基於車聯網的汽車智慧防盜系統設計分析論文
0 引言
目前的汽車防盜系統主要分為四種類型： 機械式防盜裝置、電子防盜報警裝置、晶片式防盜裝置、網路式防盜系統， 目前比較流行的是網路式汽車防盜系統。GPS防盜系統具有車輛尋跡、定位、截停和車況報告的功能。透過衛星對車輛全天候監測實現盜後精確定位、快速尋回車輛。GPS 防盜系統技術先進， 防盜效果好， 但是價格昂貴， 需要支付高昂的服務費用而無法普及;GSM 網路防盜系統利用全球無線通訊網路， 可很好地預防車輛被盜， 而且成本很低。在警情發生的幾秒鐘內透過發簡訊或撥通車主手機進行報告， 同時切斷汽車點火啟動電路， 使汽車無法啟動， 透過網路實現不限時間、不限距離的遠端防盜， 使人車“ 形影不離” ， 實現真正意義上的防盜功能。車聯網的興起， 為網路式防盜系統提供了有力的技術支援。本文借鑑電子式和網路式防盜的優點，設計了一款基於車聯網的汽車智慧防盜系統， 並完成了系統模擬， 搭建了硬體實驗平臺， 經過模擬和實驗， 驗證了該系統的穩定性、遠端防盜及失盜追蹤效能。
1 系統設計
1.1 系統總體方案設計
車聯網包括車內網、車車網和車外網， 本系統基於車聯網設計， 主要包括中央控制模組、感測器檢測模組、iOS 平臺模組、斷電控制模組、報警及通訊模組。本系統採用51 微控制器做為控制器， 高效、穩定、價效比高。模組化設計利於系統測試及維護， 穩定性好; 利用現有通訊網路平臺， 訊號穩定， 大大節約成本。系統可實現功能： 當人下車後， 車內系統處於睡眠狀態降低耗電量; 當車主的智慧鑰匙進入有效範圍， 汽車自動解鎖， 直線位移感測器檢測到車門車鎖的動作，並將訊號傳給微控制器，1 min 後若駕駛座壓力感測器壓力值達到設定範圍， 經過微控制器將兩種感測器資訊融合處理後， 控制防盜模組關閉防盜系統; 若未檢測到車鎖動作， 則透過振動感測器以及紅外人體感應感測器來判斷是否有人強行侵入， 如果有人強行侵入， 則喚醒防盜系統， 開啟斷點控制以及手機模組啟動防盜追蹤， 並透過GSM 將設定資訊傳送到車主設定手機; 車主可隨時透過手機遠端開啟車內的防盜系統、查詢車輛狀況， 可解決鑰匙丟失帶來的隱患。
1.2 系統控制模組設計
本系統主機板由AT89C51 控制晶片和擴充套件電路組成，它是下位機車載系統的控制核心; 擴充套件電路根據下位機控制設計要求， 儘量保證控制系統的簡單和可靠。該系統分為4 個模組：I/O 模組、A/D 模組、通訊模組及微控制器最小系統， 如圖2 所示。光敏電阻能夠檢測到車主是否有指示訊號傳送， 來確定是否開啟防盜裝置; 斷電裝置可以切斷蓄電池電路， 來阻止盜賊啟動車輛。redc 引腳用來控制紅外線裝置開啟關閉，sc 引腳用於控制D觸發器的重置，GPSC 引腳用於控制GPS 、拍照裝置以及斷電裝置在手機訊號單獨觸發下的開啟關閉。緊急報警按鍵實現車主發生突發事件(如遭遇搶劫或交通事故)時自動向公安機關報警及發出求救訊號。
1.3 感測器檢測資訊融合設計
多感測器資訊融合是一門新興技術， 可有效地降低不確定性， 提高決策的.精確性, 大大降低誤報率， 本系統採用光敏電阻、紅外人體感應、直線位移、振動和壓力感測器， 利用這些感測器提供的區域性資訊存在冗餘和互補， 將其加以綜合， 形成與系統環境一致完整描述， 可降低其不確定性， 提高了決策、規劃和反應的快速性， 提高了防盜報警器的精確性。
