CN201291832Y - 一种总线式汽车防盗报警器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种工作更可靠的总线式汽车防盗报警器,其以单片机为核心,单片机的输入端连接供电管理模块和震动传感器,并通过CAN总线收发器连接BSI模块,BSI模块通过汽车周边设备的连接插件连接车内各传感器,单片机输出端通过鸣音器驱动模块控制鸣音器;供电管理模块连接电瓶及后备电池检测车内的蓄电池电压,并通过直流转换电路转换为各器件所需的正常工作电压输至各器件。该报警器能实时检测汽车工作状态,根据总线协议进行与电控单元的报文交互,传送报警信息的同时接受ECU与BSI的命令与诊断,并检测与记录其自身状态。电源部分采用双电源供电,与汽车电路配接在一起,达到防盗、被侵犯、保护汽车的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种防盗报警器,具体是一种总线式汽车防盗报警器,本实用新型使用了CAN总线传输报文的方式来接收与发送报警指令,能够实时的检测汽车的状态,通过与BSI的报文交互,达到了防盗、检测、防侵犯的目的。
背景技术
当前国际汽车市场上,汽车电子化竞争非常激烈,电子控制系统的应用十分普遍。统计数据表明,在国外著名汽车制造厂商中,每辆汽车平均消耗电子产品费用占整车的30%左右,其中光微处理器多达50多个,越是高档汽车电子化程度越高。汽车电子最显著特征是向控制系统化推进。用传感器、微处理器MPU、执行器、数十甚至上百个电子元器件及其零部件组成的电控系统,正获得极其广泛的市场。汽车未来的发展趋势是:用电化学替代燃烧学,电子技术的比重将超过机械技术的比重(电子化),系统的运行由控制器群自动控制(智能化),控制群间的网络平台支持系统运行(信息化),采用高效紧凑的模块化设计(集成化和模块化)。
汽车防盗报警系统是用物理方法或电子技术,自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为,产生报警信号。防盗报警系统是抢劫、盗窃、掉电、汽车网络异常等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件,就能通过声光报警信号,使于迅速采取应急措施。
防盗报警系统通常由:探测器(又称报警器)、传输通道和车辆主控单元三部分构成。
其中:报警探测器是由传感器和信号处理组成的,用来探测入侵者入侵行为的,由电子和机械部件组成的装置,是防盗报警系统的关键,而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件,可以构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。
报警探测器要求具有防拆动、防破坏功能。当报警探测器受到破坏、人为将其传输线短路或断路,以及非法试图侵害汽车的相关部件,均应能产生报警信号输出;另外报警探测器还应具有一定的抗干扰措施,以防止各种误报现象的发生,例如:抵抗因环境条件变化而产生的误报干扰等。
报警器实时检测如引擎开关、电源电压、汽车总线网络、汽车车窗等周边信息的工作状态,根据预定工作协议进行报警并将报警信息上传给ECU,同时接收ECU下达的其他工作指令如唤醒、节电、报警等信息并进行相应的动作。
传输通道是汽车主控单元和报警器之间通信的载体,在汽车内对应的是CAN网络。通过该载体,报警器向汽车主控单元(ECU)传输报警信息,同时接收来自ECU的指令。
汽车主控单元的作用是控制汽车各个逻辑单元的动作。对于报警器来讲,ECU接收来自报警器的报警信号进行存储,协调其他辅助单元如车灯闪烁等动作;同时ECU将其他逻辑单元的需要报警的信息以指令的形式传达给报警器进行相应的动作。
