基于震动监测的车辆防盗系统设计*

邓汝奎，覃雪莲，范毅，马亚勤



基于震动监测的车辆防盗系统设计*

邓汝奎1，覃雪莲1，范毅1，马亚勤2

（1.南宁学院，广西 南宁 530200；2.广西农业职业技术学院，广西 南宁 530200）

车辆被盗时，通常会出现异常震动，文章基于震动信号采集，设计以STC单片机为核心的的车辆防盗系统，利用无线通信技术及时提示车辆安全状况异常，并切断车辆启动电源，达到车辆的防盗的目的。

车辆防盗；震动监测；单片机

引言

汽车保有量逐年增加，车辆被盗也成为常见的社会犯罪现象，汽车被盗一般分为车上财物被盗和车辆被盗，这些被盗车辆，往往是犯罪分子通过暴力的方式，进入车辆内部的，此时会出现异常的震动，如果能够对车辆的异常震动及时发现，将降低车辆被盗的风险。因此，通过对车辆震动信息的采集，利用无线通信技术传送至车主，及时采取防盗措施，对车辆安全保障有着重要的意义。

1 总体方案设计

车辆防盗系统主要包括以下几个子模块：震动信息采集模块、车辆防盗预警信息发送模块、车辆启动控制模块。下面介绍这几个模块的工作原理及功能，首先是震动信息采集模块，其主要核心是震动传感器，通过选择合适的震动传感器，准确识别车辆异常震动的发生，同时，需保证具有一定的抗干扰能力，避免引起不必要的防盗预警。其次是车辆防盗信息发送模块，当震动信息采集模块收集到异常震动信号后，必须及时地发送给车主，这一过程，采用无线传送技术，发送到车主手持终端。最后，当防盗预警信息及时发出的同时，阻止车辆的非法启动，保证车辆的安全。防盗系统的三大模块的运行，以单片机为核心，进行相关的外围电路设计，达到信息采集、判断分析、车辆防盗控制信号输出的设计效果。

总体设计方案如图1所示，以单片机为控制核心的防盗装置，集成震动信号采集、无线信号收发、车辆启动控制三大功能，车主手持终端通过无线通信信号与防盗装置传输信息，具备车辆的安全信息的提示功能，确保车辆的实时安全。

图1 总体方案设计

2 硬件设计

硬件设计为防盗装置的电路设计，防盗装置作为车辆后装设备，尽可能体积小，安装便捷，制作成本较低，在元器件选型时，除了考虑功能的实现外，上述条件作为重要参考因素。

2.1 单片机选型

单片机是系统运行的控制中枢，资源配置决定着系统功能和性能的质量，单片机的选型必须能满足防盗装置的功能需求。从两个方面分析，信息的输入和执行信号的输出，防盗系统信息输入只有震动信息模块，提取该模块的高低电平信号变化即可识别出车辆的震动信息，单片机的普通IO口就可以实现该功能。执行信号输出是单片机收到输入信息后经过综合判断分析，产生控制信号和发送信息，无线发送模块和车辆启动模块都属于执行信号输出，单片机与无线发送模块信息传输常见的方式采用串口通信，必须配置有通信串口才能够实现。车辆启动控制模块，通过控制车辆启动电源即可实现，用单片机IO口驱动继电器控制通断即可。综合上述分析，单片机2个普通IO口，1个通信串口即可满足防盗系统功能需求。

STC15W0S单片机采用8脚封装，完全兼容8051单片机内核，上手难度低，无需晶振电路和外部复位电路，极大降低系统硬件设计成本，具有1组高速异步串行通信口，具有低功耗、强抗干扰等性能优点，连接5V电源即可正常工作，如图2所示。

