一種基于物聯網的摩托車報警器設計

舒景東 劉 龍

（武漢大學電氣工程學院，湖北 武漢 430072）

一種基于物聯網的摩托車報警器設計

舒景東 劉 龍

（武漢大學電氣工程學院，湖北 武漢 430072）

本文主要設計了一種以超低功耗單片機MSP430G2855為控制芯片的摩托車報警器，通過云服務器、手機APP和報警器中的GPRS模塊構建物聯網。振動傳感器和超聲波傳感器協同工作，振動傳感器未檢測到信號時，超聲波傳感器不工作，降低了功耗，同時，超聲波傳感器用于判別是否有人靠近，降低了誤報的概率。基于物聯網，用戶通過手機APP可實現對于誤報情況的處理，以及對于被盜摩托車的追蹤。

摩托車；報警器；物聯網；MSP430G2855；GPRS

1 引言

摩托車與汽車相比，安全性和防盜性都不及汽車，目前摩托車報警器存在的一些問題是：一些摩托車報警器只采用振動傳感器且靈敏度高，有誤報警現象，且當用戶聽不到報警聲時，無法解除報警，導致噪聲擾民；另外一些報警器無定位功能，導致用戶無法追蹤被盜的摩托車；還有一些報警器只采用摩托車蓄電池供電，在電線被竊賊剪斷后，報警器失去供電，無法繼續工作。本文提出的基于物聯網的摩托車報警器誤報警率低，具有定位功能，供電工作可靠。

2 總體設計

基于物聯網的摩托車防盜報警器，包括電源模塊、控制模塊、無線通信模塊、報警模塊、定位模塊、振動傳感器和超聲波傳感器。電源模塊為整個系統供電，且在正常工作時使用摩托車蓄電池供電，一旦檢測到連接蓄電池的線路毀壞，啟動備用電池。無線通信模塊、報警模塊、定位模塊、振動傳感器和超聲波傳感器都連接到控制模塊。報警器通過無線通信模塊與云端服務器建立聯系，云端服務器通過互聯網與用戶手機APP建立聯系。報警器結構圖如圖1所示。

圖1 報警器結構示意圖

3 主要硬件設計

3.1 控制模塊

控制模塊用于處理振動傳感器和超聲波傳感器采集到的數據，同時控制無線通信模塊、報警模塊和定位模塊。目前智能電子設備中常用的控制器為單片機，而MSP430單片機相比Arduino單片機使用更為靈活，開發文檔資料豐富，外圍電路較為簡單，可提高開發速度[1]。本設計采用MSP430G2855，屬于RISC體系，支持的時鐘模式主要有：高達16MHz的內部時鐘，內部超低功率低頻振蕩器（LF），32kHz晶振，16MHz的高頻晶振，外部數字時鐘源；還具有兩個16位TimerA定時器，一個16位Timer B定時器，支持自動波特率檢測的UART、SPI通信，具有一個10位200ksps的片內AD。

3.2 無線通信模塊

由于需要報警器和用戶手機建立聯系，可以采用的方式有GPRS和Wi-Fi通信，但是摩托車擺放的地方不一定總有Wi-Fi覆蓋，所以本設計無線通信模塊采用GPRS通信方式[2]。采用的GPRS模塊為USR-GM3，提供UART接口和單片機進行通信，具有AT指令模式、HTTPD Client、網絡透傳模式和短信透傳模式這4種工作模式，其串口提供硬件流控（RTS/CTS）的支持，波特率最高達921600bps，還可以動態改變串口波特率，并且可進入低功耗模式，使用AT指令，通過外部GPIO和電話短信等喚醒。此GPRS模塊還可以接入透傳云，透傳云支持部署到私有服務器，可配置為本報警器所需云端服務器。

3.3 報警模塊

報警模塊采用Contek TDA2030A高保真音頻放大器，RL為功率4W的揚聲器，Vs連接到摩托車電瓶，Vi為控制器傳輸過來的音頻信號。報警模塊可以播放用戶從手機APP輸入的語音，芯片外圍電路圖如圖2所示。

圖2 報警模塊電路圖

3.4 定位模塊

目前有四大定位系統：GPS，北斗，GLONASS，Galileo，目前在我國北斗系統比GPS定位精度更高[3]，但是由于北斗正在建設中，北斗協同GPS定位具有更高的定位精度[4]，本設計定位模塊采用的導航模塊為UM220-III NL，為BDS/GPS雙模定位模塊，結合了GPS和北斗定位的優勢，開闊場地定位精度為2.5 m CEP，測速精度為0.1m/s，具有兩個UART串口，一個為主串口，默認波特率為9600kbps，支持數據傳輸和固件升級，另外一個串口僅支持數據傳輸，整個模塊功耗較低，典型值為120mW。