传统的防盗报警器是利用物理方法或者电子技术,自动布防监测区域内的侵入行为,产生报警信号,显示可能采取的对策,报警器鸣音,以及产生声光信号。它基本由探测器、传输通道和报警控制器三部分构成。其中报警器探测器由传感器和信号处理构成,用来探测入侵者的入侵行为,其中电子和机械部分组成的装置,是防盗报警器系统的关键,而传感器又是报警器的核心元件,只有采用不同原理的传感器件,才能构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。它只能作为汽车的辅助装置单独的工作,难以完成汽车各器件之间的协调工作和交互,特别是汽车电子设备构成日益复杂的今天,传统的防盗报警器有着很大的局限性。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种工作可靠,并能防破坏、防拆卸的总线式汽车防盗报警器。
本实用新型所述的总线式汽车防盗报警器,包括单片机(MCU)、供电管理模块、震动传感器、CAN总线收发器、BSI模块、鸣音器驱动模块及鸣音器,所述单片机(MCU)的输入端连接供电管理模块和震动传感器,并通过CAN总线收发器连接BSI模块,BSI模块通过汽车周边设备的连接插件连接车内各传感器,单片机(MCU)输出端通过鸣音器驱动模块控制鸣音器;供电管理模块连接电瓶及后备电池检测车内的蓄电池电压,并通过直流转换电路转换为各器件所需的正常工作电压输至各器件。
本实用新型专利主要技术与性能指标:
能够抵抗汽车的恶劣工作环境,包括温度(-40-+85摄氏度)、电磁干扰、振动等;
声压级与频谱:满足汽车报警器对应的声压级和频谱要求包括:
频率范围:
声音信号调频频段的最小频率。 | 1800Hz 10% |
声音信号调频频段的最大频率。 | 3550Hz 10% |
声压级范围:
发声警报器声音输出的压力分贝在2m 1%处不应超过118dB(A)。 |
发声警报器声音输出的压力分贝在2m 1%处不应低于105dB(A)。 |
物料可燃性等级:UL94与客户要求。
环保等级:RoHs标准。
本实用新型的总线式汽车报警器作为汽车CAN总线的一个节点,又是汽车电控单元的一个控制节点与信息处理节点,它可以同时接受BSI上发送的指令,处理并回复CAN总线上的报文应答,记录自身的状态,并完成对CAN总线物理层与协议层的诊断。当汽车其他的单元发生了入侵行为,BSI同样会通知报警器发出报警鸣音与闪灯信号。特别是总线式汽车防盗报警器作为汽车的前装,完全符合汽车生产的物理、化学与电气特性,经过了严谨的设计方案和特殊的加工工艺,使之突破了传统的报警器的局限。报警器能实时的检测引擎开关装置、电源电压、汽车总线网络、汽车车窗等周边信息的工作状态,根据汽车总线预订的工作协议进行与汽车电控单元的报文交互,传送报警信息的同时接受ECU与BSI的命令与诊断,并检测与记录其自身作为CAN总线节点的状态。电源部分充分考虑了可能遇到的情况,采用双电源供电。与汽车电路配接在一起,从而可以达到防止车辆被盗、被侵犯、保护汽车并实现防盗器各种功能的目的。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图,
图2是蓄电池电压模拟检测电路的电路图;
图3是蓄电池电压中断检测电路的电路图;
图4是系统检测并确认蓄电池电压低于额定电压时的工作流程图;
图5是系统在休眠过程中或蓄电池电压低于8V时鸣音报警过程中检测到电源电压恢复时的工作流程图;
图6是备用电池控制电路的电路图;
图7是备用电池充电输出控制电路的电路图;
图8是系统初始化时的程序流程图;
图9是引擎盖的检测电路图;
图10是引擎盖上电检测的流程图。
具体实施方式
如图1所示,系统主要有五部分组成:电源模块、MCU模块、鸣音器模块、震动传感器模块以及CAN总线通信模块。
