基于車聯(lián)網(wǎng)的汽車智能防盜系統(tǒng)設(shè)計分析論文
0 引言
目前的汽車防盜系統(tǒng)主要分為四種類型： 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(tǒng)， 目前比較流行的是網(wǎng)絡(luò)式汽車防盜系統(tǒng)。GPS防盜系統(tǒng)具有車輛尋跡、定位、截停和車況報告的功能。通過衛(wèi)星對車輛全天候監(jiān)測實現(xiàn)盜后精確定位、快速尋回車輛。GPS 防盜系統(tǒng)技術(shù)先進， 防盜效果好， 但是價格昂貴， 需要支付高昂的服務(wù)費用而無法普及;GSM 網(wǎng)絡(luò)防盜系統(tǒng)利用全球無線通信網(wǎng)絡(luò)， 可很好地預(yù)防車輛被盜， 而且成本很低。在警情發(fā)生的幾秒鐘內(nèi)通過發(fā)短信或撥通車主手機進行報告， 同時切斷汽車點火啟動電路， 使汽車無法啟動， 通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)不限時間、不限距離的遠程防盜， 使人車“ 形影不離” ， 實現(xiàn)真正意義上的防盜功能。車聯(lián)網(wǎng)的興起， 為網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)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，設(shè)計了一款基于車聯(lián)網(wǎng)的汽車智能防盜系統(tǒng)， 并完成了系統(tǒng)仿真， 搭建了硬件實驗平臺， 經(jīng)過仿真和實驗， 驗證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、遠程防盜及失盜追蹤性能。
1 系統(tǒng)設(shè)計
1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計
車聯(lián)網(wǎng)包括車內(nèi)網(wǎng)、車車網(wǎng)和車外網(wǎng)， 本系統(tǒng)基于車聯(lián)網(wǎng)設(shè)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(tǒng)采用51 單片機做為控制器， 高效、穩(wěn)定、性價比高。模塊化設(shè)計利于系統(tǒng)測試及維護， 穩(wěn)定性好; 利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)平臺， 信號穩(wěn)定， 大大節(jié)約成本。系統(tǒng)可實現(xiàn)功能： 當(dāng)人下車后， 車內(nèi)系統(tǒng)處于睡眠狀態(tài)降低耗電量; 當(dāng)車主的智能鑰匙進入有效范圍， 汽車自動解鎖， 直線位移傳感器檢測到車門車鎖的動作，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(shè)定范圍， 經(jīng)過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(tǒng); 若未檢測到車鎖動作， 則通過振動傳感器以及紅外人體感應(yīng)傳感器來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(tǒng)， 開啟斷點控制以及手機模塊啟動防盜追蹤， 并通過GSM 將設(shè)定信息發(fā)送到車主設(shè)定手機; 車主可隨時通過手機遠程開啟車內(nèi)的防盜系統(tǒng)、查詢車輛狀況， 可解決鑰匙丟失帶來的隱患。
1.2 系統(tǒng)控制模塊設(shè)計
本系統(tǒng)主板由AT89C51 控制芯片和擴展電路組成，它是下位機車載系統(tǒng)的控制核心; 擴展電路根據(jù)下位機控制設(shè)計要求， 盡量保證控制系統(tǒng)的簡單和可靠。該系統(tǒng)分為4 個模塊：I/O 模塊、A/D 模塊、通信模塊及單片機最小系統(tǒng)， 如圖2 所示。光敏電阻能夠檢測到車主是否有指示信號發(fā)送， 來確定是否開啟防盜裝置; 斷電裝置可以切斷蓄電池電路， 來阻止盜賊啟動車輛。redc 引腳用來控制紅外線裝置開啟關(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)下的開啟關(guān)閉。緊急報警按鍵實現(xiàn)車主發(fā)生突發(fā)事件(如遭遇搶劫或交通事故)時自動向公安機關(guān)報警及發(fā)出求救信號。
