基于震動監測的車輛防盜系統設計*

鄧汝奎，覃雪蓮，范毅，馬亞勤

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基于震動監測的車輛防盜系統設計*

鄧汝奎1，覃雪蓮1，范毅1，馬亞勤2

（1.南寧學院，廣西 南寧 530200；2.廣西農業職業技術學院，廣西 南寧 530200）

車輛被盜時，通常會出現異常震動，文章基于震動信號采集，設計以STC單片機為核心的的車輛防盜系統，利用無線通信技術及時提示車輛安全狀況異常，并切斷車輛啟動電源，達到車輛的防盜的目的。

車輛防盜；震動監測；單片機

引言

汽車保有量逐年增加，車輛被盜也成為常見的社會犯罪現象，汽車被盜一般分為車上財物被盜和車輛被盜，這些被盜車輛，往往是犯罪分子通過暴力的方式，進入車輛內部的，此時會出現異常的震動，如果能夠對車輛的異常震動及時發現，將降低車輛被盜的風險。因此，通過對車輛震動信息的采集，利用無線通信技術傳送至車主，及時采取防盜措施，對車輛安全保障有著重要的意義。

1 總體方案設計

車輛防盜系統主要包括以下幾個子模塊：震動信息采集模塊、車輛防盜預警信息發送模塊、車輛啟動控制模塊。下面介紹這幾個模塊的工作原理及功能，首先是震動信息采集模塊，其主要核心是震動傳感器，通過選擇合適的震動傳感器，準確識別車輛異常震動的發生，同時，需保證具有一定的抗干擾能力，避免引起不必要的防盜預警。其次是車輛防盜信息發送模塊，當震動信息采集模塊收集到異常震動信號后，必須及時地發送給車主，這一過程，采用無線傳送技術，發送到車主手持終端。最后，當防盜預警信息及時發出的同時，阻止車輛的非法啟動，保證車輛的安全。防盜系統的三大模塊的運行，以單片機為核心，進行相關的外圍電路設計，達到信息采集、判斷分析、車輛防盜控制信號輸出的設計效果。

總體設計方案如圖1所示，以單片機為控制核心的防盜裝置，集成震動信號采集、無線信號收發、車輛啟動控制三大功能，車主手持終端通過無線通信信號與防盜裝置傳輸信息，具備車輛的安全信息的提示功能，確保車輛的實時安全。

圖1 總體方案設計

2 硬件設計

硬件設計為防盜裝置的電路設計，防盜裝置作為車輛后裝設備，盡可能體積小，安裝便捷，制作成本較低，在元器件選型時，除了考慮功能的實現外，上述條件作為重要參考因素。

2.1 單片機選型

單片機是系統運行的控制中樞，資源配置決定著系統功能和性能的質量，單片機的選型必須能滿足防盜裝置的功能需求。從兩個方面分析，信息的輸入和執行信號的輸出，防盜系統信息輸入只有震動信息模塊，提取該模塊的高低電平信號變化即可識別出車輛的震動信息，單片機的普通IO口就可以實現該功能。執行信號輸出是單片機收到輸入信息后經過綜合判斷分析，產生控制信號和發送信息，無線發送模塊和車輛啟動模塊都屬于執行信號輸出，單片機與無線發送模塊信息傳輸常見的方式采用串口通信，必須配置有通信串口才能夠實現。車輛啟動控制模塊，通過控制車輛啟動電源即可實現，用單片機IO口驅動繼電器控制通斷即可。綜合上述分析，單片機2個普通IO口，1個通信串口即可滿足防盜系統功能需求。

STC15W0S單片機采用8腳封裝，完全兼容8051單片機內核，上手難度低，無需晶振電路和外部復位電路，極大降低系統硬件設計成本，具有1組高速異步串行通信口，具有低功耗、強抗干擾等性能優點，連接5V電源即可正常工作，如圖2所示。

圖2 硬件電路設計

2.2 震動電路設計

震動傳感器是防盜系統的唯一信息獲取源，是防盜功能實現的關鍵因素。安裝在車架緊密貼合的位置，同時保證能夠對正常的發動機抖動過濾，為保證穩定性，采用一體式的震動傳感器，如圖3所示，該傳感器內部為壓電陶瓷片加彈簧重錘結構檢測震動信號，具有震動檢測范圍可調的特點，使用用于不同的車輛檢測。傳感器有3個接口，分別為電源、地線、信號線，設計時，只需在主板設計三個接線口，將傳感器與防盜系統連接即可，連接電路如圖2所示，信號線經5V上拉后，接至單片機IO口，沒有震動時，對單片機輸入5V高電平，震動時，信號線電壓拉低，IO口接收到低電平，由此判斷，車輛出現異常震動。