其中,电源部分充分考虑了可能遇到的情况,采用双电源供电。MCU模块是主控制模块,负责震动传感器的信号采集以及鸣音器的驱动。CAN总线模块负责和BSI模块通信,同时负责协议解析。系统充分考虑可能遇到的情况,比如电源侵入、总线侵入等非法操作,对此类情况都做出了相应的报警处理。系统采用中断方式对电源侵入、震动触发、总线侵入进行处理,保证了系统的实时性。CPU资源分配说明
车载铅酸蓄电池为整个系统提供电源,在该电源供电的情况下系统正常工作的电压范围为8V~16V。
系统能够监测车载铅酸蓄电池电压,该监测包括两个部分:
(1)、模拟检测,通过A/D采样(CPU的RA1/AN1端口)可以检测到蓄电池电压但是由于有防止反向电压的串连二极管(S2DA),所以A/D检测到电压值加上0.7才是蓄电池的实际电压。如图2。
在该A/D检测电路中D2:防反向二极管S2DA管压降为0.7~0.85(在1.5A的导通电流时最大管压降为1.1V)。R1,R2为检测分压电阻R1=300K,R2=100K,检测点的电压为Ubat=(R2+R1)/R2*VT+Ut1d=4VT+0.7,因为检测这一部分单独供电,消耗电流较小是MA级别,所以二级管的管压降可以认为是常数为0.7V。
(2)、中断检测
中断检测,蓄电池电压检测还通过中断引脚(CPU的RB1/INT1/AN8端口)连接到系统中,在系统休眠过程中当蓄电池关断通过该引脚可以唤醒系统。当自供电系统供电休眠时,通过蓄电池中断检测引脚唤醒系统。
蓄电池电压中断检测示意如图3所示,蓄电池中断检测通过比较器“TL331”实现,TL331正输入引脚为蓄电池分压输入,计算公式如下:
TL331负输入管脚时+5V电源分压输入计算公式如下:
由放大器原理可知,当VIN+大于VIN-时,比较器输出为逻辑“1”,当VIN+小于VIN-时,比较器输出逻辑“0”。TL331为集电极开路器件,通过5V电源上拉,所以输出逻辑“1”时为5V,输出逻辑“0”时为0V,由VIN+=VIN-计算可得:
V蓄电池=7.796V
也就是说当蓄电池的电压大于7.796V时,比较器TL331输出5V,当蓄电池的电压小于7.796V时,比较器TL331输出0V。
关于蓄电池的系统软件设计要求:8V~16V时要求系统完全正常工作。蓄电池电压低于8V时,系统默认为由自供电充电电池供电。当蓄电池的电压16V~24V时,待定(保证满足B型测试要求)。当蓄电池的电压大于、等于24V时,此时系统可以丧失基本功能,当电源电压回复到正常电压范围后,所有功能应该恢复正常。系统上电后将蓄电池中断设定为“下降沿”触发方式,当产生中断时,延时确认蓄电池电源电压跌落,延时时间。当系统检测并确认蓄电池电压低于8V时,如图4所示。在系统休眠过程中或蓄电池电压低于8V时鸣音报警过程中检测到电源电压恢复时,如图5所示。
内部备用电池完成的主要功能就是,当车载蓄电池电压跌落低于8V时,而且报警器处于激活状态时,由备用电池提供10次报警所需电量,报警结束后车载蓄电池电源没有恢复的话,在内部电池供电的情况下系统进入休眠状态,等待车载蓄电池电源恢复,当车载蓄电池电源恢复后一切状态同系统上电。
与内部备用电池有关的控制包括2个部分:备用充电电池检测输入(A/D)、备用电池充电输出控制。如图6所示。备用充电电池检测输入,连接到CPU的RA0/AN0端口。检测电压的具体值
当备用充电电池充满电的最大电压为8.2V~8.4V,所以A/D测试点的电压不会超出4.2V,检测该点的电压值主要是为电池充电使用,也就是当SEV变更,并处于SEV通电状态才检测该点的电压值,其他时刻没有必要检测该点电压值。备用电池充电输出控制采用绢流充电控制,绢流充电电流为20mA左右。控制电路示意图如图7所示。
CON BATT1连接到CPU的RC5/SDO管脚,是小电流充电控制管脚,当输出为高电平时,该充电回路导通,输出为低电平时该充电回路关断。当车载蓄电池电压为12V,电池电压为8V时,该回路的充电电流为“4V/200Ω=20ma”。
