鄧汝奎，覃雪蓮，范毅，馬亞勤

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基于震動(dòng)監(jiān)測(cè)的車輛防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

鄧汝奎1，覃雪蓮1，范毅1，馬亞勤2

（1.南寧學(xué)院，廣西 南寧 530200；2.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530200）

車輛被盜時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)異常震動(dòng)，文章基于震動(dòng)信號(hào)采集，設(shè)計(jì)以STC單片機(jī)為核心的的車輛防盜系統(tǒng)，利用無線通信技術(shù)及時(shí)提示車輛安全狀況異常，并切斷車輛啟動(dòng)電源，達(dá)到車輛的防盜的目的。

車輛防盜；震動(dòng)監(jiān)測(cè)；單片機(jī)

引言

汽車保有量逐年增加，車輛被盜也成為常見的社會(huì)犯罪現(xiàn)象，汽車被盜一般分為車上財(cái)物被盜和車輛被盜，這些被盜車輛，往往是犯罪分子通過暴力的方式，進(jìn)入車輛內(nèi)部的，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)異常的震動(dòng)，如果能夠?qū)囕v的異常震動(dòng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將降低車輛被盜的風(fēng)險(xiǎn)。因此，通過對(duì)車輛震動(dòng)信息的采集，利用無線通信技術(shù)傳送至車主，及時(shí)采取防盜措施，對(duì)車輛安全保障有著重要的意義。

1 總體方案設(shè)計(jì)

車輛防盜系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)子模塊：震動(dòng)信息采集模塊、車輛防盜預(yù)警信息發(fā)送模塊、車輛啟動(dòng)控制模塊。下面介紹這幾個(gè)模塊的工作原理及功能，首先是震動(dòng)信息采集模塊，其主要核心是震動(dòng)傳感器，通過選擇合適的震動(dòng)傳感器，準(zhǔn)確識(shí)別車輛異常震動(dòng)的發(fā)生，同時(shí)，需保證具有一定的抗干擾能力，避免引起不必要的防盜預(yù)警。其次是車輛防盜信息發(fā)送模塊，當(dāng)震動(dòng)信息采集模塊收集到異常震動(dòng)信號(hào)后，必須及時(shí)地發(fā)送給車主，這一過程，采用無線傳送技術(shù)，發(fā)送到車主手持終端。最后，當(dāng)防盜預(yù)警信息及時(shí)發(fā)出的同時(shí)，阻止車輛的非法啟動(dòng)，保證車輛的安全。防盜系統(tǒng)的三大模塊的運(yùn)行，以單片機(jī)為核心，進(jìn)行相關(guān)的外圍電路設(shè)計(jì)，達(dá)到信息采集、判斷分析、車輛防盜控制信號(hào)輸出的設(shè)計(jì)效果。

總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示，以單片機(jī)為控制核心的防盜裝置，集成震動(dòng)信號(hào)采集、無線信號(hào)收發(fā)、車輛啟動(dòng)控制三大功能，車主手持終端通過無線通信信號(hào)與防盜裝置傳輸信息，具備車輛的安全信息的提示功能，確保車輛的實(shí)時(shí)安全。

圖1 總體方案設(shè)計(jì)

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)為防盜裝置的電路設(shè)計(jì)，防盜裝置作為車輛后裝設(shè)備，盡可能體積小，安裝便捷，制作成本較低，在元器件選型時(shí)，除了考慮功能的實(shí)現(xiàn)外，上述條件作為重要參考因素。

