基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的汽車(chē)智能防盜系統設計分析論文
0 引言
目前的汽車(chē)防盜系統主要分為四種類(lèi)型： 機械式防盜裝置、電子防盜報警裝置、芯片式防盜裝置、網(wǎng)絡(luò )式防盜系統， 目前比較流行的是網(wǎng)絡(luò )式汽車(chē)防盜系統。GPS防盜系統具有車(chē)輛尋跡、定位、截停和車(chē)況報告的功能。通過(guò)衛星對車(chē)輛全天候監測實(shí)現盜后精確定位、快速尋回車(chē)輛。GPS 防盜系統技術(shù)先進(jìn)， 防盜效果好， 但是價(jià)格昂貴， 需要支付高昂的服務(wù)費用而無(wú)法普及;GSM 網(wǎng)絡(luò )防盜系統利用全球無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )， 可很好地預防車(chē)輛被盜， 而且成本很低。在警情發(fā)生的幾秒鐘內通過(guò)發(fā)短信或撥通車(chē)主手機進(jìn)行報告， 同時(shí)切斷汽車(chē)點(diǎn)火啟動(dòng)電路， 使汽車(chē)無(wú)法啟動(dòng)， 通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現不限時(shí)間、不限距離的遠程防盜， 使人車(chē)“ 形影不離” ， 實(shí)現真正意義上的防盜功能。車(chē)聯(lián)網(wǎng)的興起， 為網(wǎng)絡(luò )式防盜系統提供了有力的技術(shù)支持。本文借鑒電子式和網(wǎng)絡(luò )式防盜的優(yōu)點(diǎn)，設計了一款基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的汽車(chē)智能防盜系統， 并完成了系統仿真， 搭建了硬件實(shí)驗平臺， 經(jīng)過(guò)仿真和實(shí)驗， 驗證了該系統的穩定性、遠程防盜及失盜追蹤性能。
1 系統設計
1.1 系統總體方案設計
車(chē)聯(lián)網(wǎng)包括車(chē)內網(wǎng)、車(chē)車(chē)網(wǎng)和車(chē)外網(wǎng)， 本系統基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)設計， 主要包括中央控制模塊、傳感器檢測模塊、iOS 平臺模塊、斷電控制模塊、報警及通信模塊。本系統采用51 單片機做為控制器， 高效、穩定、性?xún)r(jià)比高。模塊化設計利于系統測試及維護， 穩定性好; 利用現有通信網(wǎng)絡(luò )平臺， 信號穩定， 大大節約成本。系統可實(shí)現功能： 當人下車(chē)后， 車(chē)內系統處于睡眠狀態(tài)降低耗電量; 當車(chē)主的智能鑰匙進(jìn)入有效范圍， 汽車(chē)自動(dòng)解鎖， 直線(xiàn)位移傳感器檢測到車(chē)門(mén)車(chē)鎖的動(dòng)作，并將信號傳給單片機，1 min 后若駕駛座壓力傳感器壓力值達到設定范圍， 經(jīng)過(guò)單片機將兩種傳感器信息融合處理后， 控制防盜模塊關(guān)閉防盜系統; 若未檢測到車(chē)鎖動(dòng)作， 則通過(guò)振動(dòng)傳感器以及紅外人體感應傳感器來(lái)判斷是否有人強行侵入， 如果有人強行侵入， 則喚醒防盜系統， 開(kāi)啟斷點(diǎn)控制以及手機模塊啟動(dòng)防盜追蹤， 并通過(guò)GSM 將設定信息發(fā)送到車(chē)主設定手機; 車(chē)主可隨時(shí)通過(guò)手機遠程開(kāi)啟車(chē)內的防盜系統、查詢(xún)車(chē)輛狀況， 可解決鑰匙丟失帶來(lái)的隱患。
