關(guān)學(xué)慧 馬文龍 齊丹丹

（哈爾濱劍橋?qū)W院智能與電氣電子工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150069）

為避免長(zhǎng)途貨運(yùn)汽車(chē)停車(chē)過(guò)夜時(shí)遭遇盜油，采用人體紅外熱釋電傳感器監(jiān)測(cè)油箱附近是否有人活動(dòng)，再通過(guò)振動(dòng)傳感器采集油箱是否發(fā)生不間斷振動(dòng)。當(dāng)上述兩種傳感器采集的信號(hào)組合后滿足盜油邏輯時(shí)，單片機(jī)進(jìn)行報(bào)警，提示駕駛員進(jìn)行處理，從而達(dá)到防盜油的目的。另外，為方便駕駛員，布防、撤防采用遙控器控制，而不必下車(chē)手動(dòng)操作報(bào)警器。

一、系統(tǒng)功能

長(zhǎng)途貨運(yùn)汽車(chē)由于其本身?xiàng)l件所限制，經(jīng)常需要夜間在路邊停車(chē)過(guò)夜。司機(jī)雖在駕駛室過(guò)夜，但深夜熟睡時(shí)聽(tīng)不見(jiàn)駕駛室外的聲音，而且貨運(yùn)汽車(chē)油箱存油量大，導(dǎo)致郵箱被盜之事時(shí)有發(fā)生。為避免此類(lèi)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種汽車(chē)防盜油報(bào)警系統(tǒng)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了其有效性。

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

2.采用振動(dòng)傳感器檢測(cè)油箱是否發(fā)生不間斷振動(dòng)，并將信號(hào)傳回單片機(jī)。

3.考慮到行人可能途徑貨車(chē)觸發(fā)人體紅外熱釋電傳感器，并且同時(shí)附近可能有大型車(chē)輛經(jīng)過(guò)產(chǎn)生的震動(dòng)觸發(fā)振動(dòng)傳感器，進(jìn)而觸發(fā)喇叭報(bào)警，系統(tǒng)要有防誤報(bào)功能。

4.考慮到偷盜者可能會(huì)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(bào)警等功能。

5.考慮到駕駛員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的駕駛，已經(jīng)疲憊，不愿意再下車(chē)到油箱處進(jìn)行手動(dòng)防盜布放，系統(tǒng)應(yīng)具備無(wú)線布放的功能。

6.考慮到駕駛員夜間睡眠可能比較沉，車(chē)外部報(bào)警器聲音可能聽(tīng)不到，在駕駛室內(nèi)要安裝一個(gè)小型報(bào)警蜂鳴器進(jìn)行同步報(bào)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。

二、系統(tǒng)作用原理

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

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

2.將振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)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(dòng)時(shí)，傳感器輸出信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖?，單片機(jī)將記錄這一變化。

3.將紅外傳感器和振動(dòng)傳感器的信號(hào)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(chē)旁經(jīng)過(guò)，偶然撞擊油箱而誤觸發(fā)報(bào)警。

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9 V 供電與系統(tǒng)原有的24 V 供電不同，可由A/D 采集電路檢測(cè)出。其作用原理如圖1所示。

圖1 供電線路檢測(cè)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(duì)系統(tǒng)地的電位值為24 V，根據(jù)分壓公式有

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47 K 歐姆電阻，R9為10 K 歐姆電阻。

計(jì)算后UA/D為4.2 V 左右?？紤]到大型貨車(chē)的電瓶從饋電到飽和，電壓范圍較寬，一般為20 V～29 V 之間。所以經(jīng)公式（1）計(jì)算，可以得到系統(tǒng)正常供電的UA/D電壓范圍是[3.5 V，5 V]，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(duì)系統(tǒng)地的電位值變成9 V，經(jīng)公式(1)計(jì)算后，UA/D為1.5 V，單片機(jī)檢測(cè)到該電壓值后報(bào)警。

