車聯網電動車防盜終端的設計

宋余君，劉先明，劉桂紅，米賢武

（懷化學院 電氣與信息工程學院，湖南 懷化 418008）

0 引 言

目前，電動車已逐漸成為人們的代步工具。2016年僅江蘇徐州、鹽城地區的電動車銷量約為5萬～7.5萬臺[1]。與此同時，電動車被盜事件時有發生。以寧波市北侖區為例，2015年共發生盜竊電動車案件3 553起[2]，且被盜車輛難以追回。很多學者對電動車被盜問題進行了深入研究，新型電動車防盜手段正逐步提高。朱貴憲提出將細銅絲作為警戒線[3]；張皓提出使用單片機GSM通信技術[4]；翁信文等提出使用GNSS和 GSM 等技術實現被盜車輛定位和跟蹤[5]；蔡祥春等提出運用 ZigBee 和 GPRS 技術實現電動車防盜[6]。但這些防盜手段均從某個點出發解決車輛被盜問題，未從車輛被盜的整個過程出發，犯罪分子仍可利用防盜器的漏洞進行盜竊活動。本文防盜終端從防電門鎖暴力破壞、防電瓶斷電、防黑箱盜竊、防止利用無GPS信號盜竊以及盜竊后電動車尋跡等方面解決防盜問題，并增加了用戶所關心的車輛故障信息、蓄電池電量信息、續航信息、行駛里程及行駛速度等附加功能，便于用戶使用。

1 防盜系統總體設計

電動車防盜系統包含三大部分，即電動車車載防盜終端、云服務器平臺、用戶端手機APP，系統結構如圖1所示。其中，車載防盜終端負責采集門鎖狀態信息、GPS信息、震動信息、陀螺儀信息、蓄電池信息以及電動車控制器輸出的故障信息、速度信息等原始數據；云服務器平臺負責所有電動防盜終端的數據接入、處理以及存儲，并提供手機終端的注冊、注銷、綁定等服務，可根據需要向用戶手機終端推送報警或產品消息；用戶手機終端是用戶注冊、綁定電動車、使用防盜系統的人機交互平臺。服務器平臺可根據用戶在APP上設定的電子圍欄及電動車終端上報的位置信息，綜合判斷當前車輛是否被盜。

圖1 電動車防盜系統結構示意圖

2 防盜終端硬件設計

防盜終端采集的信息是車聯網電動車防盜系統判斷電動車是否被盜的唯一參量，因此，信息準確度將直接影響客戶體驗。防盜終端原理如圖2所示。電源取自電動車電瓶，為保證適應性，該電源輸入范圍可達40～100 V，囊括了市面上的所有電動車。GPS信號正常時，車輛定位信息從GPS定位模塊獲取；無GPS信號或信號較弱時，結合陀螺儀模塊輸出轉向角及加速度傳感器輸出的加速度值，采用慣性定位算法實現電動車定位[7,8]。CDMA模塊實現終端與云服務器的數據交互，中國電信推出了物聯網卡的優惠政策，且可將卡號存儲于CDMA模塊內，在滿足通信功能的同時避免了因SIM卡損壞、接觸不良、掉落等問題產生的不穩定性。

圖2 防盜終端原理框圖

2.1 門鎖信號檢測及非法拆鎖檢測設計

防盜終端的工作狀態分為騎行狀態和設防狀態。當電動車電門鎖合法打開時，電動車進入騎行狀態，此時電動車防盜終端主要監測車輛故障信息、騎行速度、位置信息等，并將信息傳至云端服務器存儲于數據庫中，手機客戶端可查詢行車軌跡及車輛歷史行駛狀態。當電動車電門鎖閉合時，電動車進入設防狀態，此時電動車防盜終端主要監測車輛震動信息及計算位置信息，當檢測到持續震動信息或劇烈震動信息后，系統喚醒并上報當前位置信息和震動報警信息，此時云端服務器根據電子圍欄范圍判斷是否越界，若越界則向手機終端推送越界報警信息，若未越界則推送震動警報信息。門鎖狀態及非法拆鎖檢測電路如圖3所示。其中，A號端口為電源輸入端口；B號端口為門鎖狀態輸出端口，當使用鑰匙打開電門鎖時，該端口輸出高電平，當關閉電門鎖時，該端口輸出低電平；C號端口為電源地。防盜報警終端分別檢測A號端口和B號端口的電平信號，且接線時盡量靠近電門鎖一側；R為下拉電阻。當電門鎖正常打開時防盜報警終端的1號、2號輸入端均為高電平；當電門鎖關閉時防盜報警終端的1號輸入端為低電平，2號輸入端為高電平；當電門鎖遭暴力破壞時，防盜報警終端的2號輸入端輸入低電平。

圖3 電動車電門鎖接線示意圖

2.2 電瓶防盜檢測設計

電動車的所有能源來源于電瓶，且電瓶的價格約占普通電動車的三分之一，是盜竊者的首選目標。本防盜終端的電源管理系統如圖4所示。該系統具有電瓶被盜報警提醒，被盜后電動車定位追蹤功能。其中，XL7015為DC/DC轉換芯片，輸入電壓范圍為5～80 V，輸出電壓為5 V，最大輸出電流為0.8 A；HX9001為配電開關，當電源由蓄電池供電時，系統電源由蓄電池直接供給，并通過鋰電池管理芯片給鋰電池充電；當蓄電池被盜時，系統電源由鋰電池供給，此時系統進入省電模式，可持續供電約10小時。

圖4 電動車防盜終端電源管理原理框圖

3 結 語

本文防盜終端穩定可靠，加入存儲芯片后，可存儲因CDMA信號弱而未能及時發出的信息，能夠有效避免車輛被盜問題，在車輛被盜后可及時提醒用戶，并提供車輛位置信息。該智能終端提供了車輛故障信息、蓄電池電量信息、續航信息、行駛里程及行駛速度等附加功能，有效提升用戶依賴性。同時，該智能終端還可與電動車儀表相結合，使電動車防盜更隱蔽，更便捷。

[1] 顧小磊.2016年中國7大核心電動車市場銷量對比[J].電動自行車，2017（1）：8-9.

[2] 張應立.盜竊電動自行車犯罪及其防控的實證研究——以寧波市北侖區為例[J].公安學刊（浙江警察學院學報），2016（4）：68-75.

[3] 朱貴憲.電動車用新型防盜報警器的設計[J].山西電子技術，2017（5）：34-36.

[4] 張皓.基于MSP430單片機和GSM模塊的電動車防盜器設計[J].通訊世界（下半月），2015（5）：31-32.

[5]翁信文，汪維.基于GNSS/傳感器電動車防盜定位系統設計[J].科技創新與生產力，2016（5）：50-51.

[6]蔡祥春，王宜懷，周杰，等.基于物聯網技術的電動車防盜系統[J].計算機工程，2011，37（20）：236-238.

[7]蔡伯根.利用GPS和慣性傳感器的融合和集成實現車輛定位[J].北方交通大學學報，2000，24（5）：7-14.

[8]李文娟.車聯網中車輛定位及其優化技術研究[D]. 南京：南京郵電大學，2013.