1.2 系統控制模塊設計
本系統主板由AT89C51 控制芯片和擴展電路組成，它是下位機車(chē)載系統的控制核心; 擴展電路根據下位機控制設計要求， 盡量保證控制系統的簡(jiǎn)單和可靠。該系統分為4 個(gè)模塊：I/O 模塊、A/D 模塊、通信模塊及單片機最小系統， 如圖2 所示。光敏電阻能夠檢測到車(chē)主是否有指示信號發(fā)送， 來(lái)確定是否開(kāi)啟防盜裝置; 斷電裝置可以切斷蓄電池電路， 來(lái)阻止盜賊啟動(dòng)車(chē)輛。redc 引腳用來(lái)控制紅外線(xiàn)裝置開(kāi)啟關(guān)閉，sc 引腳用于控制D觸發(fā)器的重置，GPSC 引腳用于控制GPS 、拍照裝置以及斷電裝置在手機信號單獨觸發(fā)下的開(kāi)啟關(guān)閉。緊急報警按鍵實(shí)現車(chē)主發(fā)生突發(fā)事件(如遭遇搶劫或交通事故)時(shí)自動(dòng)向公安機關(guān)報警及發(fā)出求救信號。
1.3 傳感器檢測信息融合設計
多傳感器信息融合是一門(mén)新興技術(shù)， 可有效地降低不確定性， 提高決策的.精確性, 大大降低誤報率， 本系統采用光敏電阻、紅外人體感應、直線(xiàn)位移、振動(dòng)和壓力傳感器， 利用這些傳感器提供的局部信息存在冗余和互補， 將其加以綜合， 形成與系統環(huán)境一致完整描述， 可降低其不確定性， 提高了決策、規劃和反應的快速性， 提高了防盜報警器的精確性。
(1) 光敏電阻能夠檢測到車(chē)主是否有指示信號發(fā)送，來(lái)確定是否開(kāi)啟防盜裝置。
(2 ) 直線(xiàn)位移傳感器能夠檢測到鎖扣動(dòng)作判斷智能鑰匙是否在有效范圍內， 確定車(chē)輛是安全狀態(tài)下打開(kāi)后關(guān)閉防盜裝置， 以防止誤報。本設計采用soway 磁致伸縮位移傳感器， 其使用壽命長(cháng)， 環(huán)境適應性強， 不需要定期維護， 絕對量輸出， 重啟無(wú)須重歸調零位。具有高精度、高穩定性、高可靠性、高重復性。
(3) 振動(dòng)傳感器可以檢測到是否車(chē)輛有大幅度振動(dòng)，例如由強行撬開(kāi)車(chē)門(mén)、砸碎車(chē)窗玻璃而引起的車(chē)身劇烈震動(dòng)，來(lái)確定是否是有人想要非法強行進(jìn)入或移動(dòng)車(chē)輛。
(4 ) 紅外人體感應電路和駕駛座壓力傳感器電路綜合檢測判斷是否有人在非法上車(chē)， 增強了系統的可靠性。人體感應傳感器采用DYP-ME003 ， 其可靠性強， 靈敏度高， 超低電壓工作模式， 其特點(diǎn)有： 全自動(dòng)感應、光敏控制、溫度補償等。
1.4 GSM 通信模塊設計
系統采用SIEMENS 公司的新一代無(wú)線(xiàn)通信模塊TC35i，配合相應的外圍電路可實(shí)現SMS 消息服務(wù)功能。TC35i共有40 個(gè)引腳, 通過(guò)zlF 連接器分別與電源、啟動(dòng)和關(guān)閉、SIM 卡、數據通信、狀態(tài)指示等電路連接。TC35 GSM模塊提供的命令接口符合GSM 07.05 和GSM 07.07 規范。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò )發(fā)來(lái)的短消息時(shí), 能夠通過(guò)串口向數據終端設備發(fā)送指示信息， 數據終端設備可以使用GSM AT 指令通過(guò)串口向GSM 模塊發(fā)送各種命令。通過(guò)AT 指令可以控制SMS 消息的接收與發(fā)送。