MICROCHIP的单片机PIC18F2480上电复位后管脚输出都是高电平,这是在初始化的程序中首先要求判定SEV是否通电,如果SEV没有通电充电控制管脚都应处于关断状态。如图七所示。
引擎盖开关检测连接到CPU的RB4/KBI0/AN9管脚,该管脚是电平变换中断、GPIO、和A/D输入的复用管脚,在引擎盖检测的功能中使用了电平变换中断、和GPIO的功能。引擎盖的逻辑是:打开时提供8mA电流、关闭时提供12V电压,引擎盖的检测如下图9所示。
其中外部提供的部分由车身来提供,其他部分由报警器实现,当引擎盖打开时行程开关闭合,电路导通,此时报警器检测部分连接到系统的地上,检测信号为逻辑地0,当引擎盖关闭时行程开关打开,电路切断此时报警器检测部分连接到外部12V电源上,按照分压原理连接到CPU检测引脚上的电压 CPU的逻辑高电平为2V所以此时检测到到电平为逻辑高电平。当外部12V电压降低到8V时此时检测到的电平为2.14V,仍然是逻辑高电平。
无论开关从闭合到断开,还是从断开到闭合在CPU的管脚上都会检测到电平变换,如果CPU的管脚设定为电平变换中断输入的化就会引起CPU产生中断,为了防止抖动,当产生电平变换中断时,都要将CPU的管脚设定为输入的GPIO延时一定时间判断电平是否保持稳定,来去除抖动遭成的干扰。引擎盖上电检测的流程如图10所示。
扬声器输出控制采用电容耦合的方式控制三极管的开关,从而控制扬声器电源的开关,以达到发声的目的,驱动频率范围在1.8KHZ~3.55KHZ,声压级要求在105DB~118DB/2M。输出采用PWM方式,连接到CPU的RC2/CCP1管脚。高电平接通扬声器的电源,低电平关断电源。
由于系统要求正常工作的电源范围在8V~16V区间,同时自主供电时充电电池的正常工作电压在7.2V~8.4V之间,也就是要求系统在7.2V~16V之间都能够正常的驱动扬声器,在测试过程中发现,如果PWM的占空比过大的话,在一定的电压下如16V发声时,造成扬声器过热,这样就会降低扬声器的使用寿命。因此在扬声器的PWM驱动问题上采用以下方法来解决:
通过A/D采样主供电的电压值,按照不同的电压值,采样不同的PWM占空比来驱动鸣音器,主要的原则就是既要满足声压级的要求,又要使驱动电流最小。
报警器解析与BSI的通讯协议,执行BSI的控制命令及向BSI汇报警报器当前的工作状态。同时能够解析与STD的诊断通讯协议,按照STD要求封装历史及故障数据进行总线通讯,完成诊断功能。当处于激活状态时,接收到BSI报警信息后,启动周期性(信号延时+两次触发之间的延时)鸣音报警。报警器处于激活状态时,检测到主电源电缆侵入时,系统自动切换备用电源,启动周期性(信号延时+两次触发之间的延时)鸣音报警,直至电源电缆重新连接或鸣音次数达到8~10次,并按照协议定义向BSI汇报当前的侵入状态。报警器处于激活状态时,检测到CAN总线通讯电缆侵入时,启动周期性(信号延时+两次触发之间的延时)鸣音报警,直至通讯电缆重新连接或鸣音次数达到8~10次,并按照定义存储当前的侵入状态,当通讯恢复后按照BSI通讯协议要求向向BSI汇报当前的侵入状态。
当报警器处于激活状态时,检测到引擎盖侵入时启动周期性(信号延时+两次触发之间的延时)鸣音报警,直至引擎盖被重新关闭或鸣音次数达到8~10次。系统采用宽电源低功耗设计,系统整机的工作电流小,输入电压范围宽(6.5~65V)。采用可充电的后备电池,由电源管理模块自动控制后备电池的充放电及主电源与后备电源的切换。系统采用增强式CAN总线模块,支持CAN1.2、2.0A和2.0B协议,通过CAN总线收发器与BSI模块相连,最大传输速率1Mb/s,兼容ISO-11898标准的物理层要求。报警器外壳采用ABS/PC等混合材料注塑成型,具有防腐、耐高温等特点,鸣音器采用环氧树脂灌封在壳体内,壳体连接处用环氧树脂密封连接,整机密封性好。