5.將433 MHZ 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(shí)，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(duì)油箱進(jìn)行監(jiān)控，否則為撤防狀態(tài)，不對(duì)油箱進(jìn)行監(jiān)控。

6.將同步報(bào)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(shí)同步報(bào)警蜂鳴器工作；反之，當(dāng)單片機(jī)引腳給出低電平時(shí)同步報(bào)警蜂鳴器不工作。其作用原理如圖2所示。

圖2 同步報(bào)警蜂鳴器控制電路

三、主程序設(shè)計(jì)

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)的主程序流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主程序流程圖

當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)初始化后單片機(jī)進(jìn)入供電檢測(cè)流程，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)電源的A/D 值來(lái)判斷供電電壓，如果系統(tǒng)供電電壓為9 V 則進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，如果系統(tǒng)供電電壓為24 V 則檢測(cè)系統(tǒng)是否布防，若系統(tǒng)沒(méi)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(dòng)傳感器的組合邏輯滿足盜油規(guī)則時(shí)進(jìn)行報(bào)警，否則跳轉(zhuǎn)回供電檢測(cè)流程。

當(dāng)有警報(bào)產(chǎn)生后，系統(tǒng)等待駕駛員處理。若駕駛員不解除警報(bào)，則警報(bào)一直持續(xù)。若駕駛員解除警報(bào)，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(kāi)始主流程。

四、子程序設(shè)計(jì)

（一）供電檢測(cè)子程序設(shè)計(jì)

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)采集到的為1.5V 左右時(shí)，確定為供電被破壞，進(jìn)行報(bào)警。

（二）報(bào)警子程序設(shè)計(jì)

當(dāng)汽車(chē)油箱遭到人為破壞時(shí)(主要是拆卸油箱蓋和打孔)，紅外熱釋電傳感器和振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)邏輯組合后滿足報(bào)警規(guī)則，報(bào)警器開(kāi)始報(bào)警。另外，報(bào)警規(guī)則具有防誤報(bào)功能。系統(tǒng)的報(bào)警子程序流程如圖4所示。

圖4 油箱防盜報(bào)警子程序流程圖

報(bào)警規(guī)則為，當(dāng)紅外熱釋電傳感器接收到人體信號(hào)時(shí)，其輸出端會(huì)將單片機(jī)PC3 引腳拉低，此時(shí)單片機(jī)開(kāi)始檢測(cè)振動(dòng)傳感器。在1 min 閾值時(shí)間內(nèi)，如果沒(méi)有振動(dòng)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(bào)警。

如果在收到人體信號(hào)的1 min 閾值時(shí)間內(nèi)，有振動(dòng)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(dòng)計(jì)時(shí)。在計(jì)時(shí)的15 s 內(nèi)，連續(xù)接到振動(dòng)信號(hào)，認(rèn)為是油箱遭到盜竊，置報(bào)警標(biāo)志。但如果在收到振動(dòng)信號(hào)后間隔4 s 以上無(wú)二次振動(dòng)，則認(rèn)為是誤觸發(fā)，不進(jìn)行報(bào)警。清除振動(dòng)計(jì)數(shù)值和計(jì)時(shí)值后跳轉(zhuǎn)到子流程結(jié)束處。返回主流程后會(huì)重新監(jiān)視系統(tǒng)各狀態(tài)。

（三）無(wú)線布防、撤防子程序設(shè)計(jì)

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

五、結(jié) 論

1.系統(tǒng)通過(guò)人體紅外熱熱釋電傳感器和振動(dòng)傳感器的信號(hào)組合可以測(cè)出貨車(chē)偷油行為。

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

3.系統(tǒng)具有防誤報(bào)功能，可避免行人經(jīng)過(guò)觸發(fā)熱釋電傳感器，且恰好有大型車(chē)輛經(jīng)過(guò)造成振動(dòng)傳感器觸發(fā)的狀況。

4.系統(tǒng)可進(jìn)一步完善，如報(bào)警控制規(guī)則設(shè)計(jì)可采用模糊控制。