CN109572874A - 一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置 - Google Patents

一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置 Download PDF

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贺杰
易志强
班多兴
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Abstract

本发明公开了一种基于NB‑IoT网络的电动车定位防盗装置，该装置使用NB‑IoT网络作为无线通信的方式，相比于LoRa等无线通信方式具有基站覆盖范围广、功耗低、穿透性能强、信号质量高、抗干扰能力强等优点，同时采用NB‑IoT网络作为无线通信的方式使得GPS电动车定位系统能够对电动车实施以秒为时间单位的连续不间断监控，实现对电动车真正意义上的实时监控；该装置具有完善的辅助功能，包括高温报警、震动报警、低压报警、装置防拆卸等。

Description

一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置
技术领域
本发明涉及通信和物联网领域，公开了一种低成本、低功耗的基于NB-IOT网络的电动车定位防盗装置。
技术背景
电动车是一种出行的便捷交通工具，在人们的生活中扮演者重要的角色，
但由于缺乏有效的防盗措施，电动车的丢失率也比较高。传统的电动车的防盗方式有以下两种：(1)遥控防盗报警器，这种报警器是目前市场上主流的报警器，虽然灵敏度较高，报警声响可以达到100分贝以上，但是其传输距离仅几百米且产生误报警的可能性较大，如遇到儿童嬉闹、刮风打雷等；(2)RFID电子标签定位防盗，这种方法是给每一辆电动车都装上RFID电子标签，然后通过基站来读取RFID的数据，来识别该车辆是不是别人丢失备案的，这种方法虽然提升了对电动的管理能力，但是存在标签装置位置固定容易拆除，基站信号无法完全覆盖(有效覆盖距离最大为100米)，定位不精确破案率低等问题。针对目前电动车防盗存在的问题，本发明提出了一种低成本、低功耗的基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置。
NB-IoT技术(窄带物联网技术)是目前比较流行的新型网络技术，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本。与传统的WIFI、蓝牙、Zigbee等无线通信方式相比具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。同频段下NB-IoT比现有的网络增益20dB，覆盖面积扩大100倍，具备支撑海量连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，同时NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年，功耗和维护成本低，单个模块的价格低。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置。解决目前市场上电动车防盗系统成本高、功耗高、稳定性差等问题。
本发明的具体实现方案如下：
一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置，包括温度传感器、加速度计、防拆开关、电压检测模块、电源模块、GPS定位模块、NB-IoT通信模块、控制模块；
所述的NB-IoT通信模块与控制模块信号连接，所述的GPS定位模块与控制模块信号连接，所述的加速度计的信号输出端、防拆开关的信号输出端、温度传感器的信号输出端、电压检测模块的信号输出端与控制模块的信号输入端连接；所述的电源模块给各个模块供电。
所述的温度传感器用来检测防盗装置工作的温度变化情况，如果超出了装置正常的工作温度-20～60℃产生报警；
作为优选，所述的加速度计采用超小封装、超低功耗、超高灵敏度，具有I2C/SPI数字输出的MSA300芯片来检测电动是否产生剧烈震动，如果电动车被风吹倒或被他人恶意推倒时都会产生剧烈的震动，在发生剧烈震动时会产生震动报警；
所述的防拆开关用来检测装置是否被非法拆卸，如果装置被非法拆卸就会产生报警；
所述的电压检测模块用来检测电动车电瓶电压是否达到电动车正常的工作电压以及给装置供电的备用电池电压是否达到装置要求的工作电压，如果电瓶电压或者备用电池的电压低于正常工作电压则会产生低压报警；
