CN108791187A - 新型车载警卫系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型车载警卫系统，安装在车体内部，主要包括电源模块、控制器、与控制器相连的雷达模块、蓝牙单元、短信模块。所述蓝牙单元包括相互配对的系统蓝牙收发模块、钥匙蓝牙收发模块。还公开了一种基于新型车载警卫系统的事故报警及定位方法，首先通过蓝牙单元定位车主位置，若车辆不在可控范围内即打开雷达模块检测车内是否有移动物体，当检测到异常后首先打开蓝牙单元检测车内是否为车主，若不是则打开短信模块发送车辆的位置信息和异常信息给车辆管理人员。本发明在驻车后可有效甄别车内物体活动，及时根据现场情况发送告警，帮助第一时间救助。

Description

新型车载警卫系统

技术领域

本发明涉及汽车安全及报警技术领域，特别是涉及一种新型车载警卫系统。

背景技术

随着车辆的普及与智能传感技术的不断发展，车辆报警系统得到人们的普遍关注，并逐步应用于车辆破窗、破门盗窃等领域。目前车载报警系统大多数采用红外测温设备、压力传感设备探测车内是否有移动物体，而红外测温设备受温度背景温差影响较大，压力传感设备收机械结构可靠性影响较大，同时大多数车载警卫系统依靠监测车体振动强度实现防盗，只能在车体内指定位置感受压力且达到一定的压力值才能监测到车内是否有异常，局限性高，不能第一时间根据现场情况施行报警与救助。

因此亟需提供一种新型的车载警卫系统来解决上问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型车载警卫系统，能够有效甄别车内物体活动，并根据车主位置智能控制告警。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种新型车载警卫系统，安装在车体内部，主要包括：

雷达模块，用于确认车内是否有移动物体；

蓝牙单元，用于确认车主位置，包括相互配对的系统蓝牙收发模块、钥匙蓝牙收发模块；

短信模块，用于将车辆的位置信息和异常信息发送给车辆管理人员；

电源模块，用于为系统各模块及控制器供电；

控制器，用于接收各模块信息及发送控制命令至各模块。

在本发明一个较佳实施例中，所述雷达模块主要包括雷达传感器、雷达天线。

进一步的，所述雷达传感器采用雷达收发一体芯片，雷达收发一体芯片通过antenna_TX引脚与雷达天线的发送阵元连接、通过antenna_RX引脚与雷达天线的接收阵元连接。

进一步的，所述雷达收发一体芯片的工作频率为24.0GHz—24.25GHz。

在本发明一个较佳实施例中，所述系统蓝牙收发模块与钥匙蓝牙收发模块均采用蓝牙芯片cc2541，通信中心频率为2.4GHz。

在本发明一个较佳实施例中，所述短信模块采用SIM900A模块，包括SIM卡槽电路、SIM芯片电路。

在本发明一个较佳实施例中，所述电源模块主要包括12V转5V电路、5V转3.3V电路、输入防反接电路。

在本发明一个较佳实施例中，所述控制器采用ARM M3单片机，所述单片机通过SPI口与蓝牙单元相连、通过串口与短信模块相连；

所述单片机包括频率捕获单元、用于控制雷达模块、蓝牙单元和短信模块的电源控制电路。

在本发明一个较佳实施例中，所述电源模块由车内阅读灯或点烟器口供电。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于新型车载警卫系统的事故报警及定位方法，包括以下步骤：

S1：系统上电后所述控制器完成初始化，并进行系统自检工作，检测全部正常后关闭所有模块电源，否则由状态灯报告系统状态；

S2：系统自检完成后打开系统蓝牙收发模块电源，所述系统蓝牙收发模块尝试与车主钥匙上的钥匙蓝牙收发模块进行配对，若配对成功则说明车主在附近或车内情况处于车主控制下；

S3：若蓝牙配对不成功，控制器关闭所述系统蓝牙收发模块电源，打开雷达模块电源，使用雷达模块持续检测异常，直至检测到车内有移动物体；

S4：当控制器通过雷达模块确认车内有移动物体后，控制器关闭雷达模块电源，运行步骤S2；

S5：若蓝牙配对不成功，控制器关闭所述系统蓝牙收发模块电源，打开短信模块电源，短信模块发送异常状态信息给联系人，发送完毕后控制器关闭短信模块电源；

S6：当系统发送出异常状态给手机后进入等待状态，并以每10分钟一次读取系统是否被车主复位，或者重复进行步骤S2—S5确认车内异常是否被排除。

本发明的有益效果是：

(1)本发明在驻车后可有效甄别车内物体活动，并根据车主位置智能控制告警，当车辆丢失后，本发明检测到车内有非车主人员驾驶车辆，可以每隔一段时间发送车辆位置信息帮助定位车辆；当车主遗忘小孩或宠物在车内时，本发明可以每隔一段时间发送异常信息到车主和其他关系人手机，帮助第一时间救助；