(1) 光敏電阻能夠檢測到車主是否有指示訊號傳送，來確定是否開啟防盜裝置。
(2 ) 直線位移感測器能夠檢測到鎖釦動作判斷智慧鑰匙是否在有效範圍內， 確定車輛是安全狀態下開啟後關閉防盜裝置， 以防止誤報。本設計採用soway 磁致伸縮位移感測器， 其使用壽命長， 環境適應性強， 不需要定期維護， 絕對量輸出， 重啟無須重歸調零位。具有高精度、高穩定性、高可靠性、高重複性。
(3) 振動感測器可以檢測到是否車輛有大幅度振動，例如由強行撬開車門、砸碎車窗玻璃而引起的車身劇烈震動，來確定是否是有人想要非法強行進入或移動車輛。
(4 ) 紅外人體感應電路和駕駛座壓力感測器電路綜合檢測判斷是否有人在非法上車， 增強了系統的可靠性。人體感應感測器採用DYP-ME003 ， 其可靠性強， 靈敏度高， 超低電壓工作模式， 其特點有： 全自動感應、光敏控制、溫度補償等。
1.4 GSM 通訊模組設計
系統採用SIEMENS 公司的新一代無線通訊模組TC35i，配合相應的外圍電路可實現SMS 訊息服務功能。TC35i共有40 個引腳, 透過zlF 聯結器分別與電源、啟動和關閉、SIM 卡、資料通訊、狀態指示等電路連線。TC35 GSM模組提供的命令介面符合GSM 07.05 和GSM 07.07 規範。在短訊息模組收到網路發來的短訊息時, 能夠透過串列埠向資料終端裝置傳送指示資訊， 資料終端裝置可以使用GSM AT 指令透過串列埠向GSM 模組傳送各種命令。透過AT 指令可以控制SMS 訊息的接收與傳送。系統處於設防狀態， 警情發生時， 人體感應模組、振動感測器模組採集車資訊， 透過GSM 通訊模組傳送到車主手機， 控制器啟動聲光報警模組進行報警; 車主也可透過GSM 簡訊息隨時查詢汽車安全狀態， 當GSM 模組收到車主資訊時， 傳送一個巡檢訊號給微控制器， 微控制器經過處理發出控制訊號喚醒防盜系統， 拍攝5 張照片和GPS 電子截圖傳到雲端賬號， 車主根據雲端照片資訊可以快速確定車輛狀態， 若是被盜可立即報警。
1.5 遠端防盜追蹤模組設計
遠端防盜追蹤模組主要由三部分組成： 斷電控制模組、充放電模組以及iOS 平臺模組。手機控制電路可以根據訊號撥打車主電話報警， 自動開啟照相裝置對犯罪嫌疑人連微控制器控制系統框圖續拍照，並自動上傳至網路賬號。 隨即自動開啟GPS 軟體追蹤車輛位置， 並將資訊藉由圖片傳送到網路上供車主檢視， 根據照片資訊可快速定位被盜車輛的位置及狀態， 及時報警， 可快速追回車輛並快速鎖定盜車疑犯。本系統採用的是Photo Stream( 照片流) 的功能透過這一服務， 所有iPhone 拍攝的照片會自動推送至伺服器， 然後伺服器會將這些內容再推送到使用個人ID登入過的每個蘋果裝置上或者裝有mac os x 的蘋果電腦或者Windows 系統的電腦。在拍攝犯罪嫌疑人的照片以及GPS 跟蹤資訊截圖後，圖片都會由iCloud 發至每個appleid 賬號裝置， 機主可以透過在mac 電腦上登入appleid 或者持有相同apple id 的iPhone 或者iPad 來檢視照片，可快速鎖定車賊追回車輛。
1.6 iOS 模組控制設計
