【学习笔记】基于车联网的汽车智能防盗系统设计
0 引言
目前的汽车防盗系统主要分为四种类型：机械式防盗装置、电子防盗报警装置、芯片式防盗装置、网络式防盗系统，目前比较流行的是网络式汽车防盗系统。GPS防盗系统具有车辆寻迹、定位、截停和车况报告的功能。通过卫星对车辆全天候监测实现盗后精确定位、快速寻回车辆。GPS防盗系统技术先进，防盗效果好，但是价格昂贵，需要支付高昂的服务费用而无法普及；GSM网络防盗系统利用全球无线通信网络，可很好地预防车辆被盗，而且成本很低。本文借鉴电子式和网络式防盗的优点，设计了一款基于车联网的汽车智能防盗系统，并完成了系统仿真，搭建了硬件实验平台，经过仿真和实验，验证了该系统的稳定性、远程防盗及失盗追踪性能。
1 系统设计
1.1 系统总体方案设计
车联网包括车内网、车车网和车外网，本系统基于车联网设计，主要包括中央控制模块、传感器检测模块、iOS平台模块、断电控制模块、报警及通信模块，如图1所示。本系统采用51单片机做为控制器，高效、稳定、性价比高。模块化设计利于系统测试及维护，稳定性好；利用现有通信网络平台，信号稳定，大大节约成本。
系统可实现功能：当人下车后，车内系统处于睡眠状态降低耗电量；当车主的智能钥匙进入有效范围，汽车自动解锁，直线位移传感器检测到车门车锁的动作，并将信号传给单片机，1 min后若驾驶座压力传感器压力值达到设定范围，经过单片机将两种传感器信息融合处理后，控制防盗模块关闭防盗系统；若未检测到车锁动作，则通过振动传感器以及红外人体感应传感器来判断是否有人强行侵入，如果有人强行侵入，则唤醒防盗系统，开启断点控制以及手机模块启动防盗追踪，并通过GSM将设定信息发送到车主设定手机；车主可随时通过手机远程开启车内的防盗系统、查询车辆状况，可解决钥匙丢失带来的隐患。
1.2 系统控制模块设计
本系统主板由AT89C51控制芯片和扩展电路组成，它是下位机车载系统的控制核心；扩展电路根据下位机控制设计要求，尽量保证控制系统的简单和可靠。该系统分为4个模块：I/O模块、A/D模块、通信模块及单片机最小系统，如图2所示。光敏电阻能够检测到车主是否有指示信号发送，来确定是否开启防盗装置；断电装置可以切断蓄电池电路，来阻止盗贼启动车辆。redc引脚用来控制红外线装置开启关闭，sc引脚用于控制D触发器的重置，GPSC引脚用于控制GPS、拍照装置以及断电装置在手机信号单独触发下的开启关闭。紧急报警按键实现车主发生突发事件(如遭遇抢劫或交通事故)时自动向公安机关报警及发出求救信号。
1.3 传感器检测信息融合设计
多传感器信息融合是一门新兴技术，可有效地降低不确定性，提高决策的精确性,大大降低误报率，本系统采用光敏电阻、红外人体感应、直线位移、振动和压力传感器，利用这些传感器提供的局部信息存在冗余和互补，将其加以综合，形成与系统环境一致完整描述，可降低其不确定性，提高了决策、规划和反应的快速性，提高了防盗报警器的精确性，如图2所示。
(1)光敏电阻能够检测到车主是否有指示信号发送，来确定是否开启防盗装置。
(2)直线位移传感器能够检测到锁扣动作判断智能钥匙是否在有效范围内，确定车辆是安全状态下打开后关闭防盗装置，以防止误报。本设计采用soway磁致伸缩位移传感器，其使用寿命长，环境适应性强，不需要定期维护，绝对量输出，重启无须重归调零位。具有高精度、高稳定性、高可靠性、高重复性。
(3)振动传感器可以检测到是否车辆有大幅度振动，例如由强行撬开车门、砸碎车窗玻璃而引起的车身剧烈震动，来确定是否是有人想要非法强行进入或移动车辆。
(4)红外人体感应电路和驾驶座压力传感器电路综合检测判断是否有人在非法上车，增强了系统的可靠性。人体感应传感器采用DYP-ME003，其可靠性强，灵敏度高，超低电压工作模式，其特点有：全自动感应、光敏控制、温度补偿等。
1.4 GSM通信模块设计
系统采用SIEMENS公司的新一代无线通信模块TC35i，配合相应的外围电路可实现SMS消息服务功能。TC35i共有40个引脚, 通过zlF连接器分别与电源、启动和关闭、SIM卡、数据通信、状态指示等电路连接。TC35 GSM模块提供的命令接口符合GSM 07.05和GSM 07.07规范。在短消息模块收到网络发来的短消息时,能够通过串口向数据终端设备发送指示信息，数据终端设备可以使用GSM AT指令通过串口向GSM模块发送各种命令。通过AT指令可以控制SMS消息的接收与发送[3]。