(2)所述车载警卫系统通过在车内设置雷达模块，车体的金属外框可以屏蔽大多数外界干扰，不易受到外界环境影响，具有全天时工作、无机械结构的优点，进而有效监测出车内是否有物体活动；通过设置蓝牙单元使车辆处于车主的有效监控范围内；通过短信模块既能够将车辆的位置信息发送给车辆管理人员，辅助定位，而且能够将车辆的异常信息发送给车辆管理人员，甄别出是否是车主驾驶车辆；采用智能电源控制，正常情况下只有单片机每隔一段时间打开雷达模块进行监测，在出现异常情况时才会开启其它功能模块，极大减少对汽车电瓶的损耗；

(3)所述事故报警及定位方法通过检测车内是否有移动物体，及时根据现场情况发送告警，当车辆丢失时，既能甄别是否为车主又能辅助定位，帮助找寻车辆；当车主遗忘小孩或宠物在车内时，可以每隔一段时间发送异常信息到车主和其他关系人手机，帮助第一时间救助。

附图说明

图1是本发明新型车载警卫系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述雷达模块的电路图；

图3是所述雷达模块的工作原理图；

图4是所述雷达天线的回波损耗仿真图；

图5是所述雷达天线的驻波比仿真图；

图6是所述蓝牙单元的电路图；

图7是所述SIM卡槽电路的电路图；

图8是所述SIM芯片电路的电路图；

图9是所述事故报警及定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种新型车载警卫系统，安装在车体内部，主要包括电源模块、控制器、与控制器相连的雷达模块、蓝牙单元、短信模块。所述蓝牙单元包括相互配对的系统蓝牙收发模块、钥匙蓝牙收发模块。下面对各模块进行具体描述：

所述控制器采用ARM M3单片机，通过SPI口与蓝牙单元相连、通过串口与短信模块相连，用于接收各模块信息及发送控制命令至各模块，为系统的控制核心单元。所述单片机包括频率捕获单元、用于控制雷达模块、蓝牙单元和短信模块的电源控制电路。

所述雷达模块，用于确认车内是否有移动物体，主要包括雷达传感器、雷达天线。所述雷达传感器采用雷达收发一体芯片BGT24LTR11，用基频24GHz压控振荡器把工作频率控制在24.0GHz—24.25GHz ISM频段，利用含一收一发阵元的高频天线进行电磁波发送与接收，结合图2，所述雷达收发一体芯片通过antenna_TX引脚与雷达天线的发送阵元连接、通过antenna_RX引脚与雷达天线的接收阵元连接。芯片U1的第六、第七引脚为频率收发的物理引脚，第5、第8、第14、第15引脚均与单片机相连。单片机的频率捕获单元连接雷达芯片U1的DIV_OUT口，单片机通过该口连续读取多普勒频率fd。

结合图3，所述雷达收发一体芯片U1采用CW模式，通过发送和接收微波可获得多普勒频率f_d。

其中，f₀发射频率为24GHz，c₀为光速3*108m/s，V为目标速度，单位为m/s，α为雷达波束和目标运动方向的夹角。图3中其中一条曲线为I路中频信号，另外一条曲线是Q路中频信号，两路接收信号采用正交采样，保证在降低采样速率的前提下可以保留信号复包络的幅度、相位等信息不丢失。

将发射频率f_tx＝24GHz带入公式(1)，可得到U1的IFI口输出的多普勒频率f_d，f_d＝V*160*cosα，测量的速度值与cosα相关，当物体移动时，α值就会改变，就会发生速度变化。利用此原理，stm32单片机通过快速傅里叶变换算法计算多普勒频移与发射源之间的差频即可实现测量物体移动的功能。当物体移动方向和电磁波传播的方向相同时，多普勒频移为正；在物体做远离射频模块(雷达模块)方向移动时，多普勒频率为负；在物体做靠近射频模块方向移动时，多普勒频率升高，根据此特点即可感知是否有物体移动。

由于雷达模块安装于车内，车体的金属外框可以屏蔽大多数外界环境对雷达模块的干扰，由于车内空间较小，所述雷达模块无需较大的增益，因此雷达天线不宜设计过大。

根据车内环境特点，天线设计采用微带线中心馈电方案，微带介质基板选择ArlonAD255A，介电常数εr＝2.55，损耗正切值为0.0015，天线设计中心频率f₀为24GHz，驻波比不大于2。

