艾衛(wèi)東，姚進(jìn)國(guó)，張春方

（1.河南省工業(yè)科技學(xué)校，河南 新鄉(xiāng) 453000；2.新鄉(xiāng)市苗勇精工汽車修理有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000；3.新鄉(xiāng)市新金泰汽車音響裝飾城，河南 新鄉(xiāng) 453000）

維修企業(yè)經(jīng)常接到車主的緊急救援電話反映“前幾天車輛正常使用，現(xiàn)在使用時(shí)車輛無(wú)法起動(dòng)”；買了發(fā)動(dòng)機(jī)防盜配置的車輛被盜現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。車主停放車輛后，由于蓄電池靜態(tài)電流過(guò)大造成蓄電池虧電及盜車賊利用高科技手段破解發(fā)動(dòng)機(jī)防盜盜走車輛。由于車輛電控系統(tǒng)的功能越來(lái)越來(lái)強(qiáng)大，車載電器越來(lái)越多，車主在停車時(shí)偶爾忘記斷開(kāi)電器開(kāi)關(guān)或者不小心觸發(fā)其它功能，造成車輛的部分電器繼續(xù)工作，車輛電控系統(tǒng)不能休眠，這些因素使蓄電池靜態(tài)電流過(guò)大，造成蓄電池虧電。車輛舒適系統(tǒng)故障也會(huì)使車輛不能進(jìn)入休眠狀態(tài)，導(dǎo)致靜態(tài)電流過(guò)大，比如多路數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)線束折斷、車載電源控制單元的插接器接觸不良、車門(mén)控制單元有問(wèn)題、行李廂燈和雜物箱燈及隱蔽處的照明燈損壞等，從而引起蓄電池虧電；如果經(jīng)常性虧電會(huì)使蓄電池壽命縮短以至于損毀，給車主造成不小的損失。隨著科技的發(fā)展，許多汽車雖然已經(jīng)配備了發(fā)動(dòng)機(jī)防盜系統(tǒng)等高科技電子防盜系統(tǒng)，但盜車賊如果擁有高科技的設(shè)備，短時(shí)間內(nèi)就能破解發(fā)動(dòng)機(jī)防盜等高科技電子系統(tǒng)，給車主帶來(lái)更大的損失。以上兩種情況給車主造成的損失都是在車主毫無(wú)知覺(jué)的狀態(tài)下發(fā)生，只有車主再次使用車輛時(shí)才能發(fā)現(xiàn)他們的愛(ài)車情況不妙，不能及時(shí)地保護(hù)和維護(hù)車輛，給車主的工作和生活帶來(lái)極大的損失和不便。

為了能夠使車主隨時(shí)保護(hù)和維護(hù)車輛，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套基于PIC12CE519單片機(jī)汽車防盜及蓄電池虧電手機(jī)提醒系統(tǒng)，利用移動(dòng)通信把車輛非法起動(dòng)及蓄電池虧電信息通過(guò)撥通車主隨身攜帶的手機(jī)進(jìn)行提醒，進(jìn)行無(wú)線移動(dòng)信息傳遞，使車主及時(shí)保護(hù)車輛防盜及維護(hù)蓄電池。本套系統(tǒng)成本較低，使用方便，性能穩(wěn)定。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案

PIC12CE519單片機(jī)控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機(jī)提醒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思想是以PIC12CE519為核心的5V直流穩(wěn)壓電源模塊、信號(hào)電壓采集模塊、發(fā)動(dòng)機(jī)防盜執(zhí)行模塊和手機(jī)撥號(hào)執(zhí)行模塊組成，如圖1所示。利用7805為整個(gè)系統(tǒng)提供5V直流穩(wěn)壓源，利用LM339電壓比較器對(duì)蓄電池和點(diǎn)火開(kāi)關(guān)進(jìn)行電壓采集，單片機(jī)通過(guò)對(duì)電壓采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，發(fā)送信號(hào)給驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制推拉電磁鐵和發(fā)動(dòng)機(jī)防盜繼電器，推拉電磁鐵撥號(hào)老年人手機(jī)的SOS鍵，通過(guò)老年人手機(jī)事先預(yù)存的號(hào)碼向車主隨身所帶的手機(jī)按預(yù)先軟件設(shè)定的規(guī)律撥打電話，讓他們隨時(shí)掌握是車輛蓄電池的虧電還是非法起動(dòng)情況信息；防盜繼電器切斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電路使發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。此系統(tǒng)建立了車輛與車主之間通過(guò)移動(dòng)通信，他們能夠隨時(shí)掌握車輛非法起動(dòng)及蓄電池虧電信息，保護(hù)自己的車輛，維護(hù)蓄電池。

