肖悦
【摘 要】To solve the problems of the flameout for driving cars and the flooding for parking cars due to heavy rainfall,a car wading intelligent alarm system was presented to protect against flood. The development of hardware and software,the choice of components,the design of unit circuits and the circuit connection of the system were de-scribed. By judging the state of driving or parking,the intelligent alarm functions can be realized by using the low-power microcontroller AT89C52 as the processor and the SIM900A as the communication module. When car was wa-ding,the system can send the corresponding multi-level alarm signals according to the water depth of different dan-gerous phase. And when car was parking,the system can remotely send the alarm information to the owner using the SIM900A module,which can effectively reduce the economic losses. The system was reliable,low cost,and suitable for application on different models.%为了解决因强降雨而造成的汽车涉水熄火和驻车被淹的问题,设计了一种汽车涉水智能报警系统,阐述了系统的硬件和软件的整体设计
方案、器件选型、单元电路设计以及整体电路连接.以低功耗单片机AT89C52型单片机为处理器,以SIM900A模块作为通信模块,通过判断行车与驻车状态,实现智能涉水报警功能.当汽车涉水行驶时,可以根据不同危险阶段的积水深度发出相应的多级报警提醒;当汽车驻车时,可以远程向车主发送报警信息.该系统性能可靠、成本低,适合在不同车型上推广应用.
汽车报警系统【期刊名称】《南昌大学学报（工科版）》
【年(卷),期】2016(038)004
【总页数】5页(P386-390)
【关键词】汽车;涉水;报警系统;单片机;SIM900A模块
【作 者】肖悦
【作者单位】江西省精密驱动与控制重点实验室,江西 南昌330099;南昌工程学院机械与电气工程学院,江西 南昌330099
【正文语种】中 文
【中图分类】TN602
近年来，因强降雨造成众多汽车驻车时被积水浸泡和行车时因盲目涉水而熄火的事件屡有发生。在汽车驻车时，车辆在积水中的长时间浸泡会造成车辆高压分电系统潮湿、进水短路和车内各电器元件损坏的问题，大大影响了汽车的电器功能。当汽车行车通过积水路段时，由于驾乘人员对积水深度的错误判断而盲目涉水，轻则行进过程中导致排气管进水而无法排气，造成熄火，重则由于进气口进水而导致发动机气缸严重拉伤或活塞环损坏[1]。这些问题都会给车主带来巨大的经济损失。为了解决或减少汽车涉水问题给车主带来的经济损失，诸多科技工作者对此进行了研究。朱则刚[2]从汽车雨天涉水驾驶员要留意积水深度和了解积水路况给出了建议，并给出了行车涉水的操作要领和注意事项；周朝霞等[3]从汽车涉水行驶前的准备工作，涉水中的注意事项和涉水后的检查调整给出了建议，然而这些仅提供了汽车在积水中驾驶的技巧和方法。最近，众多学者对积水监测和预警系统的建立和开发进行了较多的研究。张丽等[4]建立了基于GPRS无线通信技术和CAN总线有线通信技术的水位实时监测系统，该系统采用CAN总线技术对水位数据有线近程传输，并通过GPRS网络技术对水位数据进行无线远程传输，实现对不同地区水位实时、可靠的监控。王国伟等[5]以AT89C51芯片为核心的水情监测系统，采用SDI-12总线来连接多个传感器，实现了对水情监测系统的数据
的采集、存储和监测。为了解决城市中时常出现道路严重积水影响正常交通，甚至引发财产损失或人员伤亡的问题，张伟等[6]在ARM嵌入式系统的平台上利用GSM/GPRS通信技术建立了城市道路积水自动监测与预警系统，同时对不同车辆类型设置了分级警戒水位等级，有效实现了城市道路水位的监测和预警功能。徐敏等[7]选择超声波传感器对道路水位进行测量，翻斗式雨量传感器对雨量数据进行监测，具有准确度高、运行稳定可靠的特点。陈春梅等[8]采用超声波检测水位信息，基于嵌入式小系统控制数据采集和现场警示，利用GSM模块无线传输，实现了非接触式测量与远程水位监控和报警，具备较强的实时性和可靠性。上述研究工作为解决城市道路积水监测和预警问题提供了良好的基础，但目前针对通过利用何种系统或方法来避免汽车因涉水而熄火和电气设备的损坏的研究少有报道。
