隨著電動(dòng)自行車的普及，電動(dòng)自行車被盜現(xiàn)象屢屢發(fā)生。電動(dòng)自行車所使用的電池是36V或48V的鉛酸蓄電池，十分笨重，很難搬動(dòng)。因此市民一般都將自己的電動(dòng)自行車停放在自家樓下，從家里引出兩根電線對(duì)電動(dòng)自行車上的蓄電池進(jìn)行充電，無人看守。而電動(dòng)自行車自帶的報(bào)警器大多是用振動(dòng)傳感器來實(shí)現(xiàn)報(bào)警，在室外容易被破壞，導(dǎo)致電動(dòng)自行車頻頻被盜。為此，我們開發(fā)了一種新的室內(nèi)在線防盜裝置，利用給電動(dòng)自行車蓄電池充電用的那兩根電線，通過在線檢測(cè)蓄電池的電壓和電流信號(hào)，送入AT89C2051單片機(jī)進(jìn)行邏輯判斷。

它具有防盜、防短路、防長(zhǎng)時(shí)間充電、充電完成自動(dòng)切斷電源等功能，并且本身用電量極小，一對(duì)5號(hào)電池可使用一年以上。

電動(dòng)自行車蓄電池的充電形式電動(dòng)自行車在線防盜裝置必須在用戶給電動(dòng)自行車充電和不充電兩種情況下都能發(fā)揮作用。在這里有必要對(duì)電動(dòng)自行車充電器進(jìn)行分析。電動(dòng)自行車用蓄電池大多為鉛酸蓄電池，這主要是由于鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。目前，市場(chǎng)上的充電器主要是按脈沖快速充電法設(shè)計(jì)的，所采用的充電方法將整個(gè)充電過程分為了預(yù)充電、脈沖快速充電、補(bǔ)足充電、浮充電4個(gè)階段。

在快速充電過程中，采用分級(jí)定電流脈沖快速充電法，將充電電流分成三級(jí)，開始充電時(shí)采用大電流，隨著電池電量的增加，電壓逐漸升高，電流等級(jí)開始降低?？焖俪潆娊K止后，電池并不一定充足電，為了保證電池充入100％的電量，還要采用恒壓充電對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)足充電，可使電池容量快速恢復(fù)。此時(shí)充電電流逐漸減小，當(dāng)電流下降至某一閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入浮充階段。此階段主要用來補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)，此時(shí)也標(biāo)志著充電過程已結(jié)束。

由以上分析可知：充電器給蓄電池充電過程是連續(xù)的，但充電電流是變化的，正常充電電流在0.3A～3A范圍內(nèi)變化。

工作原理本裝置是放在用戶室內(nèi)的，可以防止自身被破壞。使用時(shí)，將本裝置串接在充電器和電動(dòng)自行車之間，其輸出端用兩根長(zhǎng)導(dǎo)線與室外的電動(dòng)自行車蓄電池相連(如圖l所示)，用兩節(jié)干電池給單片機(jī)供電。單片機(jī)通過檢測(cè)充電器電壓Ui和蓄電池電壓Uo以及充電電流I即可判斷電池是否存在。

其原理如下：當(dāng)用戶接通充電器電源給蓄電池充電時(shí)，電壓Ui和Uo同時(shí)存在，在線防盜裝置中的單片機(jī)發(fā)出指令，使繼電器吸合，充電器給蓄電池充電。一分鐘后開始檢測(cè)電流I,判斷是否在充電。如果電流存在，單片機(jī)會(huì)發(fā)出充電指示信號(hào)。在此過程中，一旦發(fā)現(xiàn)電流I不存在，在線防盜裝置會(huì)立即斷開繼電器，并檢測(cè)電壓Ui和Uo，如果電壓Uo不存在，則電流消失是因?yàn)殡妱?dòng)自行車被盜引起的，防盜裝置立即報(bào)警；如果電壓Ui和Uo都存在，則電流消失是因?yàn)殡姵匾殉錆M，充電器停止了給電池充電，單片機(jī)會(huì)發(fā)出保護(hù)指示；如果電壓Ui不存在，單片機(jī)會(huì)發(fā)出停電指示。不論用戶是否接通了充電器電源，只要將充電線插接到了電動(dòng)自行車上，在線防盜裝置就會(huì)自動(dòng)檢測(cè)電壓UO，一旦UO消失。防盜裝置立即報(bào)警。