图2 硬件电路设计

2.2 震动电路设计

震动传感器是防盗系统的唯一信息获取源，是防盗功能实现的关键因素。安装在车架紧密贴合的位置，同时保证能够对正常的发动机抖动过滤，为保证稳定性，采用一体式的震动传感器，如图3所示，该传感器内部为压电陶瓷片加弹簧重锤结构检测震动信号，具有震动检测范围可调的特点，使用用于不同的车辆检测。传感器有3个接口，分别为电源、地线、信号线，设计时，只需在主板设计三个接线口，将传感器与防盗系统连接即可，连接电路如图2所示，信号线经5V上拉后，接至单片机IO口，没有震动时，对单片机输入5V高电平，震动时，信号线电压拉低，IO口接收到低电平，由此判断，车辆出现异常震动。

图3 震动传感器

2.3 无线发送模块设计

车辆停放位置情况较为复杂，停车距离过远时，普通无线信号无法传送，如采用4G网络，在地下停车场或接收信号差的区域无法正常通信。为保证通信正常，采用电话和短信的方式，该方式目前能够覆盖到绝大多数停车区域，也无需对车主手持终端进行软件开发。内置SIM卡模块，出现防盗预警时，车上防盗装置，通过拨打车主手机和发送提示短信的方式，告知车主车辆出现异常震动的情况。采用SIM900A通信模块，如图2所示，模块采用异步串行通信与单片机连接，电路设计时，将单片机的串口引出即可，另设计5V电源接线端口给SIM900A通信模块供电。

2.4 车辆启动控制模块设计

车辆启动控制模块工作原理较简单，通过设计继电器，控制车辆钥匙主电源通断，显示对车辆启动的限制，其安装于车辆隐秘位置，可以达到防盗的效果。继电器采用常闭型，正常情况时，继电器闭合，车辆钥匙电源正常工作，出现防盗预警时，继电器断开电源，车辆无法启动。STC单片机通用IO口输出电流较弱，不能够直接驱动继电器工作，因此通过三极管C8015来驱动继电器的吸合线圈的工作。如图2所示，当防盗预警触发时，单片机IO口，输出高电平，三级管8015导通，继电器线圈有电流通过，继电器断开。

2.5 电源设计

防盗系统后期加装于车辆，因此电源系统需能够和车辆电源匹配，车载电源为12V直流电源，单片机以及外围电路模块都是采用5V供电，在这些子模块当中，无线发送模块功率消耗最大，工作电压5V时，其工作电流最大达1.5A，因此对电源稳压芯片的功率输出有较高要求。其他模块工作电流都较小，为保证电源系统的稳定输出，采用LM2596s-5.0芯片，电路如图2所示，最大输出工作电流3A，能够很好满足防盗系统用电需求。

综上所述，无线发送模块和车辆启动控制模块工作与否取决于震动信号采集模块的震动监测，直接受控于STC单片机控制核心。

3 软件设计

图4 程序流程图

软件程序的设计以单片机控制为中心展开，通过循环监测车辆震动信息，判断车辆是否安全，程序流程如图4所示。首先，对单片机初始化包括IO口的输入和输出配置，串口通信速率的配置，配置完成后，系统能够正常工作，此时，系统进入循环监测状态，以震动传感器信号为判断依据，分两路执行程序，当监测到车辆震动时，防盗系统通过无线模块发送车辆防盗预警信息至车主手机，同时，切断车辆电源防止车辆启动；如果未监测到震动信号，系统一直循环监测，不作任何信号输出。

4 总结

本文设计了基于震动监测的车辆防盗系统，利用STC15 W0S单片机外围电路精简的特点，设计出体积小巧的防盗装置，降低了设计制作成本，同时，引入SIM900A通信模块，连接车主手机终端，在保证了无线通信可靠性的同时，改变传统车辆防盗系统单纯依靠声光预警，无法及时提示车主的缺点，具备更好的实用价值和防盗性能。

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

邓汝奎（1985-）男，本科，讲师，研究方向为汽车电气及控制技术。基金项目：2015邕宁区科学研究与技术开发计划项目，项目编号20150217A；南宁学院2017年校级科研项目，项目编号 2017XJ14。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.058