3.5 振動傳感器

振動傳感器采用MVS0608.02，為全指向式的振動傳感器，傳感器中微形小球連接兩個金屬觸點，感受到振動時，傳感器中的微球移動，傳感器開始工作，從平時的高阻狀態變為低阻狀態，而無振動時，傳感器電阻高于30兆歐，幾乎無電流流過，功耗可忽略不計，且工作時電流也低至0.2μA，功耗極小；傳感器供電電壓范圍廣，從1.8V到15V均可使其工作，其導通電阻小于100歐姆。

3.6 超聲波傳感器

超聲波傳感器有兩個測距模塊，分別安裝在摩托車兩側。本設計采用HC-SR04超聲波模塊，測距精度可以達到3mm，模塊由超聲波發射器、接收器、控制電路組成，一個IO口用于觸發測距，如果接收器接收到返回的超聲波信號，則另外一個IO口輸出高電平，其持續時間為超聲波發射到傳

4 物聯網的構建及報警器工作過程

如圖3所示，報警器通過無線通信模塊的GPRS通信方式與云端服務器相互傳遞信息，云端服務器與用戶手機APP間通過互聯網傳遞信息，比如手機可以使用數據流量或者Wi-Fi的方式與云端服務器通信[6]。

圖3 系統框圖

摩托車停車，用戶上鎖后，控制模塊啟動一次超聲波模塊，獲取車輛兩側障礙物距離信息，然后關閉超聲波傳感器，啟用振動傳感器。當振動傳感器采集到摩托車車體振動信號后發送給控制模塊，控制模塊啟動超聲波模塊檢測車輛兩側的障礙物距離，若發現障礙物距離小于停車后首次測量的障礙物距離，則啟動報警模塊和定位模塊，同時通過無線通信模塊將報警信息和摩托車位置信息傳遞到云端服務器，進而傳遞到用戶手機APP，如果發現障礙物距離和首次測量的一致，則不發出報警信號。用戶可通過手機APP輸入語音并在報警模塊播放出來，若用戶判斷報警器是誤報警，還可通過手機APP發送關閉報警模塊的指令，經過云端服務器，再經過報警器的無線通信模塊到達控制模塊，從而使報警模塊停止工作。

5 結語

本文論述的基于物聯網的摩托車報警器，以MSP430單片機為控制芯片的控制模塊通過振動傳感器和超聲波傳感器采集到的數據判斷是否需要報警，超聲波傳感器僅在停車后啟動一次，再次啟動將由振動傳感器的信號觸發，實現了超聲波傳感器的低功耗。同時用戶可通過手機APP關閉報警模塊，減少了誤報警的概率。用戶可通過APP喊話，語音數據傳輸到報警器通過報警模塊播放出來，增強了對竊賊的威懾。用戶還可通過定位模塊實現對摩托車的追蹤，提升了防盜效果。

[1]陳秘，許凱華，劉玉華，等．基于MSP430F149的車載監控終端系統設計與實現[J]．計算機工程與設計，2008(17)：4398-4400．

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[3]施闖，趙齊樂，李敏，等．北斗衛星導航系統的精密定軌與定位研究[J]．中國科學：地球科學，2012(06)：854-861．

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[5]陳疆．基于超聲波傳感器的障礙物判別系統研究[D]．咸陽：西北農林科技大學，2005．

[6]陳興龍，陶士慶，孫靜，等．基于APP技術的物聯網監控技術的研究現狀與應用[J]．機械工程師，2015(12)：77-78．

【 Abstract】 This paper mainly discusses on the design of the motorcycle alarm with an ultra-low power single-chip MSP430G2855 for the control chip.The Internet of things is built through cloud server,mobile phone APP,and the GPRS module of alarm.With cooperative work of vibration sensor and ultrasonic sensor,the ultrasonic sensor doesn’t work to reduce power consumption if the vibration sensor detects no signal.At the same time,ultrasonic sensor is used to distinguish whether someone is approaching,reducing the probability of false alarm.Based on the Internet of things,users can handle false alarm signal through mobile phoneAPP and track stolen motorcycles.

Design of the MotorcycleAlarm Based on the Internet of Things

Shu Jingdong Liu Long
(School of Electrical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,Hubei)

motorcycle;alarm;Internet of Things;MSP430G2855；GPRS

TP277

A

1008-6609(2017)07-0066-03

舒景東（1996-），男，湖南懷化人，本科在讀，研究方向為物聯網。