基于单片机的大货车防偷油系统设计

基于单片机的大货车防偷油系统设计与实现

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1. 系统功能概述

随着货运行业的快速发展，大型货车长途运输频繁，而车辆油箱容量大、加油次数多，使得偷油现象屡见不鲜，造成严重的经济损失。为了有效预防和监控油箱安全，本文设计了一种基于单片机控制的大货车防偷油系统。系统通过多传感器融合技术与单片机智能判断逻辑，实现人体靠近检测、距离监测报警以及油箱液位实时监控等功能，能够在司机不在现场时自动识别可疑行为并发出声光报警，有效防止偷油行为的发生。

本系统以STC89C52单片机为核心控制单元，配合红外热释电传感器、超声波测距模块、液位传感器、蜂鸣器、LED指示灯和显示模块构成。系统的功能主要包括：

1. 红外防护监测功能：当有人靠近油箱时，红外传感器检测人体红外信号，若持续检测到人体信号超过设定时间，系统启动报警。
2. 距离监测报警功能：利用超声波传感器检测目标与油箱的距离，若有人接近至危险范围（例如0.5米以内）并停留一定时间，自动触发报警。
3. 油箱液位监控功能：通过液位传感器实时监测油箱油量，当油量下降超过设定阈值时，自动判断是否为非正常偷油行为并报警。
4. 声光报警功能：当检测到异常事件，系统通过蜂鸣器和红色LED灯发出声光警示。
5. 信息显示功能：通过LCD1602显示当前油量、报警状态及检测模式，方便司机实时查看。

本系统具有高灵敏度、高可靠性及低功耗等特点，能够在复杂环境下稳定运行，为车辆油箱安全提供保障。

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2. 系统电路设计

系统主要由单片机最小系统电路、红外人体检测电路、超声波测距电路、液位检测电路、报警与显示电路、电源模块等部分组成。各模块之间通过单片机I/O口进行数据交互，构成完整的智能检测与控制体系。

2.1 单片机最小系统设计

系统的核心控制单元采用STC89C52单片机。该单片机基于8051内核，具有高速、低功耗、丰富的I/O口以及中断资源，适合多传感器信号处理应用。最小系统包括晶振电路、复位电路和电源接口：

• 晶振电路：采用11.0592MHz晶振，为系统提供稳定的时钟信号。
• 复位电路：使用上拉电阻与电容构成RC复位网络，保证上电后单片机自动进入初始状态。
• 电源输入：系统工作电压为5V，由DC-DC模块稳定输出。

2.2 红外人体检测模块

该模块采用热释电红外传感器（PIR）实现人体靠近检测。当有人靠近油箱时，人体的红外辐射会被传感器感应到，并输出高电平信号给单片机。单片机通过检测该信号变化判断是否有人靠近。

模块特点如下：

• 检测距离：0~5米；
• 输出方式：数字电平信号；
• 响应时间快，对静止物体无响应，有效防止误报；
• 在系统中主要用于判断是否有人在油箱周围停留。

红外检测模块的信号输入端接单片机的P1.0端口，当P1.0检测到高电平持续时间超过设定阈值（例如5秒），则系统进入报警预警状态。

2.3 超声波距离检测模块

距离检测采用HC-SR04超声波模块。该模块通过发送超声波信号并接收其反射波来计算目标与油箱之间的距离。单片机通过测量超声波往返时间计算出距离值，并与设定阈值比较。

主要参数：

• 测距范围：2cm~400cm；
• 测距精度：±3mm；
• 触发信号：10μs高电平；
• 回波信号：根据距离返回的脉宽信号。

在程序中，当检测距离小于设定值（例如50cm）并持续一定时间（例如3秒）时，系统认为有人靠近油箱并启动报警模块。

2.4 油箱液位检测模块

液位检测模块用于监测油箱内的油量变化，可采用浮子式液位传感器或模拟输出型油位传感器。模拟信号经过ADC0832模数转换芯片转换为数字信号后输入单片机。

工作原理如下：

• 当油量正常时，液位传感器输出的电压值稳定；
• 当油量突然下降超过阈值（如下降10%以内时间内完成），单片机判断为异常偷油事件；
• 系统立即触发声光报警，提示司机。