圖3 震動傳感器

2.3 無線發送模塊設計

車輛停放位置情況較為復雜，停車距離過遠時，普通無線信號無法傳送，如采用4G網絡，在地下停車場或接收信號差的區域無法正常通信。為保證通信正常，采用電話和短信的方式，該方式目前能夠覆蓋到絕大多數停車區域，也無需對車主手持終端進行軟件開發。內置SIM卡模塊，出現防盜預警時，車上防盜裝置，通過撥打車主手機和發送提示短信的方式，告知車主車輛出現異常震動的情況。采用SIM900A通信模塊，如圖2所示，模塊采用異步串行通信與單片機連接，電路設計時，將單片機的串口引出即可，另設計5V電源接線端口給SIM900A通信模塊供電。

2.4 車輛啟動控制模塊設計

車輛啟動控制模塊工作原理較簡單，通過設計繼電器，控制車輛鑰匙主電源通斷，顯示對車輛啟動的限制，其安裝于車輛隱秘位置，可以達到防盜的效果。繼電器采用常閉型，正常情況時，繼電器閉合，車輛鑰匙電源正常工作，出現防盜預警時，繼電器斷開電源，車輛無法啟動。STC單片機通用IO口輸出電流較弱，不能夠直接驅動繼電器工作，因此通過三極管C8015來驅動繼電器的吸合線圈的工作。如圖2所示，當防盜預警觸發時，單片機IO口，輸出高電平，三級管8015導通，繼電器線圈有電流通過，繼電器斷開。

2.5 電源設計

防盜系統后期加裝于車輛，因此電源系統需能夠和車輛電源匹配，車載電源為12V直流電源，單片機以及外圍電路模塊都是采用5V供電，在這些子模塊當中，無線發送模塊功率消耗最大，工作電壓5V時，其工作電流最大達1.5A，因此對電源穩壓芯片的功率輸出有較高要求。其他模塊工作電流都較小，為保證電源系統的穩定輸出，采用LM2596s-5.0芯片，電路如圖2所示，最大輸出工作電流3A，能夠很好滿足防盜系統用電需求。

綜上所述，無線發送模塊和車輛啟動控制模塊工作與否取決于震動信號采集模塊的震動監測，直接受控于STC單片機控制核心。

3 軟件設計

圖4 程序流程圖

軟件程序的設計以單片機控制為中心展開，通過循環監測車輛震動信息，判斷車輛是否安全，程序流程如圖4所示。首先，對單片機初始化包括IO口的輸入和輸出配置，串口通信速率的配置，配置完成后，系統能夠正常工作，此時，系統進入循環監測狀態，以震動傳感器信號為判斷依據，分兩路執行程序，當監測到車輛震動時，防盜系統通過無線模塊發送車輛防盜預警信息至車主手機，同時，切斷車輛電源防止車輛啟動；如果未監測到震動信號，系統一直循環監測，不作任何信號輸出。

4 總結

本文設計了基于震動監測的車輛防盜系統，利用STC15 W0S單片機外圍電路精簡的特點，設計出體積小巧的防盜裝置，降低了設計制作成本，同時，引入SIM900A通信模塊，連接車主手機終端，在保證了無線通信可靠性的同時，改變傳統車輛防盜系統單純依靠聲光預警，無法及時提示車主的缺點，具備更好的實用價值和防盜性能。

Design of vehicle anti-theft system based on Vibration Monitoring*

Deng Rukui1, Qin Xuelian1, Fan Yi1, Ma Yaqin2

( 1.Nanning University, Guangxi Nanning 530200; 2.Guangxi Vocational and Technical College of Agriculture, Guangxi Nanning 530200）

When a vehicle is stolen, abnormal vibration usually occurs. Based on the acquisition of vibration signals, this paper designs a vehicle anti-theft system with STC MCU as the core. It uses wireless communication technology to prompt the abnormal safety condition of the vehicle in time, and cuts off the starting power supply of the vehicle, so as to achieve the purpose of vehicle anti-theft.

vehicle anti-theft; vibration monitoring; single chip microcomputer

B

1671-7988(2018)24-164-03

U467

B

1671-7988(2018)24-164-03

U467

鄧汝奎（1985-）男，本科，講師，研究方向為汽車電氣及控制技術。基金項目：2015邕寧區科學研究與技術開發計劃項目，項目編號20150217A；南寧學院2017年校級科研項目，項目編號 2017XJ14。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.058