根据理论公式1-1、1-2、1-3、1-4(其中h代表介质层厚度5mm，w代表微带贴片厚度0.05mm)，推到和修正可得天线尺寸为宽度W＝46.9mm，长度L＝35.5mm，εe＝2.29，ΔL＝0.24。

利用HFSS软件设计雷达天线并仿真，得出雷达天线的回波损耗和天线驻波比。如图4所示，从回波损耗仿真图可以看出天线的谐振中心点为24GHz，符合系统信号频率24.0GHz到24.25GHz收发要求。如图5所示，从天线驻波比仿真图可以看出天线驻波比为1.55，不大于驻波比2，满足系统天线辐射信号的要求。

所述雷达天线的探测角度通过仿真可以得出，仰角大于20°时，绝对增益大于0dBi，在仰角为5°至20°时，绝对增益大于-3dBi，满足探测要求。

所述蓝牙单元包括相互配对的系统蓝牙收发模块、钥匙蓝牙收发模块，所述系统蓝牙收发模块与钥匙蓝牙收发模块均采用蓝牙芯片cc2541，通信中心频率为2.4GHz，模块PCB上自带印刷天线，无需额外增加外接独立的天线，蓝牙芯片U2及外围电路如图6所述，两个蓝牙模块全部采用市面常用的标准、低功耗、小尺寸蓝牙模块。当需要确认车主是否在车内时，单片机通过系统蓝牙收发模块与钥匙蓝牙收发模块进行配对，获取车主位置，约10米范围内。具体的，所述系统蓝牙收发模块是由单片机通过SPI口与蓝牙芯片连接并工作在主机观察者模式下，钥匙蓝牙收发模块工作在从机广播模式下。所述系统蓝牙收发模块通过不断搜索并配对钥匙蓝牙收发模块，如果蓝牙配对成功则说明车主在车内或附近，否则说明车主离车较远。

所述短信模块用于将车辆的位置信息和异常信息发送给车辆管理人员，其包括SIM卡槽电路、SIM芯片电路。结合图7，所述SIM卡槽电路主要包括SIM卡、与SIM卡相连的选通控制器SMF05C，各元器件及其连接关系如图所示。优选的，所述短信模块采用SIM900A模块，SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/GPRS 900/1800MHz模块解决方案，具有功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求，SIM芯片电路如图8所示。系统中主要用到其SMS功能，天线使用的是市面普通的胶棒天线。所述短信模块SIM900A通过串口与单片机连接，平时处于休眠模式下，在系统需要与用户通信时，由单片机打开SIM900A模块电源，SIM900A模块通过AT命令可以返回当前所处位置服务小区或者临近小区的交互信息，交互信息中的网络号包括当前的服务小区或临近小区号，然后根据这个号可以大致定位到所在位置。

所述电源模块用于为系统各模块供电，通过车内阅读灯或点烟器口取电，车内阅读灯和点烟器为车内常开电源，因此停车后仍可正常为系统供电。所述电源模块主要包括12V转5V电路、5V转3.3V电路、输入防反接电路。其中，12V转5V电路用于将从车内阅读灯和点烟器接入的+12V电源降压供整个系统使用；5V转3.3V电路用于为单片机(ARM M3)供电；输入防反接电路用于防止输入正反接错损坏系统。电源模块供给雷达模块、蓝牙单元、短信模块的部分均由单片机控制，单片机中的电源控制电路控制三个模块分时使用，原因如下：(1)由于系统中设置有雷达模块、短信模块，整个系统中不同频带的电磁波较多，同时开启时容易相互干扰，且各模块之间不会同时运行，因此采用分时控制的方式，根据需要打开不同的模块；(2)阅读灯和点烟器供电能力有限，且电源取自车载电瓶，因此按需求打开各模块，可以节约用电，降低车载电瓶的负担。

所述车载警卫系统通过调整雷达模块的发送信号的强度、天线的发送接收角度达到在探测范围仅局限于车内的效果，另外由于车体的金属外框可以屏蔽大多数外界干扰，不易受到外界环境影响，具有全天时工作、无机械结构的优点，进而有效监测出车内是否有物体活动；通过设置蓝牙单元使车辆处于车主的有效监控范围内；通过短信模块既能够将车辆的位置信息发送给车辆管理人员，辅助定位，而且能够将车辆的异常信息发送给车辆管理人员，甄别出是否是车主驾驶车辆；采用智能电源控制，正常情况下只有单片机每隔一段时间打开雷达模块进行监测，在出现异常情况时才会开启其它功能模块，极大减少对汽车电瓶的损耗。

