CN111833562A - 一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法，包括：步骤1、通过移动终端开启防盗监控；步骤2、采集一个周期内的振动加速度和感应范围内的闯入信号，获得车辆的振动系数；步骤3、确定有人闯入感应范围并且车辆产生振动时，启动采集装置进行拍照并发送至移动终端，并且车辆发出报警警报，同时通过继电器模块将车辆的电路切断。本发明基于多种传感器与物联网的结合，根据不同的车辆振动状态和感应范围内闯入信号的双重判断下，通过不同的模块做出预警，实现电动车辆防盗的远程控制和监控。
Description
技术领域
本发明涉及车辆安防领域，更具体的是，本发明涉及一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法。
背景技术
近年来随着国家和各地方政府对节能减排的大力推行，各大厂商都加大了对新能源车辆的研发力度，各种类型和品牌的新能源车辆相继上市并推广，其中之一便是纯电动汽车。纯电动车辆凭借价格低，环境污染小，噪音低，维修方便，充电便利等优点，其已经成为我国广大群众优选的代步工具之一。据统计我国纯电动汽车的保有量就已经达到300万辆。然而随之而来的盗窃案件也越来越频繁，纯电动汽车的防盗也越来越成为消费者选购过程中亟需考虑的问题之一。
现有技术中，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只能进行声音警报的报警、报警范围小、不能实现远程控制，只能实现单纯报警、对被盗车辆失去控制、不能实现追踪等缺点。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，而且在现有环境下纯电动汽车与非电动汽车的防盗技术根本没有差别，这些都造成国内纯电动汽车防盗水平相对落后，不能适应我国电动汽车发展对汽车防盗技术的需求。
此外，目前市场上还有存在其他形式的防盗装置，例如基于指纹、GPS定位甚至机器学习或者人工智能等，但是此类防盗装置一般仅停留在概念阶段，具体大规模实施还需要很长一段时间。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法，基于多种传感器与物联网的结合，根据不同的车辆振动状态和感应范围内闯入信号的双重判断下，通过不同的模块做出预警，实现电动车辆防盗的远程控制和监控。
本发明提供的技术方案为：
一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法，包括：
包括：
步骤1、通过移动终端开启防盗监控；
步骤2、采集一个周期内的振动加速度和感应范围内的闯入信号，获得车辆的振动系数；
步骤3、确定有人闯入感应范围并且车辆产生振动时，启动采集装置进行拍照并发送至移动终端，并且车辆发出报警警报，同时通过继电器模块将车辆的电路切断。
优选的是，所述防盗监控包括：
移动终端；
主控模块，其用于对车辆的防盗监控进行监测并控制；
电源模块，其与所述主控模块相连接；
遥控模块，其与所述主控模块电联，用于控制车门锁的开启或者关闭；
采集模块，其与所述主控模块和电源模块电联，用于对感应范围内的图像进行采集；
GSM模块，其与所述主控模块电联，所述GSM模块能够接收所述主控模块的信号给用户发送信息；
继电器模块，其与所述主控模块电联，用于控制车辆的电路通断；
扬声器模块，其与所述主控模块电联。
优选的是，所述采集模块包括：
振动传感器，其设置在车体上，用于检测车辆的振动；
热释电红外线传感器，其设置在车体上，用于检测在感应范围内是否有热源；
摄像头，其设置在所述车体上，用于对感应范围内的图像进行采集。
优选的是，所述防盗监控还包括：
复位电路，其与所述主控模块相连接，用于确定所述主控模块的起始工作状态；
晶振电路，其与所述主控模块相连接，用于确定所述主控模块的时钟信号。
优选的是，所述车辆振动系数满足：
式中，Fvi为车辆振动系数，ωpi为调节系数，Vtesh为振动标准值，Vbi为振动加速度，Vrmy为振动特征值，KDemi为减震器阻尼系数，KDsxi悬架阻尼系数，i为采集时刻，i＝1,2…mn。
优选的是，所述振动特征值满足：
式中，
为一个采集周期内的振动加速度的平均值。
优选的是，所述振动加速度满足：
Vbi＝Vi×S；
其中，Vi为第i次采集的振动加速度信号，S为振动传感器的灵敏度。
优选的是，在所述步骤3中将所述闯入信号和车辆振动系数输入模糊控制器，获得车辆被盗的概率，包括如下步骤：
