电动车无线防盗报警器设计

1 绪论

1.1 电动车无线防盗报警器研究背景

随着科学技术的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，电动自行车已经进入人们的生活，并进一步改善了人们的出行方便。电动自行车以电为能源，无废气排放，噪音小，不污染环境，且骑行省力，经济适用，通用性广，上牌手续方便，政府也大力支持。目前摩托车，燃油助力车因污染环境而受到限制。国家出台燃油含税政策，又给电动自行车带来了福音，因此电动自行车成为工薪阶层的最佳选择，也受到越来越多人青睐。然而就在电动自行车进入千家万户的同时，其失盗率也连连攀升，给使用者带来了很大的经济损失，为解决广大电动自行车使用者的后顾之忧，现设计一套基于单片机的关于电动自行车用无线防盗报警器的方案，给广大使用者装上一把“安心锁”。

1.2 电动车无线防盗报警器的研究现状

为了充分掌握电动车市场防盗报警类产品的现状及发展动态，我深入开展了市场调研和文献搜索，从商家提供的电动车年销量和报警器（包括报警锁）年销量数据不完全统计，现在购买电动车的用户同时配备防盗报警装置的约占98％。

目前市场上出售的电动车防盗报警装置大致有如下几类：

（1）防盗报警锁，将报警器与车锁集成，只要内部振动传感器感知到车身振动，就会立即触发启动锁上报警喇叭报警。这种防盗报警锁使用比较方便，售价也能为大家接受，一般在50元左右，如杰达KL02、新奇特FB－8224。但是用户反映使用这种防盗报警锁，发生误报的频率较高，而且发现是误报还得不到解除，同时在锁紧状态下无法人为撤防，造成不必要的干扰。

（2）普通防盗报警器，与防盗报警锁相比，这类报警装置体积较小，可独立安装在电动车上较为隐蔽的地方，不易被发现而拆卸。其布防、撤防都是通过报警器外壳上的同一开关按钮实现，探测警情信号的也是各种类型的振动传感器，电源一般使用两节7号电池，性能比较稳定，价格在60元左右。但是一旦将其安装在车身较为隐蔽的地方，如车身底部等，那么车主启动布防和撤防时要按开关就很困难，不易操作；如果安装在方便车主启动开关的地方，此报警器又很容易被盗贼发现而将其拆卸。

（3）遥控防盗报警器，由车载主机和手持遥控发射器组成，报警喇叭多是只安装在车载主机上，遥控器的作用主要是设防、撤防和启动报警功能，相当于主机的一个无线遥控电源开关，如新奇特E-12，龙锐lr-007。这类报警器是现在电动车市场上的主流防盗产品，一般灵敏度较高，性能稳定，报警声响可达100分贝以上，基本可以满足一般电动车用户的需要，市场价格在80元左右。漏报率和故障率都较低，但是误报率很高，报警

噪音扰民现象严重。

（4）无线智能数字报警器，如荣高VA-2型、旭飞报警器。这类防盗报警器一般采用微电脑技术，智能化程度较高，除了能遥控设防撤防、强警寻车外，还具有遥控熄火、自动延时设防和智能记忆等功能。这类产品设计合理、性能优越，但是作为电动车的附属配件，它们的价格相对较高，一般要超过150元，普通用户不能接受，因而在电动车市场也就得不到推广。

电动自行车之所以能走进千家万户，为广大消费者所青睐，一个很重要的原因就是其价格相对于摩托车和汽车要低得多，能被一般收入的人们所接受。因此，开发一种高性能、低价位的电动车专用防盗报警器是适合市场需要的，也是目前电动车用户这个消费群体给我们提出的一项艰巨任务。

1.3 电动车无线防盗报警器的研究要求

电动车无线防盗报警器的的研究要求就是体积小，能安装在比较隐蔽的地方，不易被盗车贼发现拆卸，而车主又能操作方便；灵敏度较高，性能稳定，漏报率、误报率和故障率都应比较低，报警声应适中，能在有效范围内提醒车主或路人，达到震慑盗车贼的目的即可，以免报警声音太大，噪音扰民；价格适中能让普通消费者所接受。