请参阅图9，基于所述新型车载警卫系统的事故报警及定位方法，包括以下步骤：

S1：系统上电后单片机完成初始化(此时所有模块电源口均为关闭状态)，然后开始系统自检工作，单片机逐一给模块上电检测模块是否正常，检测全部正常后关闭所有模块电源，否则进行状态灯报告系统状态；

S2：系统自检完成后打开系统蓝牙收发模块电源，系统蓝牙收发模块尝试与车主钥匙上的钥匙蓝牙收发模块进行配对，如果配对成功说明车主在附近或车内情况处于车主控制下；

S3：如果蓝牙配对不成功，系统关闭蓝牙，打开雷达模块电源，然后使用雷达模块对车内进行检测，雷达模块可测出物体的运动，单片机根据雷达模块的测量参数判断车内是否有移动的物体。如果没有检测到移动的物体，则回到步骤S3，直至检测到车内有异常；

S4：当单片机通过雷达模块确认车内有移动物体后，单片机关闭雷达模块电源，运行步骤S2；

S5：系统蓝牙收发模块与钥匙蓝牙收发模块配对不成功，单片机关闭系统蓝牙收发模块电源，打开短信模块电源，短信模块读取SIM卡中预存的手机号码，然后发送异常状态给上述号码，发送完毕后单片机关闭短信模块电源；

S6：当系统发送出异常状态给手机后进入等待状态，以每10分钟读取系统是否被车主复位，或者重复进行S2—S5的步骤确认车内异常是否被排除。

本发明在驻车后可有效甄别车内物体活动，并根据车主位置智能控制告警，当车辆丢失后，本发明检测到车内有非车主人员驾驶车辆，可以每隔一段时间发送车辆位置信息帮助定位车辆；当车主遗忘小孩或宠物在车内时，本发明可以每隔一段时间发送异常信息到车主和其他关系人手机，帮助第一时间救助。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型车载警卫系统，其特征在于，安装在车体内部，主要包括：

雷达模块，用于确认车内是否有移动物体；

蓝牙单元，用于确认车主位置，包括相互配对的系统蓝牙收发模块、钥匙蓝牙收发模块；

短信模块，用于将车辆的位置信息和异常信息发送给车辆管理人员；

电源模块，用于为系统各模块及控制器供电；

控制器，用于接收各模块信息及发送控制命令至各模块。

2.根据权利要求1所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述雷达模块主要包括雷达传感器、雷达天线。

3.根据权利要求2所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述雷达传感器采用雷达收发一体芯片，雷达收发一体芯片通过antenna_TX引脚与雷达天线的发送阵元连接、通过antenna_RX引脚与雷达天线的接收阵元连接。

4.根据权利要求2所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述雷达收发一体芯片的工作频率为24.0GHz—24.25GHz。

5.根据权利要求1所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述系统蓝牙收发模块与钥匙蓝牙收发模块均采用蓝牙芯片cc2541，通信中心频率为2.4GHz。

6.根据权利要求1所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述短信模块采用SIM900A模块，包括SIM卡槽电路、SIM芯片电路。

7.根据权利要求1所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述电源模块主要包括12V转5V电路、5V转3.3V电路、输入防反接电路。

8.根据权利要求1所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述控制器采用ARM M3单片机，所述单片机通过SPI口与蓝牙单元相连、通过串口与短信模块相连；

所述单片机包括频率捕获单元、用于控制雷达模块、蓝牙单元和短信模块的电源控制电路。

9.根据权利要求1所述的新型车载警卫系统，其特征在于，所述电源模块由车内阅读灯或点烟器口供电。

10.一种基于新型车载警卫系统的事故报警及定位方法，包括以下步骤：

S1：系统上电后所述控制器完成初始化，并进行系统自检工作，检测全部正常后关闭所有模块电源，否则由状态灯报告系统状态；

S2：系统自检完成后打开系统蓝牙收发模块电源，所述系统蓝牙收发模块尝试与车主钥匙上的钥匙蓝牙收发模块进行配对，若配对成功则说明车主在附近或车内情况处于车主控制下；

S3：若蓝牙配对不成功，控制器关闭所述系统蓝牙收发模块电源，打开雷达模块电源，使用雷达模块持续检测异常，直至检测到车内有移动物体；

S4：当控制器通过雷达模块确认车内有移动物体后，控制器关闭雷达模块电源，运行步骤S2；

S5：若蓝牙配对不成功，控制器关闭所述系统蓝牙收发模块电源，打开短信模块电源，短信模块发送异常状态信息给联系人，发送完毕后控制器关闭短信模块电源；

S6：当系统发送出异常状态给手机后进入等待状态，并以每10分钟一次读取系统是否被车主复位，或者重复进行步骤S2—S5确认车内异常是否被排除。