長(zhǎng)途貨運(yùn)汽車防盜油報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

關(guān)學(xué)慧 馬文龍 齊丹丹

(哈爾濱劍橋?qū)W院電氣與信息工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150080)

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

1 系統(tǒng)功能

1.1 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)。

1.2 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。

1.3 考慮到行人可能途徑貨車觸發(fā)人體紅外熱釋電傳感器,并且同時(shí)附近可能有大型車輛經(jīng)過產(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。

1.4 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。

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

1.6 考慮到駕駛員夜間睡眠可能比較沉,車外部報(bào)警器聲音可能聽不到,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。

2 系統(tǒng)作用原理

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

2.1 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?單片機(jī)將記錄這一變化。

2.2 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。

2.3 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旁經(jīng)過,偶然撞擊油箱而誤觸發(fā)報(bào)警。

2.4 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9V 供電與系統(tǒng)原有的24V 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24V,根據(jù)分壓公式(1)計(jì)算：

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47K 歐姆電阻,R9 為10K 歐姆電阻。

計(jì)算后UA/D為4.2V 左右。考慮到大型貨車的電瓶從饋電到飽和,電壓范圍較寬,一般為20V-29V 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[3.5V,5V],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9V,經(jīng)公式(1)計(jì)算后,UA/D為1.5V,單片機(jī)檢測(cè)到該電壓值后報(bào)警。

圖2 同步報(bào)警蜂鳴器控制電路

2.5 將433MHZ 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。

2.6 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3 系統(tǒng)主程序流程圖

圖4 油箱防盜報(bào)警子程序流程圖

3 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)的主程序流程圖1 所示。

當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)初始化后單片機(jī)進(jìn)入供電檢測(cè)流程,通過檢測(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9V則進(jìn)入報(bào)警狀態(tài),如果系統(tǒng)供電電壓為24V 則檢測(cè)系統(tǒng)是否布防,若系統(tǒng)沒有布防,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)重新初始化后開始主流程。

4 子程序設(shè)計(jì)

4.1 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UA/D為1.5V 左右時(shí),確定為供電被破壞,進(jìn)行報(bào)警。

4.2 報(bào)警子程序設(shè)計(jì)

當(dāng)汽車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)警器開始報(bào)警,子程序流程如圖5 所示。另外,報(bào)警規(guī)則具有防誤報(bào)功能。

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)開始檢測(cè)振動(dòng)傳感器。在一分鐘閾值時(shí)間內(nèi),如果沒有振動(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)的一分鐘閾值時(shí)間,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15S 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4S 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)。

4.3 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。

5 結(jié)論

5.1 系統(tǒng)通過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)出貨車偷油行為。

5.2 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。

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

5.4 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。