如果小偷想偷車，這兩根和蓄電池連接的導(dǎo)線將會(huì)很難處理，將其斷開，充電電流會(huì)消失，繼電器斷開后電壓Uo將為零，將其短接，電壓Uo也將為零，防盜裝置都會(huì)報(bào)警。若是主人要取走電動(dòng)自行車，只要按一下防盜裝置上的防盜撤消按鍵，防盜裝置便會(huì)在3分鐘內(nèi)不報(bào)警。

整機(jī)電路原理及功能說明整機(jī)電路如圖2所示，該電路包括充電器電壓檢測(cè)電路、電池電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、電源供給電路、繼電器驅(qū)動(dòng)電路和揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路等。

除了上面所述的防盜功能，充電完成自動(dòng)斷開功能、停電提示功能和防短路功能外，還具有防長(zhǎng)時(shí)間充電功能。

一般說來，快速充電器對(duì)蓄電池充電的時(shí)間一般在6～8個(gè)小時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的過程中，在線防盜裝置中的單片機(jī)計(jì)時(shí)，如果充電時(shí)間大于10個(gè)小時(shí)，單片機(jī)會(huì)斷開繼電器，切斷充電器和電動(dòng)自行車的回路，防止電池過充電。當(dāng)用戶按下撤消按鍵后取走電動(dòng)自行車或報(bào)警3分鐘后，蓄電池的電壓不存在，單片機(jī)自動(dòng)進(jìn)入休眠省電模式，當(dāng)充電器或電動(dòng)自行車蓄電池再次和在線防盜裝置接上時(shí)，通過電壓檢測(cè)電路產(chǎn)生的中斷喚醒單個(gè)在線防盜裝置可從電動(dòng)自行車蓄電池上獲取工作電源，當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入休眠模式時(shí)，兩節(jié)干電池提供的總功率小于5mW，保證干電池可以長(zhǎng)時(shí)間使用。我們沒有在防盜裝置上安裝電源開關(guān)，目的是讓用戶使用更加方便，同時(shí)確保防盜裝置隨時(shí)能自動(dòng)投入工作。

電路結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)

1.電流檢測(cè)如圖3所示，電阻R6和R7組成分壓電路，為電流檢測(cè)提供電壓基準(zhǔn)，提高電流檢測(cè)的抗干擾能力。電容C4是濾波電容，提高電壓基準(zhǔn)的穩(wěn)定度。5A的保險(xiǎn)管既作短路保護(hù)，又作小電阻用來檢測(cè)電流的存在。當(dāng)充電電流從OUT-端口流向IN-端口(I≥0.3A)，在保險(xiǎn)管兩端會(huì)建立一小電壓(U≤0.4V)，此時(shí)保護(hù)二極管VD1不導(dǎo)通。該電壓經(jīng)R9和C5組成的低通濾波器濾波后和基準(zhǔn)電壓比較，在比較器LM339的1腳輸出高電平。短路時(shí)，保險(xiǎn)管則會(huì)熔斷，由于開關(guān)電源和電池的電壓不一定相等，OUT一端的電壓有可能高于地電壓，可能將比較器和其它元件燒壞，這時(shí)保護(hù)二極管VD1導(dǎo)通，比較器LM339的7腳電壓被鉗制在0.7V左右，從而保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。其優(yōu)點(diǎn)是能很精確地判斷是否處于電池充電、電線短路或電動(dòng)自行車被盜狀態(tài)，并實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)或報(bào)警措施。

2.充電器及蓄電池電壓檢測(cè)充電器電壓檢測(cè)電路如圖4所示，電阻R1和R2組成分壓電路，將充電器電壓降壓，電容C1是濾波電容，濾除輸入電壓中的脈動(dòng)成分，防止電壓脈沖引起系統(tǒng)誤動(dòng)作。電阻R4和R5組成分壓電路，為輸入電壓檢測(cè)提共電壓基準(zhǔn)，提高電壓檢測(cè)的抗干擾能力，電容C3是濾波電容，提高電壓基準(zhǔn)的穩(wěn)定度。當(dāng)輸入電壓U≥32V時(shí)，比較器LM339輸出低電平。蓄電池電壓檢測(cè)電路與充電器電壓檢測(cè)電路類似且共用同一電壓基準(zhǔn)。其優(yōu)點(diǎn)是能很精確地獲得充電狀態(tài)、停電狀態(tài)、電動(dòng)自行車被盜、電動(dòng)自行車被主人取走的狀態(tài)信息，使電動(dòng)自行車防盜裝置能夠根據(jù)不同的狀態(tài)進(jìn)行不同的模式轉(zhuǎn)換，達(dá)到最佳的效果。