圖1 系統(tǒng)原理示意圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)5V直流穩(wěn)壓電源

系統(tǒng)的5V直流穩(wěn)壓電源是系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵。它主要由蓄電池、開(kāi)關(guān)K1、熔斷器FU、電解電容器C1、C2和集成式三端穩(wěn)壓器LM7805構(gòu)成，如圖2所示。LM7805集成穩(wěn)壓器在本系統(tǒng)中應(yīng)用電路見(jiàn)圖2，它是一個(gè)輸出+5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路，最高輸入極限電壓36V，最低輸入電壓7V，極限電流1.5A。當(dāng)輸出電流較大時(shí)，7805應(yīng)配上散熱板；輸入電源為蓄電池電壓，蓄電池剩余電量100%時(shí)，電壓為12.7V，蓄電池剩余電量0%時(shí)，電壓為10.5V［1］，能夠滿足7805集成穩(wěn)壓器輸出5V電壓的使用要求；C1、C2分別為47μF的輸入端和輸出端濾波電容；按鈕開(kāi)關(guān)閉合輸出5V直流電壓，按鈕開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，輸出0V直流電壓；熔斷器FU是為了出現(xiàn)短路時(shí)保護(hù)電源電路。

圖2 系統(tǒng)5V直流穩(wěn)壓電源原理圖

2.2 系統(tǒng)信號(hào)輸入的電壓采集電路

系統(tǒng)的輸入信號(hào)是由LM339對(duì)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)ON時(shí)點(diǎn)火電壓和蓄電池電壓數(shù)據(jù)采集后送往單片機(jī)分析處理，電壓數(shù)據(jù)采集電路如圖3所示。

圖3 電壓信號(hào)采集電路

LM339（四路差動(dòng)比較器）是在電壓比較器芯片內(nèi)部裝有4個(gè)獨(dú)立的電壓比較器［2］，是一種常見(jiàn)的集成電路，主要應(yīng)用于高壓數(shù)字邏輯門(mén)電路。蓄電池的剩余電量可通過(guò)測(cè)量蓄電池的電壓粗略地得出，車用12V鉛酸蓄電池電壓與剩余電量的關(guān)系見(jiàn)表1［1］。正常使用的車輛蓄電池電量都是滿電，也即是其電壓大于或等于12.7V。當(dāng)蓄電池的剩余電量只有50%時(shí)，車輛起動(dòng)困難，此時(shí)需要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)利用車載發(fā)電機(jī)充電或拆下蓄電池負(fù)極線利用充電機(jī)充電，因此，蓄電池電量50%時(shí)為蓄電池虧電的臨界點(diǎn)，此時(shí)蓄電池電壓為12.0V，電阻R2兩端的電壓在蓄電池滿電時(shí)大于9.07V，電阻R2兩端的電壓在蓄電池電量半電時(shí)為5V，L339端子6、端子7和端子1的關(guān)系見(jiàn)表2。當(dāng)LM339的端子6電壓大于端子7電壓時(shí)，Output2輸出高電平，當(dāng)LM339的端子6電壓小于或等于端子7電壓時(shí)，Output2輸出低電平。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)在ON 閉合時(shí)，LM339端子5的電壓為蓄電池電壓，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)在ON斷開(kāi)時(shí)，LM339端子5的電壓為0V，端子4和端子5的關(guān)系見(jiàn)表3。當(dāng)LM339的端子5電壓大于端子4電壓時(shí)，Output1輸出高電平；當(dāng)LM339的端子5電壓小于端子4電壓時(shí)，Output1輸出低電平。