iOS 模組控制設計框圖。透過光敏電阻開關控制TP5046 模組的開啟關閉， 實現給iOS 模組供電以及控制activator 軟體的動作的功能， 再透過activator軟體控制GPS 以及照相機的開啟並將資料透過iCloud傳輸到iOS 裝置中。當車主發現車鑰匙丟失時可以透過手機遙控iOS 模組，iOS 模組收到指示後會透過來電閃電路發出光亮， 被光敏電阻感知後開啟前置照相機對犯罪嫌疑人拍照， 之後開啟GPS。
1.7 斷電控制電路設計
根據點火原理設計的斷電控制電路， 將斷電裝置繼電器放置於蓄電池與點火線圈之間， 由微控制器控制繼電器動作， 防盜裝置開啟時繼電器斷開， 點火電路斷路不能點火; 防盜裝置關閉時繼電器閉合， 點火電路斷路可正常點火。此電路的設計可以增強車輛的安全性， 車輛非法進入時， 自動切斷啟動電路阻止被盜。
2 系統軟體設計
防盜系統的軟體設計主要分為兩部分， 即訊號檢測處理及防盜裝置控制。訊號檢測處理部分為直線位移感測器和振動感測器訊號A/D 轉換以及訊號接收處理，紅外發射訊號以及紅外接收訊號的處理。防盜裝置控制為控制斷電裝置以及GPS、拍照功能的開啟及資料傳輸。
2.1 軟體設計及流程圖
首先確保裝置未啟動, 取消置1 端的作用確定D 觸發器SD/RD 無效， 檢測壓力感測器訊號， 低電平表示壓力感測器動作， 汽車正常解鎖應關閉防盜裝置， 此時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。如果壓力感測器沒有動作， 表示車沒有解鎖， 此時還需判斷是否有來電，0 表示有來電， 開啟GPS以及拍攝功能， 檢測振動感測器輸入訊號， 低電平表示振動感測器動作， 啟動紅外裝置， 如果有高低電平跳變表示有人侵入， 開啟防盜裝置，。
2.2 系統模擬及分析
利用微控制器開發軟體Keil 編寫程式並除錯成功， 在模擬軟體Proteus 中進行模擬， 取得了較好效果， 系統的整體模擬如圖4 所示，redc 、ch1 、ch2 、ch3 、ch4 分別模擬的是紅外發光管、紅外接收管、紅外重啟開關、振動感測器以及光電感測器。此截圖為有盜賊非法進入車輛， 防盜系統工作圖， 此時紅外人體感應工作，GPS 啟動執行，LED 燈D1 代表GSM 向車主傳送車輛被盜資訊， 此時紅外感應器工作，battery 啟動攝像機拍照並開啟GPS， 聲光報警啟動，GPS 衛星電子地圖截圖以照片流方式自動上傳雲端服務賬號;LED 燈D2 代表車主向GSM 模組傳送車輛查詢資訊。
2.3 系統測試及分析
根據模擬實驗結果， 透過製作實物， 進行了多次實驗， 實驗結果表明該系統報警精準度為92%， 定位精度可達5 m， 證實了該系統比較穩定。車輛被盜後， 感測器資訊引發微控制器啟動GPS 電子地圖， 每隔幾分鐘連續截圖上傳到雲端賬號， 車主可以透過手機、電腦、平板等終端登入檢視車輛位置資訊， 及時報警追回車輛。雲端儲存容量大， 而且不收費， 只要註冊一個賬號即可， 免去了昂貴的GPS 服務費。
3 結論
設計了基於車聯網的智慧防盜系統， 採用多感測器融合， 大大提高了決策的正確性， 該系統能在汽車被盜、破壞以及防盜系統被部分拆卸的情況下， 將相關資訊傳送到車主預先設定的手機等通訊裝置， 拍攝盜車賊的照片並傳送至網路， 開啟GPS 電子地圖追蹤車輛位置， 實現了遠端監控和車輛失盜精確追蹤， 可實時瞭解汽車狀況和及時精準追蹤。透過模擬和實驗， 驗證了該系統的穩定性和高效性， 具有較高社會價值。