Разработка системы срабатывания сигнализации автомобиля на основе активного датчика инфракрасного сигнала

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 «Юго-Западный государственный  университет»

 

Кафедра теоретической механики и мехатроники

 

КУРСОВАЯ   РАБОТА

 

по дисциплине      «Мехатронные диагностические и контрольно-измерительные системы автомобилей.»

                                                        (наименование учебной дисциплины)

 

на тему «Разработка системы срабатывания сигнализации автомобиля на основе активного датчика инфракрасного сигнала.»

Специальность (направление  подготовки)     Мехатроника, 220401

                                                                                       (код, наименование)

Автор работы (проекта)                  Киреев К.А.               _________________

                                                (инициалы, фамилия)                       (подпись, дата)

 

Группа МТ-81_________

 

Руководитель работы (проекта)     Тарасова Е. С.      ___________________

                                        (инициалы, фамилия)           (подпись, дата) 

 

 

Работа (проект) защищена ________________________   

                                                                         (дата)

 

Оценка_____________________

 

 

Председатель комиссии                                                                         Яцун С. Ф.

                                                     (подпись, дата)       (инициалы, фамилия)

 

Члены комиссии                                                                                Политов Е. Н. 

                                                                           (подпись, дата)       (инициалы, фамилия)

 

                                               ______________________________ Чаплыгин К.В.

                                                                            (подпись, дата)       (инициалы, фамилия)

 

 

 

 

 

Курск, 2012 г.

Содержание:

Введение           3

1. Анализ существующих конструкций     4
2. Техническое задание                      21
3. Конструкция датчика и описание его работы           22
4. Выбор электронных компонентов             33

           4.1. Преобразователь напряжения постоянного тока          34

           4.2. Реле                         36

 4.3. Интегральный таймер                      38

           4.4. Микроконтроллер               46

           4.5. ИК светодиод               49

           4.6. ИК фотоприемник               51

           4.7. Транзисторы                     53

5. Расчет электронных компонентов                     55

           5.1. Блок питания                      55

           5.2. ИК передатчик (Transmitter)                 55

5.3. ИК приемник (Receiver)                      57

           5.4. Обработчик сигнала              59

6.  Принципиальная схема               60

7. Моделирование процессов              66

8. Алгоритмы процессов               70

Заключение                 73

Приложение 1                 74

Библиографический список               77

 

 

Введение

Автомобиль благотворно  повлиял на состояние 

нравов: конокрадство почти прекратилось…

 

Современный автомобиль это  уже не просто кузов на колёсах  с двигателем и подвеской, зачастую это уже целая система, оборудованная  различной автоматикой. Так как транспортное средство это весьма динамичный объект, то безопасность является важнейшим пунктом в его структуре.

Различные корпорации разрабатывают  всё более сложные устройства для роста защищённости от угона  транспортного имущества. Соответственно растёт цена автомобиля, а вместе с  ней и его привлекательность  для угонщиков. Одной из первостепенных задач при этом является обеспечение  сохранности оставленного без присмотра  транспортного средства, для чего создаётся большое множество  самых разнообразных противоугонных средств и сигнализаций.

На сегодняшний день водитель может защитить своё личное средство передвижения очень многими способами. Это может быть как обычная  сигнализация с датчиком удара, так  и целый вычислительный комплекс позволяющий обнаружить потенциального злоумышленника ещё на подходе к  объекту. Устанавливаются всевозможные блокираторы, центральные замки, датчики  механического воздействия, иммобилайзер, сигнализации, радиоканалы GSM, навигация  о дислокации по «Глонасс» и многое другое.

Среди всех этих приспособлений стоит выделить датчики объёма или, как стоит их правильно называть, датчики проникновения в салон, которые являются на сегодняшний день надёжным гарантом защиты от угона.