表1 蓄電池電壓與剩余電量的關(guān)系

表2 蓄電池電壓數(shù)據(jù)采集表

表3 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)采集表

2.3 單片機(jī)主要特點(diǎn)及其在本系統(tǒng)的使用

PIC12CE519單片機(jī)的總線結(jié)構(gòu)采用的是數(shù)據(jù)總線（8位）和指令總線（12位）獨(dú)立分開(kāi)的“哈弗結(jié)構(gòu)”，所以它具有精簡(jiǎn)指令集（RISC）的特點(diǎn)：速度快，效率高且功耗很低。它是世界上第1個(gè)8腳封裝的8位單片機(jī)，功耗低，價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于編程，運(yùn)行時(shí)的功耗為2 mA，寬電壓范圍，工作電壓為2.5～5.5V，內(nèi)置4MHz RC型振蕩源，可省外接震蕩。PIC12CE519價(jià)格低廉，使用簡(jiǎn)單，功耗較低，這是本系統(tǒng)采用的主要原因。PIC12CE519單片機(jī)的管腳圖如圖4所示，每個(gè)管腳在本系統(tǒng)中的功能：GP0～GP5可由程序設(shè)計(jì)輸入輸出，VDD、VDS接電源+5V和搭鐵線［3］。

圖4 PIC12CE519單片機(jī)管腳圖

PIC12CE519單片機(jī)改變I/O口的輸入輸出依靠寫(xiě)入寄存器TRIS的值，相應(yīng)位寫(xiě)0，表示對(duì)應(yīng)管腳被定義成了輸出，相應(yīng)位寫(xiě)1，表示對(duì)應(yīng)管腳被定義成了輸入。為了充分利用管腳，節(jié)約成本，減少空間，我們利用軟件把GP4、GP5定義為輸入端，把GP0、GP1、GP2、GP3定義為輸出端。在本系統(tǒng)中使用GP4、GP5作為采集信號(hào)的輸入端，GP0、GP1作為控制信號(hào)的輸出端，GP2接發(fā)光二極管，用來(lái)指示系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)，GP3懸空，不在系統(tǒng)中使用；系統(tǒng)采用的晶振是單片機(jī)內(nèi)部的晶振。

2.4 手機(jī)提醒裝置

手機(jī)提醒裝置是由微型推拉電磁鐵和一部老年人手機(jī)構(gòu)成。微型推拉電磁鐵 U形框架式外形設(shè)計(jì)，外殼方便安裝，淘寶上可以低廉的價(jià)格購(gòu)買，通電后動(dòng)鐵心靈活運(yùn)動(dòng)；工作電壓直流3～48V，工作電流10 mA。老年手機(jī)中有一按鍵稱為緊急呼叫功能，即手機(jī)背面有橙色SOS按鍵一鍵求救功能；開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，長(zhǎng)按該鍵2～3 s，即可同時(shí)先后自動(dòng)依次發(fā)短信息給預(yù)設(shè)的5個(gè)緊急救助人，再自動(dòng)依次撥打電話給預(yù)設(shè)緊急救助人，直到有人接聽(tīng)電話為止，電話一接通，警報(bào)聲即刻停止。利用微型推拉電磁鐵按照SOS按鍵的使用要求按動(dòng)該鍵，在該手機(jī)中預(yù)存車主及其家人的電話，及時(shí)按軟件設(shè)定的模式掌握車輛蓄電池虧電及車輛非法起動(dòng)的信息。

3 系統(tǒng)的控制電路及其工作原理

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本著簡(jiǎn)單、可靠、配件易于購(gòu)買及低成本的原則，其使用的電源全部是5V電源，系統(tǒng)最大工作電流在16 mA左右。圖5為系統(tǒng)的控制電路。