所述的电源模块主要是采用DC-DC芯片将电动车的输出电压转换到装置的工作电压为装置供电，若电瓶车电压不足时便可以采用备用电池给装置持续供电使得装置正常工作，以达到防盗的目的；
作为优选，所述的GPS定位模块采用一款小封装、高性能、稳定可靠的GPS模块N10来完成电动车的定位功能；
作为优选，所述的NB-IoT通信模块采用超低功耗、高性能的物联网通信模块LTEBC95来完成电动车与服务器之间的通信功能；
作为优选，所述的控制模块采用V8530单片机，这是一款集成了Cortex-M0 MCU，256KB Flash，32KB SRAM，UART/SPI/I2C，LCD和Timer的一款高性能低功耗的单片机。
一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置与现有的电动车防盗装置相比具有以下的特点：
1.该装置使用NB-IoT网络作为无线通信的方式，相比于LoRa等无线通信方式具有基站覆盖范围广、功耗低、穿透性能强、信号质量高、抗干扰能力强等优点，同时采用NB-IoT网络作为无线通信的方式使得GPS电动车定位系统能够对电动车实施以秒为时间单位的连续不间断监控，实现对电动车真正意义上的实时监控；
2.采用GPS作为作为装置的定位模块具有技术成熟、定位无盲区、定位精度高等优势；
3.该装置所有元器件均采用最小封装，装置整机体积小容易应藏在电动车的车座等部位；
4.该装置具有完善的辅助功能，包括高温报警、震动报警、低压报警、装置防拆卸等；
5.该装置采用手机APP作为移动终端，界面简单容易操作符合当今人们以手机通信为主的生活方式。
附图说明
图1为基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置工作方式示意图
图2为基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置控制电路结构图
图中：1、控制模块；2、GPS定位模块；3、NB-IoT通信模块；4、防拆开关；5、加速度计；6、电压检测；7、温度传感器；8、DC/DC转换器；9、备用电池；
具体实施方式
如图2所示，一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置，其特征在于：包括温度传感器7、加速度计5、防拆开关4、电压检测模块6、电源模块、GPS定位模块2、NB-IoT通信模块3、控制模块1；
所述的NB-IoT通信模块3与控制模块1信号连接，所述的GPS定位模块2与控制模块1信号连接，所述的加速度计5的信号输出端、防拆开关4的信号输出端、温度传感器7的信号输出端、电压检测模块6的信号输出端与控制模块1的信号输入端连接；所述的电源模块给各个模块供电。所述的电源模块包括电瓶、备用电池9和DC-DC转换器8；电瓶的电源输出端、备用电池的输出端与DC-DC转换器的输入端连接。
如图1所示，该装置正常工作时还需要NB-IoT基站、后台服务器、移动通信基站、移动终端等。其中基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置用于获取电动车的位置信息以及实时电动车的车况信息，包括电动车温度信息、电动车电瓶电压信息、电动车是否产生非正常震动等信息，并且将这些信息传输至附近的NB-IoT基站。后台服务器采用云服务器，与传统的服务器相比具有：1.租用服务器按照需求付费，投入成本低；2.产品性能较传统的服务器更加稳定；3.服务器的管理、维护简单，具有集中化的远程管理平台；4.业务部署与配置更加简便高效等优势；后台服务器用于存储NB-IoT基站传回来的电动车位置信息，当电动车的位置发生变化时，后台服务器中存储的信息也不断更新。移动终端用于查看当前电动车的位置信息，用户随时通过移动终端点击查看当前电动车的位置信息，当用户发现电动车丢失时用户可通过附近的移动通信基站向后台服务器发送信息来查看当前电动车的详细位置以及电动车的运动轨迹等信息。
如图2所述，一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置包括1、控制模块(单片机)；2、GPS定位模块；3、NB-IoT通信模块；4、防拆开关；5、加速度计；6、电压检测；7、温度传感器；8、DC/DC电源模块；9、备用电池。该装置可安装在电动车的车座下方等隐蔽部位处，防止电动车盗窃者轻易发现和破坏。
该装置的工作方式可分为如下三种：
1.电动车停放模式
