CN106004793B - 一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗装置及其防盗方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗装置，包括：微控制器系统电路，其用于运行程序；电源，其输入端连接外部直流电源，输出端提供直流稳压；无线遥控模块，其电联所述微控制器系统电路，用于控制汽车车门外部中断输入；热释电红外线传感器，其电联所述微控制器系统电路，用于检测感应温度变化率；摄像头，其电联所述微控制器系统电路；GSM模块，其电联所述微控制器系统电路；继电器，其电联所述微控制器系统电路。本发明还公开了一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗方法。

Description

一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗装置及其防盗方法

技术领域

本发明涉及汽车联网控制领域，具体涉及一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗装置及其防盗方法。

背景技术

随着国民经济的迅速发展，汽车逐渐成为人们生活中越来越重要的交通工具，但随着汽车数量的增加和档次的提高，相应的汽车被盗问题也日益成为社会上的重点犯罪问题。同时，我国的现有机动车停车问题也是亟待解决，现有的停车场车位数量远远不能满足当今的需求量。无论白天还是晚上，汽车停在路边的现象屡见不鲜，这也增加了汽车被盗的风险。

据国家经贸委统计表明，目前我国汽车防盗系统技术水平为20世纪90年代后期国际水平。国内掌握制动器防盗装置的开发实验技术并形成批量生产的厂商只有几家，且防盗装置一般都存在报警范围小、只能实现本地报警、不能实现远程控制，只能实现单纯报警、对被盗车辆不能实现跟踪控制等缺点。除此之外，国内制定的汽车防盗法规不够健全，执行不够严格；生产企业对汽车防盗的认识不够重视，资金投入不足，这些都造成国内汽车防盗水平相对落后，不能适应我国汽车发展对汽车防盗技术的需求。

因此，我国汽车防盗产品的升级换代势在必行，汽车防盗必将进入一个调整发展的新时期。

发明内容

本发明设计开发了一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗装置，本发明的发明目的是解决现有技术中报警范围小、只能实现本地报警以及传感器可靠性差的问题。

本发明设计开发了一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗方法，本发明的发明目的是解决现有技术中报警范围小、不能远程控制、报警稳定性差以及容易发生误报等问题。