圖5 系統(tǒng)的控制電路

Output2是LM399電壓比較器采集的車載蓄電池的電壓信號(hào)，當(dāng)蓄電池電壓小于12V時(shí)為低電平，大于12V時(shí)為高電平，把此信號(hào)送入單片機(jī)，通過(guò)單片機(jī)的軟件設(shè)置，把GP5作為輸入端，以此判斷蓄電池是否處于虧電的臨界點(diǎn)狀態(tài)12V。Output1是LM399電壓比較器采集的點(diǎn)火開(kāi)關(guān)的點(diǎn)火電壓，把此信號(hào)送入通過(guò)軟件設(shè)置的輸入端GP4，以此判斷車輛是否處于非法點(diǎn)火狀態(tài)。車主使用車輛時(shí)，通過(guò)斷開(kāi)5V電源總開(kāi)關(guān)K1停止本系統(tǒng)的使用。通過(guò)單片機(jī)的軟件設(shè)置把GP0、GP1、GP2和GP3作為輸出端，GP3作為輸出端懸空，防止外界信號(hào)對(duì)單片的干擾。PIC12CE519單片機(jī)的每個(gè)I/O腳最大控制電路為25 mA，它可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，因此把GP2腳輸出帶動(dòng)發(fā)光二極管，以顯示整個(gè)系統(tǒng)工作正常。GP0作為輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)三極管使防盜繼電器工作，當(dāng)滿足汽車非法起動(dòng)條件時(shí)，它切斷發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火控制電路。GP1作為輸出端通過(guò)驅(qū)動(dòng)三極管帶動(dòng)微型推拉電磁鐵工作，當(dāng)滿足汽車蓄電池虧電電壓時(shí)或者車輛非法接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)（合法接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)就是起動(dòng)車輛前斷開(kāi)系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)），推拉電磁鐵工作3 s然后停止；如果蓄電池虧電，每間隔30 min，動(dòng)作一次；如果車輛非法起動(dòng)，每間隔1 min，動(dòng)作一次；系統(tǒng)這種工作狀態(tài)一直到車主打開(kāi)車門(mén)，斷開(kāi)此系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)為止，提醒車主維護(hù)蓄電池充電或趕快抓竊賊，保護(hù)車輛。

4 系統(tǒng)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其輸入與輸出的邏輯關(guān)系見(jiàn)表4，GP4=1為非法起動(dòng)車輛，GP5=0為蓄電池處于臨界虧電狀態(tài)，GP0=0為防盜繼電器啟動(dòng)切斷點(diǎn)火控制線，GP1=0為微型推拉電磁鐵工作對(duì)老年手機(jī)的SOS鍵撥號(hào)，GP2=1系統(tǒng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，表明系統(tǒng)正常工作。為實(shí)現(xiàn)上述功能，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行了設(shè)置：CONFIG=×××××××00110，禁止MCLR引腳復(fù)位，使能程序代碼保護(hù)，使能WDT，使用內(nèi)部RC振蕩器；OPTION=00001111，使用引腳喚醒功能。TRIS=11110000，端口GP0、GP1、GP2、GP3為輸出，其余為輸入。

系統(tǒng)的流程圖如圖6所示。當(dāng)系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)閉合通電時(shí)，系統(tǒng)上電復(fù)位，進(jìn)行初始化端口寄存器功能，端口GP0、GP1、GP2、GP3為輸出端，GP4、GP5為輸入端；程序使GP2端口為高電平，點(diǎn)亮系統(tǒng)的發(fā)光二極管，指示系統(tǒng)已經(jīng)處于工作狀態(tài)；系統(tǒng)檢測(cè)車輛點(diǎn)火開(kāi)關(guān)是否接通ON位置，GP4=0表示沒(méi)有接通ON位置，系統(tǒng)檢測(cè)GP5，GP5=0表示車載蓄電池電壓（以12V為臨界點(diǎn)）是處于虧電狀態(tài)，單片機(jī)發(fā)出指令使GP1=0維持3 s時(shí)間，此時(shí)驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，微型推拉電磁鐵導(dǎo)通3 s后斷開(kāi)，撥動(dòng)老年手機(jī)SOS鍵，SOS鍵把預(yù)存在老年人手機(jī)車主號(hào)碼撥通，提醒車主其汽車蓄電池即將虧電，間隔30 min后，再次撥通車主的手機(jī)號(hào)碼，直到車主到車內(nèi)斷開(kāi)系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)或給蓄電池充電。