2.1 單片機(jī)選型

單片機(jī)是系統(tǒng)運(yùn)行的控制中樞，資源配置決定著系統(tǒng)功能和性能的質(zhì)量，單片機(jī)的選型必須能滿足防盜裝置的功能需求。從兩個(gè)方面分析，信息的輸入和執(zhí)行信號(hào)的輸出，防盜系統(tǒng)信息輸入只有震動(dòng)信息模塊，提取該模塊的高低電平信號(hào)變化即可識(shí)別出車輛的震動(dòng)信息，單片機(jī)的普通IO口就可以實(shí)現(xiàn)該功能。執(zhí)行信號(hào)輸出是單片機(jī)收到輸入信息后經(jīng)過綜合判斷分析，產(chǎn)生控制信號(hào)和發(fā)送信息，無線發(fā)送模塊和車輛啟動(dòng)模塊都屬于執(zhí)行信號(hào)輸出，單片機(jī)與無線發(fā)送模塊信息傳輸常見的方式采用串口通信，必須配置有通信串口才能夠?qū)崿F(xiàn)。車輛啟動(dòng)控制模塊，通過控制車輛啟動(dòng)電源即可實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)IO口驅(qū)動(dòng)繼電器控制通斷即可。綜合上述分析，單片機(jī)2個(gè)普通IO口，1個(gè)通信串口即可滿足防盜系統(tǒng)功能需求。

STC15W0S單片機(jī)采用8腳封裝，完全兼容8051單片機(jī)內(nèi)核，上手難度低，無需晶振電路和外部復(fù)位電路，極大降低系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)成本，具有1組高速異步串行通信口，具有低功耗、強(qiáng)抗干擾等性能優(yōu)點(diǎn)，連接5V電源即可正常工作，如圖2所示。

圖2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.2 震動(dòng)電路設(shè)計(jì)

震動(dòng)傳感器是防盜系統(tǒng)的唯一信息獲取源，是防盜功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素。安裝在車架緊密貼合的位置，同時(shí)保證能夠?qū)φ５陌l(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)過濾，為保證穩(wěn)定性，采用一體式的震動(dòng)傳感器，如圖3所示，該傳感器內(nèi)部為壓電陶瓷片加彈簧重錘結(jié)構(gòu)檢測(cè)震動(dòng)信號(hào)，具有震動(dòng)檢測(cè)范圍可調(diào)的特點(diǎn)，使用用于不同的車輛檢測(cè)。傳感器有3個(gè)接口，分別為電源、地線、信號(hào)線，設(shè)計(jì)時(shí)，只需在主板設(shè)計(jì)三個(gè)接線口，將傳感器與防盜系統(tǒng)連接即可，連接電路如圖2所示，信號(hào)線經(jīng)5V上拉后，接至單片機(jī)IO口，沒有震動(dòng)時(shí)，對(duì)單片機(jī)輸入5V高電平，震動(dòng)時(shí)，信號(hào)線電壓拉低，IO口接收到低電平，由此判斷，車輛出現(xiàn)異常震動(dòng)。

圖3 震動(dòng)傳感器

2.3 無線發(fā)送模塊設(shè)計(jì)

車輛停放位置情況較為復(fù)雜，停車距離過遠(yuǎn)時(shí)，普通無線信號(hào)無法傳送，如采用4G網(wǎng)絡(luò)，在地下停車場(chǎng)或接收信號(hào)差的區(qū)域無法正常通信。為保證通信正常，采用電話和短信的方式，該方式目前能夠覆蓋到絕大多數(shù)停車區(qū)域，也無需對(duì)車主手持終端進(jìn)行軟件開發(fā)。內(nèi)置SIM卡模塊，出現(xiàn)防盜預(yù)警時(shí)，車上防盜裝置，通過撥打車主手機(jī)和發(fā)送提示短信的方式，告知車主車輛出現(xiàn)異常震動(dòng)的情況。采用SIM900A通信模塊，如圖2所示，模塊采用異步串行通信與單片機(jī)連接，電路設(shè)計(jì)時(shí)，將單片機(jī)的串口引出即可，另設(shè)計(jì)5V電源接線端口給SIM900A通信模塊供電。

2.4 車輛啟動(dòng)控制模塊設(shè)計(jì)

車輛啟動(dòng)控制模塊工作原理較簡(jiǎn)單，通過設(shè)計(jì)繼電器，控制車輛鑰匙主電源通斷，顯示對(duì)車輛啟動(dòng)的限制，其安裝于車輛隱秘位置，可以達(dá)到防盜的效果。繼電器采用常閉型，正常情況時(shí)，繼電器閉合，車輛鑰匙電源正常工作，出現(xiàn)防盜預(yù)警時(shí)，繼電器斷開電源，車輛無法啟動(dòng)。STC單片機(jī)通用IO口輸出電流較弱，不能夠直接驅(qū)動(dòng)繼電器工作，因此通過三極管C8015來驅(qū)動(dòng)繼電器的吸合線圈的工作。如圖2所示，當(dāng)防盜預(yù)警觸發(fā)時(shí)，單片機(jī)IO口，輸出高電平，三級(jí)管8015導(dǎo)通，繼電器線圈有電流通過，繼電器斷開。