3.繼電器驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示，繼電器的工作電源由開關(guān)電源提供。IN+端口和OUT+端口分別接在繼電器的常開接點(diǎn)上，將開關(guān)電源和電池之間斷開?？紤]該電路工作在電壓波動(dòng)范圍在32V至58V的系統(tǒng)中，故繼電器的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)成可控的恒流源電路。圖中，電阻R12、R13、R14，三極管VT2，二極管VD2～VD5和繼電器組成經(jīng)典的恒流源電路。R12為限流電阻，R13為三極管提供基極偏置。二極管VD2～VD5串聯(lián)，形成穩(wěn)定的2.7V的基準(zhǔn)電壓。電流大小可由公式得出:Iref=(2.7—0.7)／R14=29.4mA。三極管的基極直接與單片機(jī)P1.5口相接，當(dāng)P1.5為低電平時(shí)，三極管VT2截止，繼電器斷開;當(dāng)P1.5為高電平時(shí)，三極管VT2處于放大狀態(tài)，繼電器得電吸合，開關(guān)電源和電池接通，從而實(shí)現(xiàn)了可控恒流源的設(shè)計(jì)。

另外二極管VD2～VD5串聯(lián)還組成保護(hù)電路。由于單片機(jī)使用的是3V電源，而開關(guān)電源和電池的電壓都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于3V，為保證在恒流源發(fā)生故障時(shí)，不致燒壞單片機(jī)及其它器件，我們?cè)O(shè)計(jì)了用二極管VD2～VD5串聯(lián)兼保護(hù)電路。當(dāng)三極管VT2的基極和集電極擊穿時(shí)，較大的電流會(huì)通過二極管VD2～VD5流入地，而基極電壓仍被鉗制在2.7V左右。即使電流超過了二極管的最大流過的電流發(fā)生擊穿，由于二極管擊穿就出現(xiàn)短路，從而限制了電壓的升高，防止了高電壓竄入損壞電子元件，有效地保證了系統(tǒng)的可靠性。

實(shí)測(cè)結(jié)果我們用一輛帶48V鉛酸蓄電池的電動(dòng)自行車及其自帶的開關(guān)電源充電器進(jìn)行了多次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如下：將電動(dòng)自行車在線防盜裝置串接在充電器和電動(dòng)自行車之間后，電壓檢測(cè)電路產(chǎn)生的中斷喚醒單片機(jī)，單片機(jī)自動(dòng)合上繼電器，接通充電器對(duì)電池充電，并發(fā)出充電指示信號(hào)(快速閃爍一次)。在充電過程中，如果直接拔掉與蓄電池連接的充電引線，在線防盜裝置會(huì)立即發(fā)出尖銳的報(bào)警聲。當(dāng)用戶自己要使用電動(dòng)自行車時(shí)，先按撤消鍵，報(bào)警器會(huì)發(fā)出提示聲，指示燈連續(xù)閃爍，3分鐘內(nèi)拔掉與蓄電池連接的充電引線，在線防盜裝置不會(huì)報(bào)警。

3分鐘后，單片機(jī)再檢查電池的電壓，若電壓存在，則自動(dòng)進(jìn)入充電狀態(tài)，反之則自動(dòng)進(jìn)入休眠狀態(tài)。如果拔掉充電器，指示燈會(huì)發(fā)出停電指示(慢速閃爍兩次)。當(dāng)電池充滿或充電時(shí)間超過10個(gè)小時(shí)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)斷開繼電器，防止過充電發(fā)出保護(hù)信號(hào)(快速閃爍兩次)。

實(shí)際使用表明，本在線防盜裝置能夠較好地保護(hù)電動(dòng)自行車，因?yàn)殡妱?dòng)自行車在線防盜裝置是放在用戶家里的，不會(huì)被盜車賊破壞，連接到電動(dòng)自行車上的兩根電源線如果被短接或斷開，在線防盜裝置都會(huì)報(bào)警。也是因?yàn)殡妱?dòng)自行車在線防盜裝置是放在用戶家里的，報(bào)警后很容易引起警覺，可有效防止電動(dòng)自行車被盜。當(dāng)然，它的缺點(diǎn)也很明顯，要想電動(dòng)自行車在線防盜裝置起作用，必須和電動(dòng)自行車接好，可能需要比較長(zhǎng)的電線，使用不夠方便。