系統處于設防狀態(tài)， 警情發(fā)生時(shí)， 人體感應模塊、振動(dòng)傳感器模塊采集車(chē)信息， 通過(guò)GSM 通信模塊發(fā)送到車(chē)主手機， 控制器啟動(dòng)聲光報警模塊進(jìn)行報警; 車(chē)主也可通過(guò)GSM 短信息隨時(shí)查詢(xún)汽車(chē)安全狀態(tài)， 當GSM 模塊收到車(chē)主信息時(shí)， 發(fā)送一個(gè)巡檢信號給單片機， 單片機經(jīng)過(guò)處理發(fā)出控制信號喚醒防盜系統， 拍攝5 張照片和GPS 電子截圖傳到云端賬號， 車(chē)主根據云端照片信息可以快速確定車(chē)輛狀態(tài)， 若是被盜可立即報警。
1.5 遠程防盜追蹤模塊設計
遠程防盜追蹤模塊主要由三部分組成： 斷電控制模塊、充放電模塊以及iOS 平臺模塊。手機控制電路可以根據信號撥打車(chē)主電話(huà)報警， 自動(dòng)開(kāi)啟照相裝置對犯罪嫌疑人連單片機控制系統框圖續拍照，并自動(dòng)上傳至網(wǎng)絡(luò )賬號。 隨即自動(dòng)開(kāi)啟GPS 軟件追蹤車(chē)輛位置， 并將信息借由圖片發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )上供車(chē)主查看， 根據照片信息可快速定位被盜車(chē)輛的位置及狀態(tài)， 及時(shí)報警， 可快速追回車(chē)輛并快速鎖定盜車(chē)疑犯。本系統采用的是Photo Stream( 照片流) 的功能通過(guò)這一服務(wù)， 所有iPhone 拍攝的照片會(huì )自動(dòng)推送至服務(wù)器， 然后服務(wù)器會(huì )將這些內容再推送到使用個(gè)人ID登錄過(guò)的每個(gè)蘋(píng)果設備上或者裝有mac os x 的蘋(píng)果電腦或者Windows 系統的電腦。在拍攝犯罪嫌疑人的照片以及GPS 跟蹤信息截圖后，圖片都會(huì )由iCloud 發(fā)至每個(gè)appleid 賬號設備， 機主可以通過(guò)在mac 電腦上登錄appleid 或者持有相同apple id 的iPhone 或者iPad 來(lái)查看照片，可快速鎖定車(chē)賊追回車(chē)輛。
1.6 iOS 模塊控制設計
iOS 模塊控制設計框圖。通過(guò)光敏電阻開(kāi)關(guān)控制TP5046 模塊的開(kāi)啟關(guān)閉， 實(shí)現給iOS 模塊供電以及控制activator 軟件的動(dòng)作的功能， 再通過(guò)activator軟件控制GPS 以及照相機的開(kāi)啟并將數據通過(guò)iCloud傳輸到iOS 設備中。當車(chē)主發(fā)現車(chē)鑰匙丟失時(shí)可以通過(guò)手機遙控iOS 模塊，iOS 模塊收到指示后會(huì )通過(guò)來(lái)電閃電路發(fā)出光亮， 被光敏電阻感知后開(kāi)啟前置照相機對犯罪嫌疑人拍照， 之后開(kāi)啟GPS。
1.7 斷電控制電路設計
根據點(diǎn)火原理設計的斷電控制電路， 將斷電裝置繼電器放置于蓄電池與點(diǎn)火線(xiàn)圈之間， 由單片機控制繼電器動(dòng)作， 防盜裝置開(kāi)啟時(shí)繼電器斷開(kāi)， 點(diǎn)火電路斷路不能點(diǎn)火; 防盜裝置關(guān)閉時(shí)繼電器閉合， 點(diǎn)火電路斷路可正常點(diǎn)火。此電路的設計可以增強車(chē)輛的安全性， 車(chē)輛非法進(jìn)入時(shí)， 自動(dòng)切斷啟動(dòng)電路阻止被盜。
2 系統軟件設計