接插件采用汽车电子专用接插件,有卡锁装置,可以防止震动脱落,连接处由橡胶圈进行密封。外壳的设计保留了与原车相同的安装尺寸及方式,并满足主控PCB板与报警驱动PCB板合并在一起的要求。防盗报警器主供电电源,为额定电压12V的蓄电池,内部备用充电电池(可再充电),额定电压7.2V,电池容量300maH,当车载铅酸蓄电池电源被切断或车载铅酸蓄电池电源电压跌落到小于备用充电电池电压时,由备用充电电池为系统供电。系统的MCU为PIC18F2480为整个防盗报警器提供所有的控制和管理线性稳压电源管理芯片,输入5.3V~40V,输出电压5V,最大供电电流150MA,为MCU和TJA1054供电。CAN总线物理接口芯片TJA1054为报警器与BSI进行低速容错CAN通讯提供物理连接。车载铅酸蓄电池检测输入(A/D)用于检测车载铅酸蓄电池电压值,当铅酸蓄电池被切断或铅酸蓄电池电压跌落到某个范围时(需确定)则记录车载电源故障,如果报警器处于激活状态则进行电源侵入报警。备用充电电池检测输入(A/D)用于检测备用充电电池电压值,当备用充电电池的电压值低于某个值(4.8V)时,当系统处于可充电状态时则为备用充电电池进行充电。引擎盖开关检测输入(I/O)用于检测引擎盖的开关状态,如果报警器处于激活状态同时引擎盖被打开则进行引擎盖侵入报警。扬声器输出控制(PWM)用于驱动扬声器报警,采用PWM调制方式,频率范围1800HZ~3550HZ。LED指示灯输出控制用于驱动LED指示灯,提供12V电源开关控制。备用电池充电输出控制当检测到备用充电电池需要充电和可允许充电的条件时,由该输出控制来控制备用电池充电。
防盗报警器的整个初始化过程分成两部分来初始化:各硬件模块的初始化;各变量的初始化。
将PIC18F2480单片机没有使用的管脚根据具体的要求作设置:PORTC管脚的1,4没有使用,所以设置为输出方式,并输出为0;PORTB管脚的5,6,7没有使用,所以设置为输出方式,5管脚输出为0,6,7管脚输出为1;
由于要对总线侵入检测,所以做如下的配置:配置TJA1054,有TJA1054的PORTC的6(STB),7(EN)来控制1054的控制引脚将其设置为输出;PIC18F2480的CAN模块输出(RB2/INT2/CANTX)输入(RB3/CANRX)分别正确设置。由于TJA1054要在稳定后(电压超过了5伏)才能正常工作,这里等待一个大概50毫秒的循环。然后将STB,EN设置为1,目的是清除由于不稳定的因素造成的NERR的低电平。总线侵入的配置,PORTA口的RA4设置为输出,并输出高电平。PORTA口的RA5设置为输出,并输出低电平。做等待之后(10毫秒),将TJA1054设置为休眠的状态。对系统用到的单片机的IO引脚(非模块使用)作初始化,并设置中断的优先级:配置如下:RB口的中断采用低优先级;配置TJA1054的NERR输入引脚,中断外部中断沿的触发状态配置,LED灯的控制端口设置,小电流充电允许端口。CAN模块的初始化,根据协议的要求配置CAN模块如下:速率:125bps。
接收报文的格式:标准报文缓冲区:3个发送缓冲区、2个接收缓冲区。中断配置:高优先级、使能中断。初始化清空发送缓冲区。初始化A/D采样模块,需要对外部蓄电池和内部充电电池作检测。配置如下:设置RA0,RA1为输入方式,作为检测通道;禁止中断。这片A/D控制寄存器:采用内部参考源,转换时间为20Tad,转换时钟为主频率的64分频。设置A/D采样数据的初始值内部采样为0,外部采样为300。初始化时钟计数器0,配置如下:设置为两毫秒产生一个中断,该中断的目的是为系统提供时间。设置时钟计数器1的控制寄存器:8分频,16位计数器,设置为高优先级中断,允许中断,开启时钟计数器0。PWM控制器初始化,设置输出端口,并输出低电平,设置为低优先级中断。初始化EEPROM模块:设置为低优先级中断,允许中断。设置时钟1为低优先级中断,初始化始终计数器1,这是为系统进入休眠的时候闪烁指示灯作的。记录现在系统的控制寄存器内容,为后面将时钟1作为系统时钟时,改变系统控制寄存器的内容作备份的