 

1. Анализ существующих конструкций

Охранная система представляет собой взаимосвязанный механизм, элементами которого являются: электрооборудование  автомобиля и специализированные датчики (рис.1.1). Анализируя информацию, передающуюся через эти элементы (например, шумы бортовой сети автомобиля), авто-сигнализация выполняет запрограммированные действия.

Рисунок 1.1 Охранная система автомобиля.

Таким образом, результат  работы охранной системы автомобиля во многом зависит от четкой работы датчиков. Датчики могут быть:

• встроены в базовый блок сигнализации;
• приобретены отдельно.

Существует много видов  датчиков, работающих по разным принципам, среди которых можно выделить основные:

• Датчик ударов – фиксирует покачивание автомобиля, звон разбитого стекла. Если качество датчика высокое, то фиксации подлежат также простукивание и удары.
• Датчик движения. Определяет изменение нескольких координат автомобиля. Благодаря датчику движения вы будете в курсе, если ваш автомобиль подвергнут буксировке или эвакуации со стоянки, о включенной передаче при дистанционном старте двигателя или демонтаже колес, то есть о любом несанкционированном движении машины (в том числе наклона кузова).
• Ультразвуковой датчик. Правильная работа датчика возможна только в акустически замкнутом пространстве, каковым является салон автомобиля с плотно закрытыми окнами. Эффективен для извещения о проникновении в салон или кузов.
• Радарный, радиоволновый или микроволновый датчик. Фиксирует движение объекта в зоне чувствительности. В отличие от ультразвукового датчика, датчик объема способен зафиксировать движение не только в закрытом пространстве, но и за его пределами.
• Инфракрасные датчики. Фиксируют перемещение объектов, излучающих тепло (в частности, человека).
• Сенсорные датчики. Способны фиксировать даже небольшое касание к изолированным металлическим поверхностям автомобиля.
• Звуковые (акустические) датчики. Фиксируют тревожные звуки, будь то скрежет металла/пластика или звон разбитого стекла.
• Световые и лазерные охранные периметры. Наглядный пример можно увидеть в любом боевике про ограбление банка, выглядит, если честно, эффектно.

Все перечисленные датчики  по-своему эффективны, но лучший результат  дадут комбинированные устройства. Подобные датчики предоставляют  анализу несколько физических событий, что полнее описывает картину  происходящего (следовательно, дают меньше ложных тревог). 

Из вышеприведённого списка т.н. датчиками объема можно назвать следующие: акустический, ультразвуковой, микроволновый (СВЧ), инфракрасный и лазерный (световой). Однако, как таковых объёмных датчиков не существует, т.к. на самом деле измеряется не объём или его изменение, а факт проникновения в салон постороннего объекта или вскрытие транспортного средства. Рассмотрим действие каждого из них, выявим их достоинства и недостатки.

 

Микроволновые (СВЧ)

Этот тип детектора  основан на эффекте Доплера. Это активный датчик с приемником и передатчиком размещенными в одном корпусе и настроенными на частоту около 10 ГГц  (рис. 1.2). Главная составляющая - это модуль приемника-передатчика. Угол поля детектирования датчика составляет 150", а радиус действия распространяется, на сколько десятков метров. Электромагнитные волны диапазона СВЧ не проходят сквозь толстый бетон и металлические перегородки, но проникают сквозь стекло и стены небольшой толщины. Хотя, пройдя препятствие, теряют мощность. Поэтому перемещения по краю охраняемой зоны - могут вызвать ложную тревогу. В таком случае следует ограничить мощность передатчика или извлечь пользу из этого неудобства, а именно: реализовать предупредительный сигнал, информирующий о приближении к охраняемой территории. В целом микроволновые датчики надежны и защищены от промышленных электрических и радиопомех, а также от попыток ослепления приемника мощным внешним источником электромагнитных волн диапазона СВЧ.

Датчик реагирует на движение в салоне автомобиля, поэтому его  ложное срабатывание сведено к минимуму, если датчик сработал, это значит, что  в салоне автомобиля все-таки что-то происходит.

Рисунок 1.2 Внешний вид СВЧ датчика.

