基于車聯(lián)網(wǎng)的汽車智能防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)械式防盜裝置、電子防盜報(bào)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(bào)告的功能。通過衛(wèi)星對車輛全天候監(jiān)測實(shí)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(jìn)， 防盜效果好， 但是價(jià)格昂貴， 需要支付高昂的服務(wù)費(fèi)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(jī)進(jìn)行報(bào)告， 同時(shí)切斷汽車點(diǎn)火啟動(dòng)電路， 使汽車無法啟動(dòng)， 通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)不限時(shí)間、不限距離的遠(yuǎn)程防盜， 使人車“ 形影不離” ， 實(shí)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(diǎn)，設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)平臺(tái)， 經(jīng)過仿真和實(shí)驗(yàn)， 驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、遠(yuǎn)程防盜及失盜追蹤性能。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
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(jì)， 主要包括中央控制模塊、傳感器檢測模塊、iOS 平臺(tái)模塊、斷電控制模塊、報(bào)警及通信模塊。本系統(tǒng)采用51 單片機(jī)做為控制器， 高效、穩(wěn)定、性價(jià)比高。模塊化設(shè)計(jì)利于系統(tǒng)測試及維護(hù)， 穩(wěn)定性好; 利用現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)， 信號(hào)穩(wěn)定， 大大節(jié)約成本。系統(tǒng)可實(shí)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(jìn)入有效范圍， 汽車自動(dòng)解鎖， 直線位移傳感器檢測到車門車鎖的動(dòng)作，并將信號(hào)傳給單片機(jī)，1 min 后若駕駛座壓力傳感器壓力值達(dá)到設(shè)定范圍， 經(jīng)過單片機(jī)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(dòng)作， 則通過振動(dòng)傳感器以及紅外人體感應(yīng)傳感器來判斷是否有人強(qiáng)行侵入， 如果有人強(qiáng)行侵入， 則喚醒防盜系統(tǒng)， 開啟斷點(diǎn)控制以及手機(jī)模塊啟動(dòng)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(jī); 車主可隨時(shí)通過手機(jī)遠(yuǎn)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(jì)
本系統(tǒng)主板由AT89C51 控制芯片和擴(kuò)展電路組成，它是下位機(jī)車載系統(tǒng)的控制核心; 擴(kuò)展電路根據(jù)下位機(jī)控制設(shè)計(jì)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(gè)模塊：I/O 模塊、A/D 模塊、通信模塊及單片機(jī)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(hào)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(dòng)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(jī)信號(hào)單獨(dú)觸發(fā)下的開啟關(guān)閉。緊急報(bào)警按鍵實(shí)現(xiàn)車主發(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(jī)關(guān)報(bào)警及發(fā)出求救信號(hào)。
1.3 傳感器檢測信息融合設(shè)計(jì)
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(bào)率， 本系統(tǒng)采用光敏電阻、紅外人體感應(yīng)、直線位移、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(bǔ)， 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(bào)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(hào)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(dòng)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(bào)。本設(shè)計(jì)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(qiáng)， 不需要定期維護(hù)， 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(dòng)傳感器可以檢測到是否車輛有大幅度振動(dòng)，例如由強(qiáng)行撬開車門、砸碎車窗玻璃而引起的車身劇烈震動(dòng)，來確定是否是有人想要非法強(qiáng)行進(jìn)入或移動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)， 靈敏度高， 超低電壓工作模式， 其特點(diǎn)有： 全自動(dòng)感應(yīng)、光敏控制、溫度補(bǔ)償?shù)取?/p>
1.4 GSM 通信模塊設(shè)計(jì)