各变量的初始化包括设置网络生命相位为:休眠。设置各信息的纪录变量为0。读取保存在EEPROM中的缺陷编码的故障状态,其中包括:侵入数目、EEPROM的读写错误、报警器是否被激活、是否允许报警器引导LED、鸣音器是否有缺陷、内部充电电池是否有缺陷、计数器的状态。
使能系统的高优先级中断,使能系统的低优先级中断。将LED灯关闭,避免因上点后不稳定因素误亮。标记报警器没有侵入,这个是上点初始化,仅提供一个初始值。记录报警器外部电池的状态,是否存在记录引擎盖的状态,是否打开。系统上电判断电源是否正常,判断电源的状态,如果判断完毕,做电源状态的标记,为后面进入电源正常运行还是掉电运行提供依据。如果电源正常,这里就判断引擎盖的状态,为进入主循环运行的时候,提供是否因为引擎盖被打开而发送唤醒帧打开看门狗(上电的时候关闭了看门狗)
主循环分两个部分,一、外部电池掉电的情况;二、外部电池正常运行的情况;非正常供电循环,必须放在前面,否则会进到电源正常的休眠程序。随意先进入电源掉电的循环
在这个情况下,由于电源缺失,系统不能正常运行。部分功能丧失,所以要作相应得配置:
将A/D采集的数据作初始化,内部电池的变量设置为0,外部电池的变量设置为300。关闭充电标记,停止对内部电池充电。设置掉电返回标志,在正常供电程序中清除。设置TJA1054位休眠状态停止CAN模块的数据发送,并且取消等待发送的数据。
这些设置完成之后,进入掉电主循环,作如下的工作:清看门狗。判断是否有报警鸣音没有完成,如果完成了。开电源上升沿中断,进入非正常供电休眠程序(关看门狗,休眠),因为这个时候只有电源的上电中断能够唤醒系统。如果有电源上电的唤醒,则系统被唤醒,打开看门狗。如果有鸣音,或者系统被唤醒,则进入下面的判断。判断电源是否正常,如果电源正常,判断引擎盖的状态,判断完毕之后跳出循环。如果有鸣音行为,则执行鸣音程序。
在电源正常的时候,系统能够完成所有的功能。从正常电源跳出的条件是,系统电源低于5V,进入正常运行后,作如下的动作:清看门狗。如果是从掉电返回正常上电,则有如下的动作:清除返回标志,以便在正常上电运行过程中,只执行一词掉电返回初始化程序。
如果系统没有正在鸣音,则清楚相关的标志:诊断引导鸣音器标志,诊断标志。连续帧的处理标志。关闭鸣音器。判断电源是否正常,如果正常,则要判断A/D采集的外部电源的数据,判断电源是否低于5V,如果低于5V则跳出电源正常运行程序,进入非正常运行程序判断引擎盖的状态,为后面的唤醒或者报警提供标志。激活TJA1054模块判断接收到BSI的信息,根据接收到的信息来作网络的状态的转换和报警器内部的设置,完成的主要功能如下:判断报文接收缓冲区中是否有新的报文。根据具体的报文具体的解析。如果是一个新的BSI报文,则首先判断BSI给出的生命相位的命令。
Claims (1)
1、一种总线式汽车防盗报警器,其特征是:包括单片机(MCU)、供电管理模块、震动传感器、CAN总线收发器、BSI模块、鸣音器驱动模块及鸣音器,所述单片机(MCU)的输入端连接供电管理模块和震动传感器,并通过CAN总线收发器连接BSI模块,BSI模块通过汽车周边设备的连接插件连接车内各传感器,单片机(MCU)输出端通过鸣音器驱动模块控制鸣音器;供电管理模块连接电瓶及后备电池检测车内的蓄电池电压,并通过直流转换电路转换为各器件所需的正常工作电压输至各器件。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090819 Termination date: 20171107 |