系统处于设防状态，警情发生时，人体感应模块、振动传感器模块采集车信息，通过GSM通信模块发送到车主手机，控制器启动声光报警模块进行报警；车主也可通过GSM短信息随时查询汽车安全状态，当GSM模块收到车主信息时，发送一个巡检信号给单片机，单片机经过处理发出控制信号唤醒防盗系统，拍摄5张照片和GPS电子截图传到云端账号，车主根据云端照片信息可以快速确定车辆状态，若是被盗可立即报警。
1.5 远程防盗追踪模块设计
远程防盗追踪模块主要由三部分组成：断电控制模块、充放电模块以及iOS平台模块。手机控制电路可以根据信号拨打车主电话报警，自动开启照相装置对犯罪嫌疑人连续拍照，并自动上传至网络账号。随即自动开启GPS软件追踪车辆位置，并将信息借由图片发送到网络上供车主查看，根据照片信息可快速定位被盗车辆的位置及状态，及时报警，可快速追回车辆并快速锁定盗车疑犯。本系统采用的是Photo Stream（照片流）的功能通过这一服务，所有iPhone拍摄的照片会自动推送至服务器，然后服务器会将这些内容再推送到使用个人ID登录过的每个苹果设备上或者装有mac os x的苹果电脑或者Windows系统的电脑。在拍摄犯罪嫌疑人的照片以及GPS跟踪信息截图后，图片都会由iCloud发至每个apple id账号设备，机主可以通过在mac电脑上登录apple id或者持有相同apple id的iPhone 或者iPad来查看照片，可快速锁定车贼追回车辆。
1.6 iOS模块控制设计
iOS模块控制设计框图如图2所示。通过光敏电阻开关控制TP5046模块的开启关闭，实现给iOS模块供电以及控制activator软件的动作的功能，再通过activator软件控制GPS以及照相机的开启并将数据通过iCloud传输到iOS设备中。当车主发现车钥匙丢失时可以通过手机遥控iOS模块，iOS模块收到指示后会通过来电闪电路发出光亮，被光敏电阻感知后开启前置照相机对犯罪嫌疑人拍照，之后开启GPS。
1.7 断电控制电路设计
根据点火原理设计的断电控制电路，将断电装置继电器放置于蓄电池与点火线圈之间，由单片机控制继电器动作，防盗装置开启时继电器断开，点火电路断路不能点火；防盗装置关闭时继电器闭合，点火电路断路可正常点火。此电路的设计可以增强车辆的安全性，车辆非法进入时，自动切断启动电路阻止被盗。
2 系统软件设计
防盗系统的软件设计主要分为两部分，即信号检测处理及防盗装置控制。信号检测处理部分为直线位移传感器和振动传感器信号A/D转换以及信号接收处理，红外发射信号以及红外接收信号的处理。防盗装置控制为控制断电装置以及GPS、拍照功能的开启及数据传输。
2.1 软件设计及流程图
首先确保装置未启动,取消置1端的作用确定D触发器SD/RD无效，检测压力传感器信号，低电平表示压力传感器动作，汽车正常解锁应关闭防盗装置，此时还需判断是否有来电，低电平表示有来电，要开启GPS以及拍摄功能。如果压力传感器没有动作，表示车没有解锁，此时还需判断是否有来电，0表示有来电，开启GPS以及拍摄功能，检测振动传感器输入信号，低电平表示振动传感器动作，启动红外装置，如果有高低电平跳变表示有人侵入，开启防盗装置，系统流程图如图3所示。
2.2 系统仿真及分析
利用单片机开发软件Keil编写程序并调试成功，在仿真软件Proteus中进行仿真，取得了较好效果，系统的整体仿真如图4所示，redc、ch1、ch2 、ch3、ch4分别模拟的是红外发光管、红外接收管、红外重启开关、振动传感器以及光电传感器。此截图为有盗贼非法进入车辆，防盗系统工作图，从图可以看出，此时红外人体感应工作，GPS启动运行，LED灯D1代表GSM向车主发送车辆被盗信息，此时红外感应器工作，battery启动摄像机拍照并开启GPS，声光报警启动，GPS卫星电子地图截图以照片流方式自动上传云端服务账号；LED灯D2代表车主向GSM模块发送车辆查询信息。
2.3 系统测试及分析
根据仿真实验结果， 通过制作实物，进行了多次实验，实验结果表明该系统报警精准度为92%，定位精度可达5 m，证实了该系统比较稳定。车辆被盗后，传感器信息引发单片机启动GPS电子地图，每隔几分钟连续截图上传到云端账号，车主可以通过手机、电脑、平板等终端登录查看车辆位置信息，及时报警追回车辆。云端存储容量大，而且不收费，只要注册一个账号即可，免去了昂贵的GPS服务费。
3 结论
设计了基于车联网的智能防盗系统，采用多传感器融合，大大提高了决策的正确性，该系统能在汽车被盗、破坏以及防盗系统被部分拆卸的情况下，将相关信息发送到车主预先设定的手机等通信设备，拍摄盗车贼的照片并传送至网络，打开GPS电子地图追踪车辆位置，实现了远程监控和车辆失盗精确追踪，可实时了解汽车状况和及时精准追踪。通过仿真和实验，验证了该系统的稳定性和高效性，具有较高社会价值。