分别将闯入信号、车辆振动系数以及车辆被盗概率转换为模糊论域中的量化等级；
将所述闯入信号以及车辆振动系数输入模糊控制模型，均分为5个等级；
根据所述车辆被盗概率判断车辆是否被盗；
其中，所述闯入信号的论域为[0，30]，所述车辆振动系数的论域为[0，5]，车辆被盗概率的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定车辆被盗概率的阈值为0.32～0.35中的一个值。
优选的是，所述闯入信号的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述车辆振动系数的模糊集为{N，NM，M，ML，L}，车辆被盗概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角形隶属函数；
所述模糊控制模型的控制规则为：
如果闯入信号输入为PVB，车辆振动系数输入为ML，则车辆被盗概率输出为B，即车辆被盗；
如果闯入信号输入为ZO或PS，车辆振动系数输入为N，则车辆被盗概率输出为S，即车辆没有被盗；
如果车辆被盗概率输出为S或SM，则车辆没有被盗；如果车辆被盗概率输出为B或MB，则车辆被盗；如果车辆被盗概率输出为M，则车辆被盗概率为阈值。
优选的是，所述周期为30S，若所述防盗监控断电，则车辆发出报警警报，直至所述防盗监控通电开启后，重新进行采集。
本发明所述的有益效果：
(1)本发明设计开发的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，采用独立模块设计，可直接集成到电动车辆的内部，且外围电路简单，组成部件少，各部件价格低廉，性能优异，应用市场广阔，易于进行工业化大批量生产；
(2)本发明采用物联网与扬声器模块、采集模块和GSM模块的组合监控方式，实现了车主通过移动终端远程监控和控制车辆，提高了车辆的安全性；
(3)本发明能够在不法分子接近车辆并且对车辆产生破坏致使车辆产生振动的时候，第一时间发出警示并且通知车主，而且通过摄像头监控车辆，可迫使车辆强制停车并对车辆进行追踪，大大减小用户车辆被盗的风险；
(4)本发明采用了物联网与遥控模块的解锁方式，具有防止暴力破解的特点，并且充分提高了电动车辆的智能性；
(5)本发明采用模糊控制进行防盗的监测，并通过物联网进行控制，降低了车辆报警的错误率，使车辆防盗更可靠。
附图说明
图1为本发明所述防盗监控的总体设计图。
图2为本发明所述防盗监控的模块设计图。
图3为本发明所述主控模块的串口转换电路原理图。
图4为本发明所述晶振模块的电路原理图。
图5为本发明所述复位模块的电路原理图。
图6为本发明所述GSM模块的电路原理图。
图7为本发明所述GSM模块的电源模块电路原理图。
图8为本发明所述GSM模块的SIM卡座模块电路原理图。
图9为本发明所述GSM模块的网络状态指示灯电路原理图。
图10为本发明所述GSM模块的电瓶转换电路原理图。
图11为本发明所述闯入信号的隶属函数。
图12为本发明所述车辆振动系数的隶属函数。
图13为本发明所述车辆被盗概率的隶属函数。
具体实施方式
下面结合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。
本发明提供一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法，如图1、图2所示，通过防盗监控的独立模块设计，包括移动终端110、主控模块120、电源模块170、采集模块150、遥控模块160、复位模块191、晶振模块192、扬声器模块180、继电器模块140、GSM模块130，各个模块均可直接在电动车辆生产过程中集成到电动车辆200内，未配备该防盗监控的电动车辆200亦可通过后续加装的方式使用该功能。
其中，主控模块120用于对电动车辆的防盗监控进行监测并控制，电源模块170、复位模块191、晶振模块192、遥控模块160、采集模块150、GSM模块130、继电器模块140和扬声器模块180均与所述主控模块120相连接，并且主控模块120通过电源模块170提供稳定的电压，主控模块120接收遥控模块160、复位模块191、晶振模块192、继电器模块140、扬声器模块180和GSM模块130的信号，并且可以控制遥控模块160、扬声器模块180、继电器模块140和GSM模块130；在本实施例中，所述主控模块120采用STC公司生产的STC89C52单片微型计算机，其凭借低廉的价格和优秀的性能，广泛应用于电子