顾叶虎，金琦淳，任俊，丁高升

(1. 无锡开放大学 机电工程系，江苏 无锡 214011；2. 江苏科技大学张家港校区 机电与动力工程学院，江苏 张家港 215600)

0 引言

据相关统计数据，截至2014年底，中国的电动车保有量超过2亿辆[1]，但是其防盗系统的设计却十分简单。目前，市场现有的电动车防盗装置，仅能实现声音报警功能，不能够实现对电动车实时位置信息的获取，无法有效减少电动车失窃案件的发生。因此，对电动车防盗装置的更新升级，成为电动车厂商关注的热点，且用户也迫切期待一种安全可靠、实用经济的新型防盗装置问世。

1 系统设计原理

本设计是一种新型电动车防盗装置，以STC12C5A60S2单片机作为控制器，利用震动传感器采集外界信号，并将信号反馈给单片机，单片机依据接收到的有效信号，控制蜂鸣器与发光二极管的开启，从而实现声光报警；利用红外遥控可对防盗装置进行布控或解控，当开启布控时，装置处于正常工作状态，解除布控则使装置处于休眠状态；此外，设计巧妙地将GPS与GSM功能融入到系统中，可以通过短信通讯实现对车辆的实时定位。系统结构设计图如图1所示。

图1 系统结构图

2 系统硬件设计

2.1 硬件系统组成

根据各个模块的工作原理设计出整体的电路图，单片机主控部分、声光报警部分以及红外遥控部分的电路图如图2所示。

图2 系统电路图

2.2 STC12C5A60S2单片机

STC12C5A60S2单片机是一种兼容51内核的8位单片机，内含有1 280字节的随机存取数据存储器(RAM)和60K字节的可反复擦写的Flash只读程序存储器(FlashROM)，拥有2路PWM(脉冲宽度调制)和8路A/D转换，具有工作功耗低、执行速度快、抗干扰能力强的特点，广泛运用于电子行业中[2]。

2.3 SW-420震动传感器

震动传感器是报警系统的核心装置，该传感器能够将车辆的静止或运动状态转化为相应电信号。设计采用SW-420常闭型震动传感器，该传感器是一种单滚轴型全方位感应触发开关，可以全方位感受倾斜和震动，它具有高稳定性，高灵敏度，适应范围广等特点。其内部结构如图3所示。

图3 SW-420内部结构

传感器接入电路后即可以立即开始工作。在处于静止状态时，震动轴静止，电路处于导通状态，当传感器感受到震动时，震动轴位移，电路瞬时断开，进而实现震动的触发功能。设计时考虑到传感器单独工作输出电压不稳定，为了保证模拟量转化为数字量时信号不失真，因此采用了LM393电压比较器对信号进行过滤。同时为增强装置的适应性，提高灵敏度，在设计电路时采用了调节电位器，可以通过自主调节电阻值大小改变传感器的灵敏度[3]。

2.4 红外遥控

设计采用SAA3010 红外编码芯片的红外遥控器以及HX1838红外接收头。遥控器与HX1838之间的通信采用NECProtocol的PWM(脉冲宽度调制)标准，此标准的特点是根据脉冲的宽度来判断传输的信号是“0”或“1”[4]。遥控编码的脉冲由引导码、用户码和数据码组成，其中引导码用于标志遥控编码脉冲信号的起始位，用户码用于识别遥控系统的种类，数据码用于存储操作指令信息。在数据码中，“0”首先为0.56ms高电平，然后是0.56ms低电平；“1”首先为0.56ms高电平，然后是1.69ms低电平[5]，单片机通过对脉冲信号时间长短的判断，解码出传递的信息，具体时序图如图4。

2.5 声光报警

设计中声光报警装置由5V有源蜂鸣器以及发光二极管组成。其中单片机P3.7口连接控制蜂鸣器，并使用1个NPN三极管进行电流放大，单片机通过改变三极管基极的电压实现对蜂鸣器的控制[6]。对于发光二极管电路，单片机的P2.0-P2.7口各自串联500Ω的限流电阻来保证安全，防止元器件过载[7]。工作时单片机根据震动传感器的反馈，分析车辆是否发生异常运动，从而决定声光报警的开启或关闭。

3 定位系统设计

3.1 SIM908模块

设计采用SIM908芯片作为定位追踪装置。SIM908是一款高性能的四频GSM/GPRS/GPS工业级模块，具有很强的稳定性和抗干扰能力，工作电压为3V～5V。它的功能非常全面，不仅拥有通信功能，而且芯片内部整合了GPS模块，可以通过GPS进行全球定位，实现对物体的实时追踪。

SIM908模块与单片机的串口通讯依靠AT指令集实现，工作时由单片机通过发送指令对模块进行控制，同时模块也通过AT指令集进行短信通讯，实时收发信息[8]。GPS数据的接收和解码依靠NMEA-0183协议，该协议在GPS接收机上使用最为广泛，芯片根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口通讯发送给单片机，单片机对这些数据进行解析得到具体经纬度[9]。

3.2 卡槽电路

SIM卡槽电路如图5所示，SIM卡槽各引脚与芯片引脚相连接，在模块开机后从SIM-RST引脚和SIM-CLK引脚发送芯片自动产生的时钟和复位信号，同时SIM-VDD引脚输出电压对SIM卡供电，当供电、时钟、复位信号响应后，芯片数据接口与卡槽I/O口建立通信[10]。

图5 卡槽电路

在进行电路设计时为了减少电源对信号的影响，在SIM-RST和SIM-CLK引脚两端加入了100pf的滤波电容以增强稳定性。同时为了节约空间，SIM卡槽设计在PCB板背面，既美观大方，又减少布线的长度。

3.3 供电电路

考虑到装置使用场合的多样性，在设计电路时芯片采用锂电池供电，供电电路如图6所示。锂电池供电时将电池与芯片VCC直接相连，简单便捷。交流电供电电路设计中为保证电流稳定，电路采用MIC29302BU电源稳压芯片，该芯片具有稳定性强、准确性高、稳压范围大等优点，其输入电压最高26V，输出电压范围1.25V～ 26V，输出最大电流为3A，在工业中广泛应用。

图6 供电电路

4 软件设计流程

系统上电后单片机对各个模块进行初始化，震动传感器、蜂鸣器、发光二极管、红外遥控处于关闭状态，SIM908模块进行初始化，开启GPS和GSM功能。通过红外遥控器发送布控指令，HX1838红外接收头接收到指令后，SW-420震动传感器将车辆当前情况实时反馈给单片机处理。单片机通过对电平的判断，确定车辆目前的情况，从而决定是否开启声光报警，当发生误触时，控制者也可通过红外遥控器手动关闭报警。当车辆被盗后可以通过短信发送指令，控制SIM908模块发送车辆的实时地理位置信息。系统主程序流程图如图7所示。

图7 主程序流程图

5 结语

介绍了一种基于单片机的电动车防盗装置设计，该设计创新性地将GPS和GSM功能与传统报警装置结合，使其防盗功能得到大幅提升。不仅可以对可疑行为进行声光报警，还能通过追踪定位，实现被盗车辆的迅速找回；系统同时具备智能化、结构精简、安全系数高和可操作性强的优点，给用户带来极大的便利。该产品还可以运用于其他各领域，实现对贵重物品的监控，具有广阔的市场前景。