本文针对以上情况，设计出一种新型的汽车涉水智能报警系统。在汽车驻车时，车辆根据被积水浸泡的程度实时通过SIM900A模块向车主实现远程报警；在汽车涉水行车时，实现对不同积水水位的实时报警提醒，以减少车主不必要的经济损失。
该汽车涉水智能报警系统的整体结构如图1所示，主要由光电式液位传感器模块、雨滴传感器模块、单片机控制系统、指示灯模块、蜂鸣器模块和SIM900A模块组成。光电式液位传感
器用于当积水淹没传感器探头时感应汽车涉水信号，并由驱动放大模块放大涉水信号。单片机控制系统的输入端与光电式液位传感器的输出端连接，输出端与报警指示灯、蜂鸣器和电话拨号电路连接。当有涉水信号而无手刹信号时，单片机控制系统向指示灯和蜂鸣器发出指令，则报警指示灯亮和蜂鸣器响；当有涉水信号而无手刹信号时，向电话拨号电路发出拨号指令即向车主拨打预留电话和发送预留短信通知车主，以达到远程报警的目的。当车主未手动开启系统开关时，雨滴传感器可根据车外天气情况辅助开启整套汽车涉水智能报警系统。该系统共有3个光电式液位传感器用来检测汽车底部不同位置积水的水位深度，分别设置于车底部两侧以及车体前端的进气口位置，并使得车底两侧的传感器位置低于进气口处的传感器位置，以实现在不同涉水深度时的分级预警，提醒车主水位深度的级别。
作为整个系统电控的核心部件，单片机的选择很重要。本套系统选用的是AT89C52型单片机[9]，它是51系列单片机的一个型号，是一个低电压、高性能CMOS 8位单片机。单片机的系统结构设计如图2所示。采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，主板CPU通信等。AT89C52型单片机的系统功能如下：一是通过处理汽车涉水信号和雨滴感应信号来向指示灯模块、蜂鸣器模块和SIM900A模块发送相应
的指令；二是同时处理手刹信号，判断车辆是否处于驻车状态；三是接收处理雨滴传感器的雨滴信号，控制整套系统的自启动。
设计的汽车涉水智能报警系统选用的是光电式液位传感器TR-IR32A，它采用光电感应原理，以输出电压信号作为液位高度控制信号接入单片机A/D(模数转换)端口[10-11]，其设计的工作参数如表1所示。
光电式液位传感器的感应积水响应速度迅速、灵敏，利于实时控制，可满足不同的车型的布置需要[12-13]。光电式液位传感器的接线原理图如图3所示。其主要功能是当液位超过临界液位而淹没传感器本身时，此时信号输出为低电压；当液位低于临界液位而显露传感器本体时，此时信号输出为高电压，将车辆的涉水信号通过AD转换模块以数字信号实时传送给单片机控制系统。
系统的自启动模块采用压电式雨滴传感器，它是由振动板、压电元件、放大电路、壳体及阻尼橡胶构成。雨滴传感器的接线图如图4所示。
压电式雨滴传感器的工作电压为5 V，驱动能力为100 mA，输出信号至LED指示灯，TTL电
平输出，TTL输出有效信号为低电平。雨滴检测用传感器上的压电元件，当压电元件上出现机械变形时，在两侧的电极上就会产生电压。所以，当雨滴落到振动板上时，压电元件上就会产生电压，电压大小与加到振动板上的雨滴能量成正比。压电式雨滴传感器直接连在AT89C52单片机上，当其振动板上没有雨滴时，DO输出为高电平，开关指示灯灭；有雨滴时，DO输出为低电平，开关指示灯亮。放大电路将压电元件上产生的电压信号放大后再输入到单片机中。雨滴传感器的主要功能是在车主未手动开启整套系统的开关时，它可以根据室外的降雨情况实现系统的自启动。
SIM900A模块[14]是一款通过串口操作的SIM卡通讯接口模块，其支持标准的AT命令，可以提供GSM语音、短消息等业务。SIM900A模块的功能如图5所示。
单片机使用串口[15](对应P3.0RXD、P3.1TXD管脚)和该模块进行交叉连接[16]。汽车涉水智能报警系统的远程报警功能通过自行开发基于SIM900A模块的电话拨号电路实现。SIM900A模块采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900 MHz，可以低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的传输[17]。SIM900A采用省电技术设计，在SLEEP模式下电流只有1.0 mA。其内嵌TCP/IP协议，在数据传输方面非常有用。另外，SIM900A的尺寸
大小为24 mm×24 mm×3 mm，能适用于M2M应用中的各类设计需求，尤其适用于紧凑型产品设计。
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