仪器、工业控制等领域，所述电源模块170采用直流5伏电源供电，且具有后备电源；通过控制继电器模块140的开关控制电动车辆200的动力电池组输出的通断，从而实现启动、停止电动车辆200；复位模块191，其功能为，单片机接通电源启动时，产生复位信号，确定单片机起始工作状态，并且当单片机系统在运行过程中，受到外界环境干扰出现程序跑飞时，进行复位；晶振模块192，其为主控模块120提供时钟信号；遥控模块160电联主控模块120，用于控制车门锁的开启或者关闭；扬声器模块180采用电动车辆200自身的喇叭作为报警扬声器，其功能为，当单片机系统检查到电动车辆被盗时，驱动该模块发出报警声；采集模块150在防盗监控开启以后对车辆的振动和感应范围内进行监控，并在单片机系统检查到电动车辆被盗时，通过采集模块150对感应范围内的图像进行采集；GSM模块130，采用SIM900A模块，其功能为，单片机系统检查到电动车辆被盗时，驱动该模块立即发送短彩信通知移动终端110，而且在主控模块120中存储2个用户号码，在主控模块120驱动GSM模块130报警时，向用户的号码发送报警短信。
采集模块150包括振动传感器151、热释电红外线传感器152和摄像头153，振动传感器151，其通过强力磁铁固定在车体上，用于检测车辆的振动强度，在本实施例中，振动传感器151采用YD-36型压电加速度传感器；热释电红外线传感器152，其设置在车体上，用于检测在感应范围内是否有热源；摄像头153，其设置在所述车体上，用于对感应范围内的图像进行采集。
如图3所示，为本发明所述主控模块120的串口转换电路，在本实施例中，使用USB连接线将主控模块120与计算机相连，完成后者对控制系统的调试。
如图4所示，为本发明所述的晶振模块192电路原理图。晶振模块192的功能是为主控模块120中的单片机系统提供时钟，这里采用外部晶振源。主控模块120系统所采用的STC89C52单片机芯片内部有一个三点式电容振荡电路，单片机外部有两个引脚，其中XTAL1为内部时钟振荡电路的输入端，而XTAL2为内部时钟振荡电路的输出端。外部的石英晶体振荡器和电容相连可组成定时电路，通过选择不同参数大小的元件，即可确定单片机的时钟频率，将定时电路连接到单片机的两个时钟引脚上，使单片机内部振荡器产生自激振荡从而产生单片机工作所必须的时钟。需要注意的一点是，在PCB布线时，晶振电路需要紧挨单片机，否则较长的走线可能会受周围电路的干扰，导致晶振频率不稳定。
如图5所示，为本发明所述的复位模块191的电路原理图。复位模块191的功能为：单片机接通电源启动时，产生复位信号，确定单片机起始工作状态；当单片机系统在运行过程中，受到外界环境干扰出现程序跑飞时，进行复位，作为优选的，采用阻容式手动复位电路。当单片机上电时，电容充电，在10K电阻上出现电压，10K电阻与RESET引脚相连，使得单片机复位；几个毫秒后，电容充电完成，10K上电流和电压均为0，此时单片机复位完成进入工作状态。当在工作期间程序跑飞时，按下开关后，电容开始放电，10K电阻上有出现正电压，因此单片机开始复位，松手后，电容重新开始充电，几毫秒后，单片机重新进入工作状态。需要注意的是，16K电阻的功能是为了防止在按下复位开关时，电容放电瞬间产生火花；复位所需的时长由所选器件的参数决定。
在本实施中，摄像头153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。通过主控模块120对摄像头153进行复位和供电，摄像头153将采集到的图像数据传输到主控模块120中；摄像头153的工作原理：摄像头153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，转换为短彩信数据，等待发送出去。
如图6所示，为本发明所述的GSM模块130的电路原理图。GSM模块130的功能为当用户的电动车辆200遭到盗窃时，会第一时间通过短彩信的方式告知用户。本发明采用SIM900A模块，其为2频的GSM/GPRS模块，工作频段为：EGSM 900MHz和DCS 1800MHz，且尺寸小巧易于集成到主控模块120中。
如图7所示，为本发明所述的GSM模块130的供电模块电路原理图。GSM模块130与单片机共用供电电源，在本实施例中，由于单片机采用直流5V电源，而SIM900A模块采用直流4V的电源，所以采用线性稳压器得到可供SIM900A模块使用的电源，在本实施例中，采用MIC29302WT稳压器。在SIM900A模块发射的突发可能导致电压跌落，此时电流可能达到最大2A，所以总电源供流不得低于2A。SIM900A模块开关机有多种方式，作为优选的，可以通过硬件电路实现，也可以通过软件的形式实现，在本实施例中，采用把PWRKEY引脚和PWRKEY_OUT引脚短接至少1秒，实现开关机，此种方式最为简便。
