SPI不同，WT588D只接收單片機發送來的數據、指令和時鐘信號，而不需要發送數據。在這種3線串口模式下，P01為DATA數據接口，P02為片選CS，P03為CLK時鐘，分別與單片機的PC7、PC8、PC6連接。模塊供電電壓為2.8～3.6 V，選用3.3 V。BUSY是忙信號輸出端，當輸出低電平時，發光二極管亮，此時為放音狀態。WT588D模塊應用范圍廣，幾乎可以應用到所有的語音場所，如報站器、報警器、鬧鐘、智能家電等各種自動控制應用。



 
2.5 控制模塊設計

2.5.1 油路控制電路

控制汽油噴射系統電源自動斷電的具體方法，是在汽油噴射系統的電源線上加裝常閉型汽車斷電繼電器來控制汽油噴射系統的供電電源。油路控制電路如圖5所示。R2、R3起到限流的作用。當con1為高電平時，Q1導通，繼電器打開，從而實現了斷電熄火。正常情況下，con1輸出低電平時，Q1截止，繼電器閉合，汽油噴射系統供電電路接通。繼電器線圈由導通變截止時，會感應出較大的自感電動勢，容易擊穿三極管8050。因此，在繼電器兩端反向并聯二極管IN4148，吸收該電動勢，保護三極管。


2.5.2 后視鏡控制電路

每個后視鏡采用一個步進電機和兩個按鍵控制，步進電機用來轉動后視鏡，兩個按鍵分別是角度增加鍵和角度減小鍵。車主根據自己的習慣，使用按鍵設定后視鏡角度。系統設防時，控制后視鏡折疊；撤防時，控制后視鏡展開。圖6是控制其中一個后視鏡角度的驅動電路。

芯片L298N有兩路電源，分別為工作電源和驅動電源。VSS是工作電源，電壓范圍為4.5～36 V，本系統選用5 V工作電壓；VS為驅動電壓，最大為36 V，要求VS最好大于VSS，設計中選用12 V。int1、int2、int3、int4為單片機控制電機的輸入端，分別對應OUT1、OUT2、OUT3、OUT4四路輸出，輸出接四相五線式步進電機。ISENA、ISENB是使能端，直接接入5 V邏輯電源，也就是說，兩個電機時刻都保持在使能狀態。由于我們使用的電機是線圈式的，從運行狀態突然轉換到停止狀態和從順時針狀態突然轉換到逆時針狀態時，會形成很大的反向電流，在電路中加入二極管的作用，就是在產生反向電流的時候進行泄流，保護芯片的安全。Motorl為步進電機提供插口。



2.6 無線遙控模塊

汽車遠程防盜系統不需要車主近距離接觸防盜器，使用無線遙控器對系統設防和撤防。車主在的時候，對防盜系統撤防，以免造成誤判，車主離開以后，可以對車輛設防。無線遙控模塊選用臺灣普城公司生產的編解碼芯片PT2262/PT2272，工作電壓范圍是2.6～15 V。遙控器收發模塊如圖7所示。

 
發射端PT2262設置兩個按鍵S1、S2，分別對系統設防、撤防。按下S1時，PT2262的D0引腳輸入高電平，Dout向PT2272發射編碼；接收端PT2272對應的D0引腳輸出低電平，單片機檢測到d0端為低電平，系統進入設防狀態，各模塊開始工作。PT2272的數據輸出d0、d1和單片機的PB10、PB11連接。每按下一個鍵，在同一個系統中，Dout會輸出相同的編碼，單片機根據檢測到的接收模塊的數據輸出引腳低電平，來實現用戶的設防撤防需求。

2.7 電源模塊

汽車上供電電壓為+12 V，系統中各模塊需要的電壓有+5 V、+3.3 V和+4 V，因此，需要通過電源轉換電路將+12 V電壓轉換為+5 V、+3.3 V和+4 V電壓。+12 V轉換為5 V選用LM2596開關電壓調節器，該調節器有固定電壓輸出和可調電壓輸出。這里選用+5 V固定電壓輸出，輸出電流高達3 A，具有過熱保護和限流保護功能。在輸出+5 V電壓的基礎上，利用X1117穩壓芯片，把+5 V電壓轉為+3.3 V。X1117是一款正電壓輸出的低壓降三端線性穩壓電路，可輸出固定電壓+1.5 V、+2.8 V、+3.3 V等，也可輸出可調電壓。X1117的輸入和輸出電壓相差不能太大，以免散熱過多而損壞器件。系統從+5 V電壓經二極管IN4007降壓大約0.7 V，得到EM310模塊需要的電壓。電源電路如圖8所示。



3 系統軟件設計
系統采用C語言編寫程序，將程序寫入單片機，可進行系統測試。本設計在MDK編譯環境中編寫STM32F103的源程序，經過編譯后產生.hex程序代碼，用JTAG下載線將.hex文件下載到目標單片機的Flash中。



系統的總體程序流程圖如圖9所示。主控制器STM32F103初始化后，系統檢測是否處在設防狀態。遙控器PT2262/PT2272不需要軟件編碼，只需檢測接收模塊有沒有收到設防控制。如果系統不是設防狀態，程序執行控制后視鏡和掃描遙控接口這樣一個循環。如果處在設防狀態，則控制后視鏡閉合折疊起來，并且系統保持監視人體感應模塊、振動模塊與控制器接口，以隨時采集警情信息。如果此時車主通過短信查詢各接口狀態，程序調用GSM通信程序發送各接口的狀態。如果有警情發生，通過檢測單片機接口，判斷汽車是發生了振動還是有人非法入侵。然后，根據不同的情況，調用人體感應報警子程序或振動報警子程序，進行相應的處理，之后，單片機掃描遙控器接口，決定繼續設防，還是撤防。如果撤防，后視鏡展開到車主設定的角度。

結語

本文完成了基于STM32F103單片機的汽車遠程防盜系統的總體設計，并在此基礎上設計了系統的軟硬件。經過反復試驗，系統基本達到了預期的要求。