留黎欽，張 荔，陳 煒，陳青青，楊倩倩

(1.莆田學(xué)院 信息工程學(xué)院，福建 莆田 351100；2.荊楚理工學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，湖北 荊門 448000)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們出行交通工具越來(lái)越多樣化。隨著“綠色”“環(huán)?！焙汀暗吞肌钡雀拍畹耐茝V，越來(lái)越多的人選擇了自行車、電動(dòng)車或摩托車的方式出行[1]。在智慧城市交通管理中，如何確保車輛防盜是一項(xiàng)很重要的研究課題。為了防止車輛被盜，可以實(shí)時(shí)追蹤車輛定位情況，李健[2]設(shè)計(jì)了以全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communications，GSM)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)相結(jié)合的車輛定位系統(tǒng)，鈕思玥[3]設(shè)計(jì)利用通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(General Packet Radio Service，GPRS)作為無(wú)線傳輸，和GPS相結(jié)合車輛報(bào)警系統(tǒng)，然而GSM和GPRS同屬于移動(dòng)第二代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)第二代無(wú)線網(wǎng)絡(luò)很多都被3G/4G代替。與此同時(shí)，為了解決一些網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題，將短距離通信射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)[4]和Zigbee[5]應(yīng)用于車輛定位系統(tǒng)中，但是，這兩種短距離無(wú)線通信也存在著弊端，然后無(wú)法定位到一些比較隱蔽地方的車輛。窄帶物聯(lián)網(wǎng)(Narrow Band Internet of Things，NB-IoT)通信方式具有廣覆蓋、大連接、低成本、低功耗的優(yōu)勢(shì)，可以有效地克服這個(gè)問題。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于NB-IOT智能電動(dòng)車定位防盜系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中微控制單元(Microcontroller Unit，MCU)采用STM32F051單片機(jī)。MCU從北斗GPS模塊中獲得了定位數(shù)據(jù)，并驅(qū)動(dòng)NB-IOT模組，模組與NB-IOT基站進(jìn)行連接，再與核心網(wǎng)建立連接，通過透?jìng)髟平⒑驮破脚_(tái)的連接，云平臺(tái)接收定位數(shù)據(jù)、保存并管理數(shù)據(jù)，最后把定位信息發(fā)送到用戶端。當(dāng)定位信息出現(xiàn)異常行為時(shí)，把告警信息發(fā)送給用戶。

2 北斗GPS定位軌跡

本設(shè)計(jì)中GPS芯片采用MTK高靈敏GPS芯片組，定位精度小于10m，跟蹤靈敏度為-165 dBm，捕獲靈敏度為-148 dBm，定位時(shí)間：熱啟動(dòng)：<1 s；冷啟動(dòng)<32 s，可以實(shí)現(xiàn)高精度的定位。結(jié)合微信公眾號(hào)，開發(fā)基于NB-IOT智能電動(dòng)車定位防盜系統(tǒng)。用戶在微信公眾號(hào)上登錄平臺(tái)，點(diǎn)擊車輛管理中的車輛追蹤，輸入車主姓名和設(shè)備號(hào)等信息，就可以查詢車輛當(dāng)前的位置和行車軌跡。平臺(tái)根據(jù)查詢條件查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中有該車輛的經(jīng)緯度值，則根據(jù)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)渲染出車輛軌跡；如果沒有，平臺(tái)提示暫無(wú)軌跡信息。車輛軌跡定位流程如圖2所示。

圖2 定位軌跡流程

通過平臺(tái)渲染出來(lái)的某車輛在某一時(shí)段內(nèi)行駛的軌跡如圖3所示。

圖3 定位軌跡

3 電子圍欄告警

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)置電子圍欄信息，當(dāng)車輛離開了電子圍欄，將觸發(fā)告警行為并通知用戶車輛出現(xiàn)了異常行為。STM32F051單片機(jī)采集到北斗GPS定位信息，驅(qū)動(dòng)NB-IOT模組，把信息發(fā)送到基站，通過云透?jìng)髋c電信云平臺(tái)建立連接。系統(tǒng)接收到定位信息，并推送到消息隊(duì)列中。在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找該設(shè)備是否存在，如果設(shè)備不存在，則記錄錯(cuò)誤日志，結(jié)束；如果設(shè)備存在，則N200型號(hào)解析器開始解析程序。如果程序解析不成功，則記錄錯(cuò)誤日志，結(jié)束；如果程序解析成功，則經(jīng)緯度坐標(biāo)入庫(kù)。再判斷是否開啟電子圍欄，如果沒有開啟電子圍欄，則不處理；如果開啟電子圍欄，則到數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢?cè)撛O(shè)備是否有對(duì)應(yīng)的電子圍欄(電子圍欄數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置，可以設(shè)置50 m、100 m、200 m、500 m等)。查詢到的電子圍欄有數(shù)據(jù)，則判斷車輛定位數(shù)據(jù)是否在電子?xùn)艡趦?nèi)。如果不在電子圍欄范圍內(nèi)，則添加電子圍欄告警。最后系統(tǒng)根據(jù)是否有告警數(shù)據(jù)，如果沒有告警數(shù)據(jù)，則結(jié)束；如果有告警數(shù)據(jù)，入庫(kù)告警數(shù)據(jù)，并把告警信息發(fā)送給用戶。這樣用戶就可以時(shí)刻清楚了解到自己車輛所在狀態(tài)，一旦有異常情況，可以第一時(shí)間追蹤到車輛，實(shí)現(xiàn)了車輛防盜功能。數(shù)據(jù)接收處理的流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)接收處理(a)

車牌號(hào)為08C8893的電瓶車的電子圍欄設(shè)置范圍為200 m的定位信息如圖5所示。該電瓶車超過電子圍欄后系統(tǒng)給用戶發(fā)送的告警信息如圖6所示。

圖5 電子圍欄范圍定位

圖6 電子圍欄告警

4 結(jié)語(yǔ)

基于NB-IOT智能電瓶車定位防盜系統(tǒng)可以有效地讓用戶實(shí)現(xiàn)車輛定位，實(shí)時(shí)監(jiān)察車輛的位置情況，同時(shí)設(shè)置了電子圍欄，如有異常行為，可以很快地追蹤到車輛，實(shí)現(xiàn)車輛防盜。本系統(tǒng)通過實(shí)際應(yīng)用，性能穩(wěn)定可靠，工作正常，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。