1.3 傳感器檢測信息融合設(shè)計
多傳感器信息融合是一門新興技術(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(tǒng)采用光敏電阻、紅外人體感應(yīng)、直線位移、振動和壓力傳感器， 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(tǒng)環(huán)境一致完整描述， 可降低其不確定性， 提高了決策、規(guī)劃和反應(yīng)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主是否有指示信號發(fā)送，來確定是否開啟防盜裝置。
(2 ) 直線位移傳感器能夠檢測到鎖扣動作判斷智能鑰匙是否在有效范圍內(nèi)， 確定車輛是安全狀態(tài)下打開后關(guān)閉防盜裝置， 以防止誤報。本設(shè)計采用soway 磁致伸縮位移傳感器， 其使用壽命長， 環(huán)境適應(yīng)性強， 不需要定期維護， 絕對量輸出， 重啟無須重歸調(diào)零位。具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性、高重復(fù)性。
(3) 振動傳感器可以檢測到是否車輛有大幅度振動，例如由強行撬開車門、砸碎車窗玻璃而引起的車身劇烈震動，來確定是否是有人想要非法強行進入或移動車輛。
(4 ) 紅外人體感應(yīng)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， 增強了系統(tǒng)的可靠性。人體感應(yīng)傳感器采用DYP-ME003 ， 其可靠性強， 靈敏度高， 超低電壓工作模式， 其特點有： 全自動感應(yīng)、光敏控制、溫度補償?shù)取?/p>
1.4 GSM 通信模塊設(shè)計
系統(tǒng)采用SIEMENS 公司的新一代無線通信模塊TC35i，配合相應(yīng)的外圍電路可實現(xiàn)SMS 消息服務(wù)功能。TC35i共有40 個引腳, 通過zlF 連接器分別與電源、啟動和關(guān)閉、SIM 卡、數(shù)據(jù)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(guī)范。在短消息模塊收到網(wǎng)絡(luò)發(fā)來的短消息時, 能夠通過串口向數(shù)據(jù)終端設(shè)備發(fā)送指示信息， 數(shù)據(jù)終端設(shè)備可以使用GSM AT 指令通過串口向GSM 模塊發(fā)送各種命令。通過AT 指令可以控制SMS 消息的接收與發(fā)送。系統(tǒng)處于設(shè)防狀態(tài)， 警情發(fā)生時， 人體感應(yīng)模塊、振動傳感器模塊采集車信息， 通過GSM 通信模塊發(fā)送到車主手機， 控制器啟動聲光報警模塊進行報警; 車主也可通過GSM 短信息隨時查詢汽車安全狀態(tài)， 當(dāng)GSM 模塊收到車主信息時， 發(fā)送一個巡檢信號給單片機， 單片機經(jīng)過處理發(fā)出控制信號喚醒防盜系統(tǒng)， 拍攝5 張照片和GPS 電子截圖傳到云端賬號， 車主根據(jù)云端照片信息可以快速確定車輛狀態(tài)， 若是被盜可立即報警。
1.5 遠程防盜追蹤模塊設(shè)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(jù)信號撥打車主電話報警， 自動開啟照相裝置對犯罪嫌疑人連單片機控制系統(tǒng)框圖續(xù)拍照，并自動上傳至網(wǎng)絡(luò)賬號。 隨即自動開啟GPS 軟件追蹤車輛位置， 并將信息借由圖片發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上供車主查看， 根據(jù)照片信息可快速定位被盜車輛的位置及狀態(tài)， 及時報警， 可快速追回車輛并快速鎖定盜車疑犯。本系統(tǒng)采用的是Photo Stream( 照片流) 的功能通過這一服務(wù)， 所有iPhone 拍攝的照片會自動推送至服務(wù)器， 然后服務(wù)器會將這些內(nèi)容再推送到使用個人ID登錄過的每個蘋果設(shè)備上或者裝有mac os x 的蘋果電腦或者Windows 系統(tǒng)的電腦。在拍攝犯罪嫌疑人的照片以及GPS 跟蹤信息截圖后，圖片都會由iCloud 發(fā)至每個appleid 賬號設(shè)備， 機主可以通過在mac 電腦上登錄appleid 或者持有相同apple id 的iPhone 或者iPad 來查看照片，可快速鎖定車賊追回車輛。