1.4 电动车无线防盗报警器的研究意义

现在市场上有各式各样的电动车防盗报警装置出售，一些高档的智能报警器由于价格过高，用户不愿意为售价仅两三千的电动车去配置，而得不到推广；另外，也有价格适中、质量可靠的防盗报警器出售，但是此类报警器的报警喇叭一般都只是安装在电动车身上，而完成警情传递任务的主要部件都是振动传感器，其灵敏度较高，致使一些外界环境因素，如刮风打雷，儿童嬉闹等，都有可能使其动作，并触发报警器报警，这种由于误报警带来的噪音污染常常造成不必要的扰民。

种种原因使得大部分电动车用户并没有为他们的车去配备防盗报警装置，导致一些不法分子有机可乘，电动车被盗现象日益严重，“电动自行车保险”也因出险率太高而销声匿迹。报警装置作为电动车的一个重要附属配件，其防盗守护的重要作用众所周知。由此，一种低价位、高品质，适合于普通用户的防盗报警器将是电动自行车市场翘首以盼的。

着眼于解决上述问题，我们展开了一系列调查研究、开发创新工作，希望我们的努力可以在报警器成本与性能之间找到一个最佳平衡点，为电动车增加一道理想的安全防线，解除用户的后顾之忧。

2 总体方案设计

电动车无线防盗报警器的总体方案设计是根据其功能和设计要求，从全局的角度，以

系统的观点而进行整体方面的设计，主要包括无线收发模块设计，信号触发模块设计和报警电路模块设计等内容。

2.1 框架结构体系设计

本设计主要依据下列框架结构(如图2-1)进行设计。

其中单片机作为控制单元模块，弹簧开关作信号触发模块，采用远距离无线收发装置作无线收发模块，扬声器（或蜂鸣器）作报警电路模块。当单片机收到无线收发模块发出的预警信号后，进入预警状态，并让弹簧开关在收到外界振动影响后，接通电路使报警器报警，以此来威慑犯罪分子，达到保护电动自行车的目的。

2.2 各功能模块方案设计

本设计各功能模块主要包括无线收发模块，信号触发模块和报警电路模块等，下面将分模块讨论各个模块拟采用方案和最终方案的确定。

2.2.1 无线收发模块

2.2.1.1 HF-15/HJ-15红外收发组件

普通红外遥控器作用距离一般为10m左右，且方向性很强。而由HF-15/HJ-15构成的红外遥控发射/接收电路（见图2-2）作用距离可达25m，其对射夹角大于15°，且外接电路简单，安装方便。

HF-15为红外遥控发射组件，其工作电压4～12V，典型值9V；工作频率32～50kHz可调，由第1、2脚之间所接的电位器来调节发射电路的载波频率，一般选40kHz。

HJ-15内部设有前置放大电路、整形电路和滤波电路，放大器放大倍数可达2.5万倍。如果需要加大遥控距离，可在红外发射或接收管的前面加只带凸镜聚光片的聚光筒，但此时应注意调整好焦距，否则无效果。

图2-2 HF-15/HJ-15红外收发应用电路图

当红外遥控发射电路的SK开关闭合时，通过HF-15装置的5、6脚将HF-15装置启动，再经HF-15装置的1、2脚之间所接的电位器调节发射电路的载波频率，载波频率的大小直接影响传输距离。电位器调节的数值越大发射电路的载波频率就越小，其传输距离也就越短；电位器调节的数值越小发射电路的载波频率就越大，其传输距离就越长，因为频率低衰减小，频率高衰减大。当载波频率确定后HF-15装置的3、4脚所接的型号为PH303的发光二极管，将给红外遥控接收电路型号为PH303的二极管一个脉冲，HJ-15通过内部的前置放大电路、整形电路和滤波电路对接收到的脉冲信号进行分析，当是其识别的波形时就启动该电路，完成红外收发的工作。