由于SIM900A内部集成有限流电阻，因此这里采用一颗大电容给RTC供电，其值为4.7uF。
如图8所示，为本发明所述的GSM模块130的SIM卡接口模块电路原理图。在本实施例中，SIM卡接口模块采用8座引脚的卡座MOLEX-91228，支持SIM卡的插拔检测，可通过AT指令“AT+CSDT”决定是否使能。SMF05C模块的用于静电保护。
如图9所示，为本发明所述的GSM模块130的网络状态指示灯的电路原理图。网络状态指示灯的功能为通过观察网络状态指示灯的闪烁情况可以判断当前网络状况。在本实施例中，网络状态指示灯以0.8s的间隔闪烁指SIM900A未注册到网络；以3s的间隔闪烁指SIM900A注册到网络；以0.3s的间隔闪烁指SIM900A正在进行GPRS通信。并且采用共射极电路，其具有放大作用，SIM900A模块的NETLIGHT引脚可控制LED的闪烁频率。
如图10所示，为本发明所述的GSM模块130的电瓶转换电路原理图。在本实施例中，由于主控模块120选择采用STC89C52，GSM模块130选择SIM900A模块，因此电瓶转换使用MAX232进行电瓶转换。
本发明通过防盗监控提供一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法，包括如下步骤：
步骤1、通过移动终端110开启防盗监控；
步骤2、采集一个周期内的振动加速度和感应范围内的闯入信号，获得车辆的振动系数；
其中，所述车辆振动系数满足：
式中，Fvi为车辆振动系数，ωpi为调节系数，Vtesh为振动标准值，Vbi为振动加速度，Vrmy为振动特征值，KDemi为减震器阻尼系数，KDsxi悬架阻尼系数，i为采集时刻，i＝1,2…mn；
所述振动特征值满足：
式中，
为一个采集周期内的振动加速度的平均值；
所述振动加速度满足：
Vbi＝Vi×S；
其中，Vi为第i次采集的振动加速度信号，S为振动传感器的灵敏度；
所述周期为30S，若所述防盗监控断电，则车辆发出报警警报，直至所述防盗监控通电开启后，重新进行采集；
步骤3、确定有人闯入感应范围并且车辆产生振动时，启动采集装置150进行拍照并发送至移动终端110，并且车辆发出报警警报，同时通过继电器模块140将车辆的电路切断。
在另一种实施例中，在步骤3中，主控模块120同时电联热释电红外线传感器152与振动传感器151，主控模块120采用模糊控制模型输出车辆被盗概率进而判断所述车辆是否被盗，具体包括如下：
分别将闯入信号E、车辆振动系数D以及车辆被盗概率转换为模糊论域中的量化等级；将闯入信号E以及车辆振动系数D输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为车辆被盗概率，进而进行判断是否有人闯入，车辆被盗概率的阈值为0.32～0.35中的一个值，如果车辆被盗概率达到设定阈值，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0.34。
闯入信号E的变化范围为[0，30]，车辆振动系数D的变化范围为[0，5]，设定量化因子都为1，因此闯入信号E以及车辆振动系数D的论域分别为[0，30]和[0，5]，车辆被盗概率的论域为[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，最终将闯入信号E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；将车辆振动系数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；输出的车辆被盗概率分为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11、12、13所示。
模糊控制模型的控制规则选取经验为：
如果闯入信号E为极大，车辆振动系数D为较大，则车辆被盗概率为大，即车辆被盗；
如果闯入信号E为小或零，车辆振动系数D为小，则车辆被盗概率为小，即车辆没有被盗；
也就是说，如果车辆被盗概率为“小或较小”，则车辆没有被盗；如果车辆被盗概率为“大或较大”，则车辆被盗；如果车辆被盗概率为“中等”，则该车辆被盗概率为阈值，此种情况，如果闯入信号或车辆振动系数稍有变化，则必然会有发生被盗或没有被盗这两种情况的切换。