表4 系統(tǒng)輸入與輸出的邏輯關(guān)系表

如果系統(tǒng)檢測(cè)到GP4=1表示非車主接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)ON位置，單片機(jī)發(fā)出指令使GP0=0，GP1=0；GP0=0信號(hào)驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通，防盜繼電器工作切斷點(diǎn)火電路，即使再高明的儀器也無(wú)法起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)GP1=0維持3 s時(shí)間，驅(qū)動(dòng)三極管導(dǎo)通3 s時(shí)間，微型推拉電磁鐵通電3 s后斷開(kāi)，它撥動(dòng)老年手機(jī)SOS鍵，SOS鍵把預(yù)存在老年人手機(jī)車主號(hào)碼撥通，間隔1 min后，再次撥通車主的手機(jī)號(hào)碼，提醒車主車輛被非法起動(dòng)，趕快去保護(hù)車輛抓住竊賊。

圖6 系統(tǒng)的流程圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)PIC12CE5191控制的汽車防盜及蓄電池虧電手機(jī)提醒系統(tǒng)在汽車實(shí)驗(yàn)室車輛、部分靜態(tài)電流過(guò)大車輛（靜態(tài)電流在100 mA以上的故障車輛）以及不關(guān)閉小燈開(kāi)關(guān)的車輛上進(jìn)行使用，性能可靠。系統(tǒng)的總成本約200元左右（主要采用不同品牌老年人手機(jī)因素造成成本差異），經(jīng)過(guò)半年使用，從未出現(xiàn)過(guò)誤判。特別是一個(gè)車主的手機(jī)可以同時(shí)得到多個(gè)車輛防盜和蓄電池提醒的信息，使車主對(duì)車輛防盜和蓄電池虧電的維護(hù)能夠隨時(shí)通過(guò)移動(dòng)手機(jī)掌握情況，以便及時(shí)處理，使自己的車輛沒(méi)有損失，使自己的出行不受影響。本系統(tǒng)體積小，很容易實(shí)現(xiàn)嵌入式安裝，整個(gè)系統(tǒng)在車輛上拆裝方便，不影響車輛的其他系統(tǒng)，性能可靠。整個(gè)系統(tǒng)的配件屬于大眾型配件，通過(guò)淘寶很容易購(gòu)買，價(jià)格便宜。

本系統(tǒng)目前主要應(yīng)用在院校汽車實(shí)訓(xùn)室科魯茲轎車、威朗轎車及豐田卡羅拉轎車上和擁有車庫(kù)家庭的車輛上蓄電池虧電提醒功能，以及失竊率比較高的低配車輛上比如日產(chǎn)陽(yáng)光和北京現(xiàn)代瑞納車輛上被盜提醒。系統(tǒng)蓄電池虧電提醒避免了車輛使用時(shí)無(wú)法起動(dòng)，車輛被盜提醒和點(diǎn)火電路防盜避免了財(cái)產(chǎn)損失。

本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)：它采用了價(jià)格低廉，僅有8個(gè)管腳的PIC單片機(jī)作為控制器的控制核心，通過(guò)移動(dòng)手機(jī)間通信實(shí)現(xiàn)了人車之間的聯(lián)網(wǎng)。單片機(jī)根據(jù)系統(tǒng)需要進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，合理設(shè)計(jì)了系統(tǒng)穩(wěn)壓電源電路、電壓信號(hào)采集電路和單片機(jī)控制流程，使車主隨時(shí)掌握車輛非法起動(dòng)和蓄電池虧電信息。