關(guān)學(xué)慧 馬文龍 齊丹丹

(哈爾濱劍橋?qū)W院電氣與信息工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150080)

長途貨運(yùn)汽車由于其本身?xiàng)l件所限制,經(jīng)常需要夜間在路邊停車過夜。司機(jī)雖在駕駛室過夜,但深夜熟睡時聽不見駕駛室外的聲音,而且貨運(yùn)汽車油箱存油量大,導(dǎo)致郵箱被盜之事時有發(fā)生。為避免此類問題,設(shè)計了一種汽車防盜油報警系統(tǒng),并通過實(shí)驗(yàn)證明了其有效性。

1 系統(tǒng)功能

1.1 采用人體紅外熱釋電傳感器檢測油箱附近是否有人活動,并將信號傳回單片機(jī)。

1.2 采用振動傳感器檢測油箱是否發(fā)生不間斷振動,并將信號傳回單片。

1.3 考慮到行人可能途徑貨車觸發(fā)人體紅外熱釋電傳感器,并且同時附近可能有大型車輛經(jīng)過產(chǎn)生的震動觸發(fā)振動傳感器,進(jìn)而觸發(fā)喇叭報警,系統(tǒng)要有防誤報功能。

1.4 考慮到偷盜者可能會采取破壞系統(tǒng)供電線這樣暴力方式,系統(tǒng)應(yīng)有備用電源且具有斷電報警等功能。

1.5 考慮到駕駛員經(jīng)過長時間的駕駛,已經(jīng)疲憊,不愿意再下車到油箱處進(jìn)行手動防盜布放,系統(tǒng)應(yīng)具備無線布放的功能。

1.6 考慮到駕駛員夜間睡眠可能比較沉,車外部報警器聲音可能聽不到,在駕駛室內(nèi)要安裝一個小型報警蜂鳴器進(jìn)行同步報警,另外小蜂鳴器也有不妨提示,撤防提示、系統(tǒng)上電提示等功能。

2 系統(tǒng)作用原理

系統(tǒng)以STM8S103 單片機(jī)為核心,通過各IO 引腳進(jìn)行傳感器信號采集和報警器控制。

2.1 將人體紅外熱釋電傳感器的輸出信號引腳與單片機(jī)的PC3 引腳相連接,當(dāng)有人靠近油箱50CM 時,傳感器輸出信號由低電平變?yōu)楦唠娖?單片機(jī)將記錄這一變化。

2.2 將振動傳感器的輸出信號與單片機(jī)的PD4 引腳相連接,當(dāng)偷盜者卸下油箱蓋或破壞油箱而產(chǎn)生振動時,傳感器輸出信號由低電平變?yōu)楦唠娖?單片機(jī)將記錄這一變化。

2.3 將紅外傳感器和振動傳感器的信號變化輸入給防盜邏輯進(jìn)行判斷,防盜邏輯可以避免人在車旁經(jīng)過,偶然撞擊油箱而誤觸發(fā)報警。

2.4 當(dāng)偷盜者破壞系統(tǒng)供電線路后,系統(tǒng)切換至備用電池工作,該電池為9V 供電與系統(tǒng)原有的24V 供電不同,可由A/D采集電路檢測出。其作用原理如圖1 所示。

圖1 供電線路檢測子電路

系統(tǒng)供電端采樣點(diǎn)PowerCheck 經(jīng)分壓電阻和二階RC 濾波電路后連接到單片機(jī)內(nèi)置的A/D 轉(zhuǎn)換器引腳PD3 上,若系統(tǒng)供電正常,則該采樣點(diǎn)對系統(tǒng)地的電位值為24V,根據(jù)分壓公式(1)計算：

其中,UA/D為經(jīng)分壓和二階RC 濾波電路后單片機(jī)A/D 引腳采樣的電壓值,Up為系統(tǒng)供電電壓,R8 為47K 歐姆電阻,R9 為10K 歐姆電阻。

計算后UA/D為4.2V 左右?？紤]到大型貨車的電瓶從饋電到飽和,電壓范圍較寬,一般為20V-29V 之間。所以經(jīng)公式(1)計算,可以得到系統(tǒng)正常供電的UA/D電壓范圍是[3.5V,5V],在此電壓范圍內(nèi)都認(rèn)為是正常供電。當(dāng)系統(tǒng)供電線路被破壞,采用備用電池供電后,采樣點(diǎn)PowerCheck 對系統(tǒng)地的電位值變成9V,經(jīng)公式(1)計算后,UA/D為1.5V,單片機(jī)檢測到該電壓值后報警。