HF-15/HJ-15红外收发装置的传输距离和安全性的确可以满足本设计的需要，但是其体积比较大，价格也远远超出了市场上现在所出售的整套电动车无线防盗报警器的价格，从产品的性价比考虑，不予采纳。

2.2.1.2 LR-T15CTM4-S红外接收远程控制系统模块

LR-T15CTM4-S系列是红外遥控接收模块。该模块的最大优点就是即使在很弱的光源下也能可靠运行、并保护、防止受到其他输出脉冲的干扰。

LR-T15CTM4-S系列所需的供电电压在2.4V～6.5V之间，与本设计所构想的5V 供电电压很吻合；而其低电流消耗是HF-15/HJ-15红外收发组件不可比拟的；其输出信号为4.5V高电压正好能被本设计中采用的AT89C51单片机所识别。

LR-T15CTM4-S系列与无线发送装置的有效作用距离为28米，相对HF-15/HJ-15红外收发组件有了相当大的改观，其最大优点就是即使在很弱的光源下也能可靠运行、并能有效防止受到其他输出脉冲的干扰。

本设计就是想找到这样的红外无线收发模块：体积小、重量轻，5V供电电压，4.5V高电平输出，低电流消耗；作用距离长，能适用恶劣环境，而不至于受到其他输出脉冲的干扰。因此欲采用LR-T15CTM4-S红外接收远程控制系统模块为本设计的无线收发模块。该模块将在第3章中详细介绍。

2.2.2信号触发模块

2.2.2.1水银开关

水银开关（见图2-3），又称倾侧开关，是电路开关的一种，用一个接着电极的小巧容器储存着一小滴水银，容器中多数注入惰性气体或为真空。因为重力的关系，水银水珠会随容器中较低的地方流去，如果同时接触到两个电极的话，开关便会将电路闭合，开启开关。

图2-3 水银开关

容器的形状亦会影响水银水珠接触电极的条件，例如邮包炸弹使用的会是倒 V 字型的，令收件人在不知情的情况下倾侧邮包，闭合电路、制动爆炸，但送件人（或邮包携带者）则不会。

水银开关的原理很简单，在普通固定电路中均可用于信号触发，但在本设计中，电动车无线防盗报警器不可能完全保持水平状态；并且水银对人体及环境均有毒害，不适合在本设计中采用。

2.2.2.2振动传感器

振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。振动传感器目前广泛应用的报警检测传感器，它内部用压电陶瓷片加弹簧重锤结构检测振动信号，并通过LM358等运放器放大并输出控制信号。当检测到振动大于一定幅度时，动作指示灯点亮，并发出报警，振动检测的灵敏度可以通过灵敏度调节旋钮调节，顺时针灵敏度增加，逆时针灵敏度降低。

振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量作为振动传感器的输入量Mi，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量Mt，最后由机电变换部分再将Mt变换为电量E，如图2-4所示。因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。振动传感器具有成本低、灵敏度高、工作稳定可靠，振动检测可调节范围大的优点，器件的内部均含有专用的控制芯片,应用非常方便,可直接带动小功

率负载,用一只三极管进行电流放大后,即可驱动继电器或报警被大量应用到汽车、摩托车、电动车的防盗系统上，目前80％的车辆报警器都

用这类传感器。

找不到振动传感器的销售，给本设计的实物制作造成了困难。因此将在第4章音乐集成电路报警模块设计中对信号触发模块的设计做详细介绍。

2.2.3报警电路模块

2.2.

3.1蜂鸣器

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种，在电路中用字母“H”或“HA”（旧标准用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。

（1）压电式蜂鸣器

压电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（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出

1.5~

2.5kHz的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

（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。

（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。笔者在做本设计的时候发现了一种简易蜂鸣器电路[1][2]，现介绍给大家（如图2-5）。