Датчики различаются по принципу действия. Некоторые используют пространство внутри автомобиля как поле некоего конденсатора, включенного в колебательный контур высокой частоты, и любое изменение объема этого поля вызывает или изменение частоты или срыв генерации. Контур постоянно подстраивается на грань срыва генерации, таким образом, достигается требуемая чувствительность. Другие выпускают порции микроволнового излучения и слушают отклик, как настоящие радарные системы.

 Двухзонные радарные  датчики  могут охранять пространство внутри машины и вокруг нее. На рисунке 1.3 показана схема подключения такого датчика.

Рисунок 1.3 Схема подключения FALCON MWS-2A.

Акустические

Акустические датчики  анализируют уровень шума внутри салона и по периметру автомобиля. Если превышен порог уровня звука, то происходит включение сигнала тревоги. В датчике есть специальный фильтр, который позволяет исключить кратковременные колебания звука, обусловленные паразитными шумами. Сделано это для того, чтобы не допустить ложные срабатывания. В то же время на звон разбитого стекла или вскрытой двери датчик среагирует незамедлительно. Ниже показаны варианты устройства акустических датчиков (рис.1.4 и рис.1.5).

Рисунок 1.4 Пример акустического датчика разбития стекла.

 

Рисунок 1.5 Акустический датчика разбития стекла PATROL-601.

Ультразвуковые (УЗ)

Ультразвуковые датчики  объема стали доступными для рядовых  потребителей еще в начале 90-х. Очень  удобно то, что эти датчики малогабаритны  – как правило, они выполняются  в виде маленького микрофона, который  размещают открыто, со стороны лобового стекла.

Ультразвуковой датчик или  ультрасоник реагирует на движение внутри салона, а так же на открытие дверей или окон. Принцип работы датчика основан так же на эффекте Доплера, т.е. частота отраженной волны от движущегося предмета отлична от частоты отраженной волны от предмета, остающегося на одном месте. В зависимости от производителя устройства, частота, на которой оно работает, находится в диапазоне от 22 до 40 кГц. Чаще всего - это 40 кГц.  Два пьезоэлемента, один настроен на излучение, а второй на прием отраженного ультразвука. Излучение направляется так, чтобы любой предмет в зоне излучения изменял поток принимаемого ультразвука (рис. 1.6). Приемник фиксирует изменение ультразвукового потока. На рисунке 1.7 показаны 2 варианта организации приёма-передачи в УЗ детекторе. Поскольку ультразвуковые приемники очень чувствительны к изменению частоты, это приводит к ослаблению и потере принимаемого сигнала. Последнее событие анализируется электронной схемой, которая определяет наличие условия включения тревоги. Радиус действия ультразвуковых датчиков около 10-12 м. В большинстве случаев ультразвуковые волны не проходят сквозь преграду, охраняя лишь салон автомобиля, а колеса и зеркала остаются безо всякого присмотра. Из-за своих особенностей ультразвуковые датчики объема могут ложно срабатывать, и поэтому на сегодня они все больше уступают место другим видам охраны автомобиля.

 

Рисунок 1.6 Варианты установки УЗ сигнализации в салоне автомобиля.

Рисунок 1.7 Старый (вверху) и современный (внизу) способы организации приёма-передачи УЗ сигнала.

Датчик эффективно работает только при закрытых дверях и поднятых стеклах, обычный сквозняк или залетевшая муха приведут к срабатыванию системы. Так же предметы (сиденья), которые находятся в салоне, способны ограничивать действие этих датчиков, создавая при этом области экранирования ("мертвые зоны"), в которых устройство может не отреагировать на движения нарушителей. Ультразвуковые датчики реагируют лишь на сильные изменения потока отраженного ультразвука, поэтому если двигаться медленно, то можно из салона можно вытащить все, что угодно. Это, конечно, маловероятно, ведь грабителям, как правило, хочется поскорее совершить кражу. Пример датчика показан на рисунке 1.8.