当电动车正常停放时，该装置发送至后台服务器的信息包括电动车的位置信息、电动车电瓶电压信息、电动车温度信息以及电动车的震动信息。其中电动车的位置信息由GPS定位模块2来获取，用来确定电动车的实时位置用于防盗；电动车电瓶电压信息由电压检测6来获取，电压检测由电压检测电路构成，主要用来检测电动车电瓶电压是否达到电动车工作电压的要求；电动车温度信息由温度传感器7来获取，用来检测装置的工作温度，防止温度过高装置电路起火发生酿成事故；电动车震动信息由加速度计5来获取，用来判断电动车是否被推到或是否受到撞击。以上数据信息如果没有产生报警每隔15分钟发送一次到后台服务器，对电动车车况进行监控。当用报警信息产生时则即时发送数据信息到后台服务器，后台服务器通过移动通信基站将报警信息发送到用户的手机客户端，由用户进行相应的处理。
2.电动车骑行模式
当电动车在骑行的时候，该装置只需要将电动车的位置信息和装置工作温度信息发送至后台服务器，其他功能模块均处于休眠模式已到达降低整体功耗的目的。其中电动车的位置信息由GPS定位模块2来获取，用来记录电动车的运行轨迹；装置温度信息由温度传感器7来获取，用来检测装置的工作温度；以上信息每隔10分钟发送一次到后台服务器。
3.电动车丢失报警模式
该模式是电动车防盗最重要的部分，当车主发现电动车丢失时，车主可通过手机客户端设置该装置进入电动车丢失报警模式。在该模式下，装置将电动车的位置信息每隔20秒钟向后台服务器发送一次，提高定位的精度和密度，最终得到一条详细的电动车运行轨迹，用户可以在手机终端上查看电动车的运动轨迹，进行追踪以提高丢失电动车的找回率。
该装置附加功能工作方式：
1.装置防拆功能：当安装在电动车上的装置被强行拆除时防拆开关4会通过断电报警来有效的防止认为故意拆卸终端的破坏行为、降低电动车的丢失率。防拆开关4具体工作方式如下：将防拆开关安装在该装置的背面，装置安装时紧贴电动车的安装平面使得防拆开关4的开关被按下，电路处于闭合状态，当被拆除时，由于弹簧的作用，开关被弹起产生断电报警，NB-IoT通信模块3将报警信息通过NB-IoT基站发送到后台服务器，由后台服务器将该报警信息发送到用户的移动终端。
2.震动报警功能：安装在装置上的加速度计5采用MSA300芯片，预先通过单片机的I/O口芯片设置一个工作的加速度阈值g，当电动车被风吹倒或被他人恶意推倒时加速度计5将震动信息与预先设置的加速度阈值g进行对比，当超过加速度阈值g时，加速度计5将会通过单片机的I/O口向单片机发送一个中断信息，当单片机收到这个中断信息后，就会产生震动报警，NB-IoT通信模块3将报警信息通过NB-IoT基站发送到后台服务器，由后台服务器将该报警信息发送到用户的移动终端。
3.电动车电瓶供电：该装置通常情况下采用电动车电瓶供电，将电动车电瓶输出的48V电压通过DC/DC电源模块8降压到装置的工作电压3.3V为装置进行供电，当出现电瓶电压不足的情况或者电动车电瓶被不法分子拆除时，备用电池9持续为装置供电，使得装置的定位等各项功能能够正常维持。
4.电压检测功能：电压检测6的功能包含两个部分，一部分是对电动车电瓶电压的检测，另一部分对备用电池9的电压检测。当单片机检测到电动车电瓶电压或备用电池9的电压不足时，就会产生低压报警，NB-IoT通信模块3将报警信息通过NB-IoT基站发送到后台服务器，由后台服务器将该报警信息发送到用户的移动终端，提醒用户给电动车及时充电或更换装置备用电池，以免影响装置的正常使用。
5.高温报警功能：该装置装有温度传感器7用于实时监控装置的工作温度变化情况，温度传感器7把当前的温度变化转换成电平的变化，并将电平信息通过单片机的I/O口发送给单片机，单片通过对比预先设置的正常工作的电平范围来判断当前温度是否超出了装置正常的工作温度，若超出了正常的工作温度便会产生高温报警，NB-IoT通信模块3将报警信息通过NB-IoT基站发送到后台服务器，由后台服务器将该报警信息发送到用户的移动终端。

Claims (3)

1.一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置，其特征在于：包括温度传感器、加速度计、防拆开关、电压检测模块、电源模块、GPS定位模块、NB-IoT通信模块、控制模块；
所述的NB-IoT通信模块与控制模块信号连接，所述的GPS定位模块与控制模块信号连接，所述的加速度计的信号输出端、防拆开关的信号输出端、温度传感器的信号输出端、电压检测模块的信号输出端与控制模块的信号输入端连接；所述的电源模块给各个模块供电。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置，其特征在于：所述的加速度计采用的为具有I2C/SPI数字输出的MSA300芯片。
3.根据权利要求1所述的一种基于NB-IoT网络的电动车定位防盗装置，其特征在于：所述的电源模块包括电瓶、备用电池和DC-DC转换器；电瓶的电源输出端与DC-DC转换器的输入端连接。
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