本发明提供的技术方案为：

一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗装置，包括：

微控制器系统电路；

电源，其输入端连接外部直流电源，输出端提供直流稳压；

无线遥控模块，其电联所述微控制器系统电路，用于控制汽车车门开启和关闭；

热释电红外线传感器，其电联所述微控制器系统电路，用于检测在感应范围内是否有热源；

摄像头，其电联所述微控制器系统电路，用于对感应范围内的图像进行采集；

GSM模块，其电联所述微控制器系统电路，用于对所述图像数据进行传输；

继电器，其电联所述微控制器系统电路，用于控制汽车电路和油路。

优选的是，所述微控制器系统电路包括电子控制单元，晶振电路以及复位电路；

其中，所述电子控制单元用于运行程序，所述晶振电路与所述复位电路输出端分别接所述电子控制单元的输入端。

优选的是，所述电源包括：

5V稳压芯片，其输入端连接外部直流电源，输出端提供5V电压；以及

3.3V稳压芯片，其输入端连接5V电压，输出端提供3.3V电压。

优选的是，所述无线遥控模块、所述热释电人体感应模块、所述摄像头、所述GSM模块和所述继电器分别电联所述电子控制单元。

优选的是，所述GSM模块采用无线通讯模块，其与所述电子控制单元通过串口进行交叉物理连接。

优选的是，还包括：

温度传感器，其电联所述热释电红外线传感器，用于检测所述感应范围内温度变化率；以及

位移感应装置，其电联所述热释电红外线传感器，用于检测所述感应范围内热源位移。

一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗方法，包括如下步骤：

步骤一、通过无线遥控模块来进行启动和撤销防盗监控；

步骤二、通过热释电红外线传感器实时检测感应范围内是否有人闯入；

步骤三、确定有人闯入所述感应范围时，启动摄像头进行拍照并将照片转换成彩信数据后发送至移动端进行汽车被盗报警，同时通过继电器模块完成切断汽车电路和油路。

优选的是，在所述步骤二中采用模糊控制模型输出所述感应范围内的闯入概率进而判断所述感应范围内是否有人闯入，包括如下步骤：

分别将所述感应范围内温度变化率、所述感应范围内热源位移以及闯入概率转换为模糊论域中的量化等级；

将所述感应范围内温度变化率以及所述感应范围内热源位移输入模糊控制模型，均分为5个等级；

模糊控制模型输出为所述闯入概率，分为5个等级；

根据所述闯入概率判断是否有人闯入；

其中，所述感应范围内温度变化率的论域为[0，30]，所述感应范围内物体位移的论域为[0，2.5]，闯入概率的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定闯入概率的阈值为0.42～0.45中的一个值。

优选的是，所述感应范围内温度变化率的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述感应范围内热源位移的模糊集为{N，NM，M，ML，L}，闯入概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角函数。

优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果温度变化率输入为PVB，热源位移输入为ML，则闯入概率输出为B，即感应范围内有人闯入；

如果温度变化率输入为ZO或PS，热源位移输入为N，则闯入概率输出为S，即感应范围内无人闯入；

如果闯入概率输出为S或SM，则感应范围内无人闯入；如果闯入概率输出为B或MB，则感应范围内有人闯入；如果闯入概率输出为M，则闯入概率为阈值。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果：

1、本发明采用无线遥控进行启动和撤销防盗监控，当无线遥控锁车门，此时启动防盗系统检测，当无线遥控打开车门，此时撤销防盗系统检测，很好的区别车主和盗车贼，进而使本发明具有高智能性；

2、本发明使用热释电红外感应模块来检测是否有人进入活动范围，检测传感器可靠、灵敏，提高了系统的可靠性以及稳定性；

3、利用GSM通信网络将盗车贼照片传输到车主手机上，突破了地域和距离的限制，与传统的汽车防盗系统有了实质性的进步，使本发明具有无线远程化特点；

4、本发明设备采用嵌入式设计，可以以小体积形式安装到汽车驾驶室任一小空间内，使本发明布局合理，便于安装；

5、通过在本发明中采用模糊控制进行感应范围内是否有人闯入进行预判，降低了报警的误报率，提高了报警的可靠性。

附图说明

图1是本发明的总体设计框图。

图2是本发明的硬件结构框图。

图3是本发明的另一种实施例中的硬件结构框图。

图4是微控制器最小系统电路原理图。

图5是电源供电电路原理图。

图6是无线遥控模块接口电路原理图。

图7是热释电人体感应模块接口电路原理图。

图8是摄像头接口电路原理图。

图9是GSM模块接口电路原理图。

图10是继电器控制电路原理图。

图11是系统嵌入式软件程序流程框图。

图12是感应范围内温度变化率的隶属函数。

图13是感应范围内热源位移的隶属函数。

图14是闯入概率的隶属函数。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，采用无线遥控器来进行启动和撤销防盗监控，当车门被车主锁死，此时启动防盗监控，在驾驶室采用热释电红外线传感器实时检测是否有人闯入车内，当检测到有人闯入驾驶室，防盗系统立即启动摄像头对驾驶室内场景进行拍摄并将拍摄到的现场图片转换成彩信，通过GSM移动通信网络将彩信发送至车主手机上进行汽车被盗报警，同时通过继电器模块完成切断电路、油路等，实现对汽车的现场保护；该系统不受距离和地理位置限制，实现无线远程防盗监控；基于机器视觉完成照片传输留证，极大提高了汽车被盗报警的效率。

如图2所示，本发明提供了一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗装置，其主体结构包括：微控制器系统电路110、无线遥控模块120、热释电红外线传感器131、摄像头140、GSM模块150、继电器160以及电源170；其中，微控制器系统电路110用于运行程序，电源170的输入端连接外部直流电源，输出端提供直流稳压，无线遥控模块120电联微控制器系统电路110，用于控制汽车车门外部中断输入，热释电红外线传感器131电联微控制器系统电路，用于检测感应范围内的温度变化率，摄像头140电联微控制器系统电路，GSM模块150电联微控制器系统电路，继电器160电联微控制器系统电路。