圖2 同步報警蜂鳴器控制電路

2.5 將433MHZ 遙控器接收模塊的輸出引腳與單片機(jī)的PC4引腳相連接,當(dāng)駕駛員按下遙控器的布放按鍵時,接收模塊的輸出引腳由低電平變?yōu)楦唠娖?單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)入布防狀態(tài),對油箱進(jìn)行監(jiān)控,否則為撤防狀態(tài),不對油箱進(jìn)行監(jiān)控。

2.6 將同步報警蜂鳴器的控制端與單片機(jī)的PC7 引腳相連,當(dāng)單片機(jī)引腳給出高電平時同步報警蜂鳴器工作；反之,當(dāng)單片機(jī)引腳給出低電平時同步報警蜂鳴器不工作。其作用原理如圖2 所示。

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

圖4 油箱防盜報警子程序流程圖

3 主程序設(shè)計

根據(jù)上述系統(tǒng)作用原理,主控芯片STM8S103 單片機(jī)要依照不同的系統(tǒng)狀態(tài),進(jìn)行不同的流程處理。系統(tǒng)的主程序流程圖1 所示。

當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)初始化后單片機(jī)進(jìn)入供電檢測流程,通過檢測系統(tǒng)電源的A/D 值來判斷供電電壓,如果系統(tǒng)供電電壓為9V則進(jìn)入報警狀態(tài),如果系統(tǒng)供電電壓為24V 則檢測系統(tǒng)是否布防,若系統(tǒng)沒有布防,則重新初始化后等待系統(tǒng)布防,若系統(tǒng)已經(jīng)布防,則進(jìn)入防盜油子程序判斷油箱是否遭到人為破壞。

當(dāng)人體紅外熱釋電傳感器和振動傳感器的組合邏輯滿足盜油規(guī)則時進(jìn)行報警,否則跳轉(zhuǎn)回供電檢測流程。

當(dāng)有警報產(chǎn)生后,系統(tǒng)等待駕駛員處理。若駕駛員不解除警報,則警報一直持續(xù)。若駕駛員解除警報,選擇關(guān)機(jī),則退出系統(tǒng)；否則,則系統(tǒng)重新初始化后開始主流程。

4 子程序設(shè)計

4.1 供電檢測子程序設(shè)計

系統(tǒng)布防初始化后,要不停地查看供電是否被破壞,根據(jù)系統(tǒng)作用原理第4 條,當(dāng)單片機(jī)采集到的UA/D為1.5V 左右時,確定為供電被破壞,進(jìn)行報警。

4.2 報警子程序設(shè)計

當(dāng)汽車油箱遭到人為破壞時(主要是拆卸油箱蓋和打孔),紅外熱釋電傳感器和振動傳感器采集的信號邏輯組合后滿足報警規(guī)則,報警器開始報警,子程序流程如圖5 所示。另外,報警規(guī)則具有防誤報功能。

報警規(guī)則為,當(dāng)紅外熱釋電傳感器接收到人體信號時,其輸出端會將單片機(jī)PC3 引腳拉低,此時單片機(jī)開始檢測振動傳感器。在一分鐘閾值時間內(nèi),如果沒有振動發(fā)生且人體紅外熱釋電傳感器輸出引腳回復(fù)高電平,則認(rèn)為是誤觸發(fā),不進(jìn)行報警。

如果在收到人體信號的一分鐘閾值時間,有振動發(fā)生,則不管紅外傳感器輸出是否已經(jīng)恢復(fù)為高電平狀態(tài),都啟動計時。在計時的15S 內(nèi),連續(xù)接到振動信號,認(rèn)為是油箱遭到盜竊,置報警標(biāo)志。但如果在收到振動信號后間隔4S 以上無二次振動,則認(rèn)為是誤觸發(fā),不進(jìn)行報警。清除振動計數(shù)值和計時值后跳轉(zhuǎn)到子流程結(jié)束處。返回主流程后會重新監(jiān)視系統(tǒng)各狀態(tài)。

4.3 無線布防、撤防子程序設(shè)計

當(dāng)無線接收模塊輸出引腳為高電平時,系統(tǒng)處于撤防模式；當(dāng)該引腳為低電平時,系統(tǒng)進(jìn)入布防模式。

5 結(jié)論

5.1 系統(tǒng)通過人體紅外熱熱釋電傳感器和振動傳感器的信號組合可以測出貨車偷油行為。

5.2 系統(tǒng)設(shè)置了閾值時間,可以防止熱釋電傳感器探頭被遮擋進(jìn)而造成信號失效的情況。亦可以防止熱釋電傳感器信號因人的靜止不動而失效。

5.3 系統(tǒng)具有防誤報功能,可避免行人經(jīng)過觸發(fā)熱釋電傳感器,且恰好有大型車輛經(jīng)過造成振動傳感器觸發(fā)的狀況。

5.4 系統(tǒng)可進(jìn)一步完善,如報警控制規(guī)則設(shè)計可采用模糊控制。