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(shí)現(xiàn)SMS 消息服務(wù)功能。TC35i共有40 個(gè)引腳, 通過zlF 連接器分別與電源、啟動(dòng)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(shí), 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(shí)， 人體感應(yīng)模塊、振動(dòng)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(jī)， 控制器啟動(dòng)聲光報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警; 車主也可通過GSM 短信息隨時(shí)查詢汽車安全狀態(tài)， 當(dāng)GSM 模塊收到車主信息時(shí)， 發(fā)送一個(gè)巡檢信號(hào)給單片機(jī)， 單片機(jī)經(jīng)過處理發(fā)出控制信號(hào)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(hào)， 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(bào)警。
1.5 遠(yuǎn)程防盜追蹤模塊設(shè)計(jì)
遠(yuǎn)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(tái)模塊。手機(jī)控制電路可以根據(jù)信號(hào)撥打車主電話報(bào)警， 自動(dòng)開啟照相裝置對犯罪嫌疑人連單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖續(xù)拍照，并自動(dòng)上傳至網(wǎng)絡(luò)賬號(hào)。 隨即自動(dòng)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(shí)報(bào)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(huì)自動(dòng)推送至服務(wù)器， 然后服務(wù)器會(huì)將這些內(nèi)容再推送到使用個(gè)人ID登錄過的每個(gè)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(huì)由iCloud 發(fā)至每個(gè)appleid 賬號(hào)設(shè)備， 機(jī)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(jì)
iOS 模塊控制設(shè)計(jì)框圖。通過光敏電阻開關(guān)控制TP5046 模塊的開啟關(guān)閉， 實(shí)現(xiàn)給iOS 模塊供電以及控制activator 軟件的動(dòng)作的功能， 再通過activator軟件控制GPS 以及照相機(jī)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(shí)可以通過手機(jī)遙控iOS 模塊，iOS 模塊收到指示后會(huì)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(jī)對犯罪嫌疑人拍照， 之后開啟GPS。
1.7 斷電控制電路設(shè)計(jì)
根據(jù)點(diǎn)火原理設(shè)計(jì)的斷電控制電路， 將斷電裝置繼電器放置于蓄電池與點(diǎn)火線圈之間， 由單片機(jī)控制繼電器動(dòng)作， 防盜裝置開啟時(shí)繼電器斷開， 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(shè)計(jì)可以增強(qiáng)車輛的安全性， 車輛非法進(jìn)入時(shí)， 自動(dòng)切斷啟動(dòng)電路阻止被盜。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
防盜系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為兩部分， 即信號(hào)檢測處理及防盜裝置控制。信號(hào)檢測處理部分為直線位移傳感器和振動(dòng)傳感器信號(hào)A/D 轉(zhuǎn)換以及信號(hào)接收處理，紅外發(fā)射信號(hào)以及紅外接收信號(hào)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(jì)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 無效， 檢測壓力傳感器信號(hào)， 低電平表示壓力傳感器動(dòng)作， 汽車正常解鎖應(yīng)關(guān)閉防盜裝置， 此時(shí)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(dòng)作， 表示車沒有解鎖， 此時(shí)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(dòng)傳感器輸入信號(hào)， 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， 開啟防盜裝置，。
2.2 系統(tǒng)仿真及分析
利用單片機(jī)開發(fā)軟件Keil 編寫程序并調(diào)試成功， 在仿真軟件Proteus 中進(jìn)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(dòng)傳感器以及光電傳感器。此截圖為有盜賊非法進(jìn)入車輛， 防盜系統(tǒng)工作圖， 此時(shí)紅外人體感應(yīng)工作，GPS 啟動(dòng)運(yùn)行，LED 燈D1 代表GSM 向車主發(fā)送車輛被盜信息， 此時(shí)紅外感應(yīng)器工作，battery 啟動(dòng)攝像機(jī)拍照并開啟GPS， 聲光報(bào)警啟動(dòng)，GPS 衛(wèi)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(hào);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(shí)驗(yàn)結(jié)果， 通過制作實(shí)物， 進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)報(bào)警精準(zhǔn)度為92%， 定位精度可達(dá)5 m， 證實(shí)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(jī)啟動(dòng)GPS 電子地圖， 每隔幾分鐘連續(xù)截圖上傳到云端賬號(hào)， 車主可以通過手機(jī)、電腦、平板等終端登錄查看車輛位置信息， 及時(shí)報(bào)警追回車輛。云端存儲(chǔ)容量大， 而且不收費(fèi)， 只要注冊一個(gè)賬號(hào)即可， 免去了昂貴的GPS 服務(wù)費(fèi)。
3 結(jié)論
設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控和車輛失盜精確追蹤， 可實(shí)時(shí)了解汽車狀況和及時(shí)精準(zhǔn)追蹤。通過仿真和實(shí)驗(yàn)， 驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效性， 具有較高社會(huì)價(jià)值。
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