2.5 電源設(shè)計(jì)

防盜系統(tǒng)后期加裝于車輛，因此電源系統(tǒng)需能夠和車輛電源匹配，車載電源為12V直流電源，單片機(jī)以及外圍電路模塊都是采用5V供電，在這些子模塊當(dāng)中，無線發(fā)送模塊功率消耗最大，工作電壓5V時(shí)，其工作電流最大達(dá)1.5A，因此對(duì)電源穩(wěn)壓芯片的功率輸出有較高要求。其他模塊工作電流都較小，為保證電源系統(tǒng)的穩(wěn)定輸出，采用LM2596s-5.0芯片，電路如圖2所示，最大輸出工作電流3A，能夠很好滿足防盜系統(tǒng)用電需求。

綜上所述，無線發(fā)送模塊和車輛啟動(dòng)控制模塊工作與否取決于震動(dòng)信號(hào)采集模塊的震動(dòng)監(jiān)測(cè)，直接受控于STC單片機(jī)控制核心。

3 軟件設(shè)計(jì)

圖4 程序流程圖

軟件程序的設(shè)計(jì)以單片機(jī)控制為中心展開，通過循環(huán)監(jiān)測(cè)車輛震動(dòng)信息，判斷車輛是否安全，程序流程如圖4所示。首先，對(duì)單片機(jī)初始化包括IO口的輸入和輸出配置，串口通信速率的配置，配置完成后，系統(tǒng)能夠正常工作，此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入循環(huán)監(jiān)測(cè)狀態(tài)，以震動(dòng)傳感器信號(hào)為判斷依據(jù)，分兩路執(zhí)行程序，當(dāng)監(jiān)測(cè)到車輛震動(dòng)時(shí)，防盜系統(tǒng)通過無線模塊發(fā)送車輛防盜預(yù)警信息至車主手機(jī)，同時(shí)，切斷車輛電源防止車輛啟動(dòng)；如果未監(jiān)測(cè)到震動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)一直循環(huán)監(jiān)測(cè)，不作任何信號(hào)輸出。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了基于震動(dòng)監(jiān)測(cè)的車輛防盜系統(tǒng)，利用STC15 W0S單片機(jī)外圍電路精簡(jiǎn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出體積小巧的防盜裝置，降低了設(shè)計(jì)制作成本，同時(shí)，引入SIM900A通信模塊，連接車主手機(jī)終端，在保證了無線通信可靠性的同時(shí)，改變傳統(tǒng)車輛防盜系統(tǒng)單純依靠聲光預(yù)警，無法及時(shí)提示車主的缺點(diǎn)，具備更好的實(shí)用價(jià)值和防盜性能。

Design of vehicle anti-theft system based on Vibration Monitoring*

Deng Rukui1, Qin Xuelian1, Fan Yi1, Ma Yaqin2

( 1.Nanning University, Guangxi Nanning 530200; 2.Guangxi Vocational and Technical College of Agriculture, Guangxi Nanning 530200）

When a vehicle is stolen, abnormal vibration usually occurs. Based on the acquisition of vibration signals, this paper designs a vehicle anti-theft system with STC MCU as the core. It uses wireless communication technology to prompt the abnormal safety condition of the vehicle in time, and cuts off the starting power supply of the vehicle, so as to achieve the purpose of vehicle anti-theft.

vehicle anti-theft; vibration monitoring; single chip microcomputer

B

1671-7988(2018)24-164-03

U467

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1671-7988(2018)24-164-03

U467

鄧汝奎（1985-）男，本科，講師，研究方向?yàn)槠囯姎饧翱刂萍夹g(shù)?；痦?xiàng)目：2015邕寧區(qū)科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)20150217A；南寧學(xué)院2017年校級(jí)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào) 2017XJ14。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.058