在另一种实施例中，如图4所示，微控制器系统电路110包括：电子控制单元(ECU)(U1)采用STM32F103RBT6芯片，用来运行程序；晶振电路，为ECU正常工作提供时钟频率；复位电路，用于ECU的复位；晶振电路和复位电路输出端分别接ECU(U1)的输入端；在本实施中，ECU(U1)采用的是32位单片机STM32F103RBT6，该微控制器内含128K FLASH和20K RAM存储空间，其电容C39、C42、晶振Y2构成了MCU晶振电路，为MCU正常运行提供时钟节拍。电阻R91、电容C79构成了MCU的复位电路。嵌入式软件程序保存于MCU的FLASH中。

在另一种实施例中，如图5所示，电源170的供电电路包括：5V稳压芯片(U2)，采用AMS1117-5.0，输入端连接外部直流电源，输出端提供5V电压；电容C1、C2用于输入电源的滤波，电容C3、C4用于5V电源滤波；3.3V稳压芯片(U3)，采用AMS1117-3.3，输入端连接5V电压，输出端提供3.3V电压，电容C5、C6用于5V电源的滤波，电容C7、C8用于3.3V电源滤波。

在另一种实施例中，如图6所示，在本实施中，ECU(U1)与无线遥控模块120(W1)之间采用4根导线连接；其中，无线遥控模块120引脚1连接ECU引脚(VSS_1)，用于系统共地；无线遥控模块120引脚2连接ECU引脚(VDD_1)，用于为无线遥控模块120提供电源；无线遥控模块120引脚3连接ECU的引脚(PC0)，用于锁汽车门外部中断输入；无线遥控模块120引脚4连接ECU的引脚(PC1)，用于打开汽车门外部中断输入。

其工作原理：当点击无线遥控发射器锁车门按钮，无线接收模块接收信号，产生跳变沿，与之物理连接的ECU的PC0引脚触发跳变中断，进入中断服务函数，在该函数中执行启动系统布防监控的功能；相反，当点击无线遥控发射器开车门按钮，无线接收模块接收信号，产生跳变沿，与之物理连接的ECU的PC1引脚触发跳变中断，进入中断服务函数，在该函数中执行撤销系统布防监控的功能。

在另一种实施例中，如图7所示，热释电红外线传感器131(L1)，能够全自动感应，人进入感应范围就输出高电平，离开感应范围就自动延时输出低电平；在本实施中，ECU(U1)与热释电红外线传感器131(L1)之间采用3根导线连接；其中，热释电红外线传感器131通过引脚1连接ECU的引脚(VDD_1)，用于为热释电红外线传感器131提供电源；热释电红外线传感器131通过引脚2连接ECU的引脚(PA4)，用于被盗信息外部中断输入；热释电红外线传感器131通过引脚3连接ECU的引脚(VSS_1)，用于系统共地。

其工作原理：当有人进入汽车驾驶室，热释电红外线传感器131感应到人的活动，产生跳变沿，与之物理连接的ECU的PA4引脚触发跳变中断，进入中断服务函数，在该函数中执行报警功能。

在另一种实施例中，如图3所示，热释电红外线传感器131通过引脚2连接控制器的引脚，控制器同时电联温度变化率传感器132与位移感应装置133，控制器的引脚在连接ECU的引脚(PA4)，用于被盗信息外部中断输入。

其工作原理：当有物体进入汽车驾驶室，热释电红外线传感器131感应到人的活动，产生跳变沿，控制器通过温度变化率传感器132检测感应范围内的温度变化率，通过位移感应装置133检测感应范围内产生变化温度的热源的位移，控制器经过预判是否有人闯入，确定有人闯入时将与之物理连接的ECU的PA4引脚触发跳变中断，进入中断服务函数，在该函数中执行报警功能。