1.6 iOS 模塊控制設(shè)計
iOS 模塊控制設(shè)計框圖。通過光敏電阻開關(guān)控制TP5046 模塊的開啟關(guān)閉， 實現(xiàn)給iOS 模塊供電以及控制activator 軟件的動作的功能， 再通過activator軟件控制GPS 以及照相機的開啟并將數(shù)據(jù)通過iCloud傳輸?shù)絠OS 設(shè)備中。當(dāng)車主發(fā)現(xiàn)車鑰匙丟失時可以通過手機遙控iOS 模塊，iOS 模塊收到指示后會通過來電閃電路發(fā)出光亮， 被光敏電阻感知后開啟前置照相機對犯罪嫌疑人拍照， 之后開啟GPS。
1.7 斷電控制電路設(shè)計
根據(jù)點火原理設(shè)計的斷電控制電路， 將斷電裝置繼電器放置于蓄電池與點火線圈之間， 由單片機控制繼電器動作， 防盜裝置開啟時繼電器斷開， 點火電路斷路不能點火; 防盜裝置關(guān)閉時繼電器閉合， 點火電路斷路可正常點火。此電路的設(shè)計可以增強車輛的安全性， 車輛非法進入時， 自動切斷啟動電路阻止被盜。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
防盜系統(tǒng)的軟件設(shè)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位移傳感器和振動傳感器信號A/D 轉(zhuǎn)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、拍照功能的開啟及數(shù)據(jù)傳輸。
2.1 軟件設(shè)計及流程圖
首先確保裝置未啟動, 取消置1 端的作用確定D 觸發(fā)器SD/RD 無效， 檢測壓力傳感器信號， 低電平表示壓力傳感器動作， 汽車正常解鎖應(yīng)關(guān)閉防盜裝置， 此時還需判斷是否有來電， 低電平表示有來電， 要開啟GPS 以及拍攝功能。如果壓力傳感器沒有動作， 表示車沒有解鎖， 此時還需判斷是否有來電，0 表示有來電， 開啟GPS以及拍攝功能， 檢測振動傳感器輸入信號， 低電平表示振動傳感器動作， 啟動紅外裝置， 如果有高低電平跳變表示有人侵入， 開啟防盜裝置，。
2.2 系統(tǒng)仿真及分析
利用單片機開發(fā)軟件Keil 編寫程序并調(diào)試成功， 在仿真軟件Proteus 中進行仿真， 取得了較好效果， 系統(tǒng)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、紅外重啟開關(guān)、振動傳感器以及光電傳感器。此截圖為有盜賊非法進入車輛， 防盜系統(tǒng)工作圖， 此時紅外人體感應(yīng)工作，GPS 啟動運行，LED 燈D1 代表GSM 向車主發(fā)送車輛被盜信息， 此時紅外感應(yīng)器工作，battery 啟動攝像機拍照并開啟GPS， 聲光報警啟動，GPS 衛(wèi)星電子地圖截圖以照片流方式自動上傳云端服務(wù)賬號;LED 燈D2 代表車主向GSM 模塊發(fā)送車輛查詢信息。
2.3 系統(tǒng)測試及分析
根據(jù)仿真實驗結(jié)果， 通過制作實物， 進行了多次實驗， 實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)報警精準度為92%， 定位精度可達5 m， 證實了該系統(tǒng)比較穩(wěn)定。車輛被盜后， 傳感器信息引發(fā)單片機啟動GPS 電子地圖， 每隔幾分鐘連續(xù)截圖上傳到云端賬號， 車主可以通過手機、電腦、平板等終端登錄查看車輛位置信息， 及時報警追回車輛。云端存儲容量大， 而且不收費， 只要注冊一個賬號即可， 免去了昂貴的GPS 服務(wù)費。
3 結(jié)論
設(shè)計了基于車聯(lián)網(wǎng)的智能防盜系統(tǒng)， 采用多傳感器融合， 大大提高了決策的正確性， 該系統(tǒng)能在汽車被盜、破壞以及防盜系統(tǒng)被部分拆卸的情況下， 將相關(guān)信息發(fā)送到車主預(yù)先設(shè)定的手機等通信設(shè)備， 拍攝盜車賊的照片并傳送至網(wǎng)絡(luò)， 打開GPS 電子地圖追蹤車輛位置， 實現(xiàn)了遠程監(jiān)控和車輛失盜精確追蹤， 可實時了解汽車狀況和及時精準追蹤。通過仿真和實驗， 驗證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性， 具有較高社會價值。
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