防盜系統的軟件設計主要分為兩部分， 即信號檢測處理及防盜裝置控制。信號檢測處理部分為直線(xiàn)位移傳感器和振動(dòng)傳感器信號A/D 轉換以及信號接收處理，紅外發(fā)射信號以及紅外接收信號的處理。防盜裝置控制為控制斷電裝置以及GPS、拍照功能的開(kāi)啟及數據傳輸。
2.1 軟件設計及流程圖
首先確保裝置未啟動(dòng), 取消置1 端的作用確定D 觸發(fā)器SD/RD 無(wú)效， 檢測壓力傳感器信號， 低電平表示壓力傳感器動(dòng)作， 汽車(chē)正常解鎖應關(guān)閉防盜裝置， 此時(shí)還需判斷是否有來(lái)電， 低電平表示有來(lái)電， 要開(kāi)啟GPS 以及拍攝功能。如果壓力傳感器沒(méi)有動(dòng)作， 表示車(chē)沒(méi)有解鎖， 此時(shí)還需判斷是否有來(lái)電，0 表示有來(lái)電， 開(kāi)啟GPS以及拍攝功能， 檢測振動(dòng)傳感器輸入信號， 低電平表示振動(dòng)傳感器動(dòng)作， 啟動(dòng)紅外裝置， 如果有高低電平跳變表示有人侵入， 開(kāi)啟防盜裝置，。
2.2 系統仿真及分析
利用單片機開(kāi)發(fā)軟件Keil 編寫(xiě)程序并調試成功， 在仿真軟件Proteus 中進(jìn)行仿真， 取得了較好效果， 系統的整體仿真如圖4 所示，redc 、ch1 、ch2 、ch3 、ch4 分別模擬的是紅外發(fā)光管、紅外接收管、紅外重啟開(kāi)關(guān)、振動(dòng)傳感器以及光電傳感器。此截圖為有盜賊非法進(jìn)入車(chē)輛， 防盜系統工作圖， 此時(shí)紅外人體感應工作，GPS 啟動(dòng)運行，LED 燈D1 代表GSM 向車(chē)主發(fā)送車(chē)輛被盜信息， 此時(shí)紅外感應器工作，battery 啟動(dòng)攝像機拍照并開(kāi)啟GPS， 聲光報警啟動(dòng)，GPS 衛星電子地圖截圖以照片流方式自動(dòng)上傳云端服務(wù)賬號;LED 燈D2 代表車(chē)主向GSM 模塊發(fā)送車(chē)輛查詢(xún)信息。
2.3 系統測試及分析
根據仿真實(shí)驗結果， 通過(guò)制作實(shí)物， 進(jìn)行了多次實(shí)驗， 實(shí)驗結果表明該系統報警精準度為92%， 定位精度可達5 m， 證實(shí)了該系統比較穩定。車(chē)輛被盜后， 傳感器信息引發(fā)單片機啟動(dòng)GPS 電子地圖， 每隔幾分鐘連續截圖上傳到云端賬號， 車(chē)主可以通過(guò)手機、電腦、平板等終端登錄查看車(chē)輛位置信息， 及時(shí)報警追回車(chē)輛。云端存儲容量大， 而且不收費， 只要注冊一個(gè)賬號即可， 免去了昂貴的GPS 服務(wù)費。
3 結論
設計了基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的智能防盜系統， 采用多傳感器融合， 大大提高了決策的正確性， 該系統能在汽車(chē)被盜、破壞以及防盜系統被部分拆卸的情況下， 將相關(guān)信息發(fā)送到車(chē)主預先設定的手機等通信設備， 拍攝盜車(chē)賊的照片并傳送至網(wǎng)絡(luò )， 打開(kāi)GPS 電子地圖追蹤車(chē)輛位置， 實(shí)現了遠程監控和車(chē)輛失盜精確追蹤， 可實(shí)時(shí)了解汽車(chē)狀況和及時(shí)精準追蹤。通過(guò)仿真和實(shí)驗， 驗證了該系統的穩定性和高效性， 具有較高社會(huì )價(jià)值。
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