在另一种实施例中，如图8所示，在本实施中，摄像头140(W2)选用CMOS摄像头OV7670，其通过SCCB总线控制，可以输出整帧、子采样、取窗口等方式的各种分辨率8位影像数据。ECU(U1)与摄像头140(W2)之间采用18根导线连接；其中，摄像头140通过引脚(3V3、RST)连接ECU的引脚(VDD_1、VDD_2)，用于为摄像头140提供电源和复位；摄像头140通过引脚(PWDN、GND)连接ECU的引脚(VSS_1、VSS_2)，用于系统共地；摄像头140通过引脚(SIOC、SIOD、VSYNC、HREF、PCLK、XCLK)连接ECU的引脚(PA7、PA6、PC11、PC8、PC9、PA8)，用于帧中断和行中断触发来控制摄像头采集；摄像头140通过引脚(D0-D7)连接ECU的引脚(PC0-PC7)，用于图像数据采集并传送到ECU中。

其工作原理：摄像头140采集时，当采集到一行图像数据时，触发行中断，在行中断服务程序中将图像数据缓存到二维数组中并后移数组指针；当一副图像采集完毕时，触发场中断，此时完整的一副照片采集完毕，在场中断服务程序中进行图像数据的运算和处理，转换为彩信数据，等待发送出去。

在另一种实施例中，如图9所示，GSM模块150(W3)采用SIM300无线通讯模块，与ECU通过串口进行交叉物理连接，GSM模块150引脚(VCC)连接ECU的引脚(VDD_1)，用于为GSM模块150供电；GSM模块150引脚(GND)连接ECU的引脚(VSS_1)，用于系统共地；GSM模块150引脚(SIM300_TX)连接ECU的引脚(PA10)，用于GSM模块150向ECU发送数据和指令；GSM模块150引脚(SIM300_RX)连接ECU的引脚(PA9)，用于ECU向GSM模块150发送数据和指令。

其工作原理：当摄像头将图像数据转换为彩信数据后，启动GSM模块，GSM模块采用115200bps、无校验位、1位停止位、8位数据位的串口通讯协议与ECU进行数据传输，ECU通过引脚(PA9)发送AT指令给GSM模块150，进行GSM无线远程发送彩信，ECU通过引脚(PA10)收到GSM模块150发来的返回状态信息，判断彩信是否发送成功。

在另一种实施例中，如图10所示，继电器160(JDQ)选用的是HK4100F-DC5V-SHG，三极管(Q10)选用的是型号为8550的PNP三极管，ECU通过引脚(PA5)与三极管基极连接，三极管集电极与继电器160引脚(JDQ-4)连接，进而来控制继电器闭合与打开。

其工作原理：当PA5输出高电平，三极管Q10不导通，因此继电器160(JDQ)不工作，故此时继电器COM端与常闭端连接；当PA5输出低电平，此时Q10导通，继电器160(JDQ)工作，将继电器COM端打向常开端，将继电器接入到汽车的油路、电路控制系统中用于继电器控制汽车油路、电路等的工作。

如图11所示，本发明采用嵌入式软件程序，嵌入式软件程序为锁车布防、人闯入感应检测、摄像头采集、彩信无线远程发送、继电器控制执行程序；

具体流程为：

系统时钟、各种外设初始化；

判断是否无线遥控锁车门，若锁车门，启动系统监控；若开车门，则关闭系统监控；

判断是否有人进入汽车内部，若有，启动摄像头进行拍照，同时将照片转换为彩信，通过GSM模块发送到车主手机上；

继电器动作，控制汽车电路和油路断开，进行现场保护。

本发明还公开了一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗方法，包括如下步骤：

步骤一、采用无线遥控器来进行启动和撤销防盗监控，当无线遥控锁车门，此时启动防盗系统检测，当无线遥控打开车门，此时撤销防盗系统检测，很好的区别车主和盗车人员；

步骤二、使用热释电红外线传感器实时检测是否有人闯入车内；

步骤三、当检测到有人闯入驾驶室，系统立即启动摄像头进行拍照并将照片转换成彩信数据，通过GSM移动通信网络将彩信发送至车主手机上进行汽车被盗报警，基于机器视觉完成照片传输留证；