2.5 声光报警与指示模块

报警模块由蜂鸣器与LED灯组成：

• 蜂鸣器：用于发出高频警报声；
• 红色LED灯：闪烁显示报警状态；
• 绿色LED灯：表示系统工作正常；
• 黄色LED灯：表示预警状态。

单片机通过控制端口输出高低电平实现蜂鸣器和LED的控制逻辑。

2.6 显示模块设计

显示部分采用LCD1602液晶模块，用于显示当前油量百分比、检测状态和报警提示。显示内容包括：

• 当前油量：如“Oil: 78%”；
• 系统状态：“Normal”、“Alert”、“Alarm”；
• 距离信息：“Dist: 0.45m”。

单片机通过P0口和P2口与LCD模块并行通信，实现数据与命令的传输。

2.7 电源模块

整个系统采用12V车载电源输入，经DC-DC模块转换为5V，为单片机、传感器和显示模块供电。电源部分加入滤波电容与反接保护二极管，保证系统在车载环境下稳定运行。

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3. 系统程序设计

系统程序采用模块化结构设计，主要包括初始化模块、红外检测模块、距离检测模块、液位监测模块、报警模块、显示模块等。主程序通过循环判断传感器输入信号状态，根据逻辑条件执行相应控制操作。

3.1 主程序结构

主程序负责系统初始化与主循环控制。系统运行后，首先完成各模块初始化，然后循环执行监测任务，实现实时防护。

#include <reg52.h>
#include "lcd1602.h"
#include "adc0832.h"
#include "hc_sr04.h"
#include "pir.h"
#include "beep.h"float distance;
unsigned char oil_level;
bit alert_flag = 0;void main() {system_init();while (1) {distance = get_distance();oil_level = get_oil_level();pir_detect();check_alert(distance, oil_level);lcd_display(distance, oil_level);}
}

3.2 红外人体检测程序

红外检测程序通过读取PIR传感器信号判断是否有人靠近。当检测到高电平信号持续3秒以上，则触发预警。

void pir_detect(void) {if (P1_0 == 1) {delay_ms(3000);if (P1_0 == 1) alert_flag = 1;} else {alert_flag = 0;}
}

3.3 超声波距离检测程序

通过测量超声波回波时间计算人与油箱的距离，若距离小于设定值则进入报警状态。

float get_distance(void) {unsigned int time;float dist;TRIG = 1;delay_us(10);TRIG = 0;while(!ECHO);TR0 = 1;while(ECHO);TR0 = 0;time = TH0 * 256 + TL0;dist = (time * 1.7) / 100;return dist;
}

3.4 油箱液位检测程序

通过ADC0832采集油位模拟信号，并计算油量百分比。若油量下降超过阈值，系统报警。

unsigned char get_oil_level(void) {unsigned char value = ADC0832_Read(0);return (value * 100) / 255;
}

3.5 报警控制程序

系统根据检测结果判断是否触发报警。当检测到靠近人员或油量下降异常时，蜂鸣器发声，红灯闪烁。

void check_alert(float dist, unsigned char level) {if (alert_flag || dist < 50 || level < 20) {beep_on();LED_RED = 1;LCD_ShowString(1, 0, "!!! ALERT !!!");} else {beep_off();LED_RED = 0;}
}

3.6 显示模块程序

LCD模块显示当前油量、距离及状态，帮助司机实时了解系统状态。

void lcd_display(float dist, unsigned char level) {LCD_ShowString(0, 0, "Oil:");LCD_ShowNum(0, 5, level, 3);LCD_ShowString(1, 0, "Dist:");LCD_ShowNum(1, 6, dist, 3);
}

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4. 系统特点与优势分析

1. 多重防护机制：通过红外+超声波+油位检测三重监控机制，降低误报率。
2. 自动化程度高：系统可全天候运行，无需人工干预。
3. 反应灵敏：红外检测响应时间短，超声波距离精度高。
4. 安全可靠：采用双重温控与电源保护，防止误触发和供电波动。
5. 易于扩展：可进一步扩展至GPS定位或4G通信，实现远程报警功能。

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5. 总结

本设计基于STC89C52单片机，结合红外、超声波与液位传感器，实现了大货车油箱防偷油系统的智能化监控。系统结构合理、功能齐全、响应迅速，能够有效识别可疑行为并实时报警。其模块化设计和高兼容性使其具备良好的应用推广价值，可广泛应用于物流运输、安全监控等领域，为车辆油箱安全管理提供了一种低成本、高可靠性的解决方案。