步骤四、当汽车被盗时，通过继电器模块完成切断汽车电路、油路等，实现对汽车的现场保护。

在另一种实施例中，在步骤二中，热释电红外线传感器131通过引脚2连接控制器的引脚，控制器同时电联温度变化率传感器132与位移感应装置133，控制器的引脚在连接ECU的引脚(PA4)，控制器采用模糊控制模型输出感应范围内的闯入概率进而判断所述感应范围内是否有人闯入，具体包括如下：

分别将感应范围内温度变化率EC、感应范围内热源位移D以及闯入概率转换为模糊论域中的量化等级；将感应范围内温度变化率EC以及感应范围内热源位移D输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为闯入概率，进而进行判断是否有人闯入，闯入概率的阈值为0.42～0.45中的一个值，如果闯入概率达到设定阈值，判断为有人闯入；在本实施例中，为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，将阈值确定为0.43。

感应范围内温度变化率EC的变化范围为[0，30]，感应范围内热源位移D的变化范围为[0，2.5]，设定量化因子都为1，因此感应范围内温度变化率EC以及感应范围内热源位移D的论域分别为[0，30]和[0，2.5]，闯入概率的论域为[0，1]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将感应范围内温度变化率EC的变化范围分为5个等级，模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，ZO表示零，PS表示小，PM表示中等，PB表示大，PVB表示极大；将感应范围内热源位移D的变化范围分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}，N表示小，NM表示较小，M表示中等，ML表示较大，L表示大；输出的闯入概率分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}，S表示小，SM表示较小，M表示中等，MB表示较大，B表示大；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图12、13、14所示。

模糊控制模型的控制规则选取经验为：

如果温度变化率EC为极大，热源位移D为较大，则闯入概率为大，即感应范围内有人闯入；

如果温度变化率EC为小或零，热源位移D为小，则闯入概率为小，即感应范围内无人闯入；

也就是说，如果闯入概率为“小或较小”，则感应范围内无人闯入；如果闯入概率为“大或较大”，则感应范围内有人闯入；如果闯入概率为“中等”，则该闯入概率为阈值，此种情况，如果感应范围内热源稍有变化，则必然会有有人闯入或无人闯入这两种情况的切换。

具体的模糊控制规则如表1所示。

表1 模糊控制规则

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉的无线远程汽车防盗方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、通过无线遥控模块来进行启动和撤销防盗监控；

步骤二、通过热释电红外线传感器实时检测感应范围内是否有人闯入；

步骤三、确定有人闯入所述感应范围时，启动摄像头进行拍照并将照片转换成彩信数据后发送至移动端进行汽车被盗报警，同时通过继电器模块完成切断汽车电路和油路；

在所述步骤二中采用模糊控制模型输出所述感应范围内的闯入概率进而判断所述感应范围内是否有人闯入，包括如下步骤：

分别将所述感应范围内温度变化率、所述感应范围内热源位移以及闯入概率转换为模糊论域中的量化等级；

将所述感应范围内温度变化率以及所述感应范围内热源位移输入模糊控制模型，均分为5个等级；

模糊控制模型输出为所述闯入概率，分为5个等级；

根据所述闯入概率判断是否有人闯入；

其中，所述感应范围内温度变化率的论域为[0，30]，所述感应范围内物体位移的论域为[0，2.5]，闯入概率的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定闯入概率的阈值为0.42～0.45中的一个值；

所述感应范围内温度变化率的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述感应范围内热源位移的模糊集为{N，NM，M，ML，L}，闯入概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角函数；

所述模糊控制模型的控制规则为：

如果温度变化率输入为PVB，热源位移输入为ML，则闯入概率输出为B，即感应范围内有人闯入；

如果温度变化率输入为ZO或PS，热源位移输入为N，则闯入概率输出为S，即感应范围内无人闯入；

如果闯入概率输出为S或SM，则感应范围内无人闯入；如果闯入概率输出为B或MB，则感应范围内有人闯入；如果闯入概率输出为M，则闯入概率为阈值。