具体的模糊控制规则如表1所示。
表1模糊控制规则
本发明设计开发的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，能够在不法分子接近车辆并且对车辆产生破坏致使车辆产生振动的时候，第一时间发出警示并且通知车主，而且通过摄像头监控车辆，可迫使车辆强制停车并对车辆进行追踪，大大减小用户车辆被盗的风险。
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实施例。
Claims (10)
1.一种基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，包括：
步骤1、通过移动终端开启防盗监控；
步骤2、采集一个周期内的振动加速度和感应范围内的闯入信号，获得车辆的振动系数；
步骤3、确定有人闯入感应范围并且车辆产生振动时，启动采集装置进行拍照并发送至移动终端，并且车辆发出报警警报，同时通过继电器模块将车辆的电路切断。
2.如权利要求1所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述防盗监控包括：
移动终端；
主控模块，其用于对车辆的防盗监控进行监测并控制；
电源模块，其与所述主控模块相连接；
遥控模块，其与所述主控模块电联，用于控制车门锁的开启或者关闭；
采集模块，其与所述主控模块和电源模块电联，用于对感应范围内的图像进行采集；
GSM模块，其与所述主控模块电联，所述GSM模块能够接收所述主控模块的信号给用户发送信息；
继电器模块，其与所述主控模块电联，用于控制车辆的电路通断；
扬声器模块，其与所述主控模块电联。
3.如权利要求2所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述采集模块包括：
振动传感器，其设置在车体上，用于检测车辆的振动；
热释电红外线传感器，其设置在车体上，用于检测在感应范围内是否有热源；
摄像头，其设置在所述车体上，用于对感应范围内的图像进行采集。
4.如权利要求2所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述防盗监控还包括：
复位电路，其与所述主控模块相连接，用于确定所述主控模块的起始工作状态；
晶振电路，其与所述主控模块相连接，用于确定所述主控模块的时钟信号。
5.如权利要求1所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述车辆振动系数满足：
式中，Fvi为车辆振动系数，ωpi为调节系数，Vtesh为振动标准值，Vbi为振动加速度，Vrmy为振动特征值，KDemi为减震器阻尼系数，KDsxi悬架阻尼系数，i为采集时刻，i＝1,2…mn。
6.如权利要求1所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述振动特征值满足：
式中，
为一个采集周期内的振动加速度的平均值。
7.如权利要求6所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述振动加速度满足：
Vbi＝Vi×S；
其中，Vi为第i次采集的振动加速度信号，S为振动传感器的灵敏度。
8.如权利要求1所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，在所述步骤3中将所述闯入信号和车辆振动系数输入模糊控制器，获得车辆被盗的概率，包括如下步骤：
分别将闯入信号、车辆振动系数以及车辆被盗概率转换为模糊论域中的量化等级；
将所述闯入信号以及车辆振动系数输入模糊控制模型，均分为5个等级；
根据所述车辆被盗概率判断车辆是否被盗；
其中，所述闯入信号的论域为[0，30]，所述车辆振动系数的论域为[0，5]，车辆被盗概率的论域为[0，1]，设量化因子都为1，设定车辆被盗概率的阈值为0.32～0.35中的一个值。
9.如权利要求8所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述闯入信号的模糊集为{ZO，PS，PM，PB，PVB}，所述车辆振动系数的模糊集为{N，NM，M，ML，L}，车辆被盗概率的模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用三角形隶属函数；
所述模糊控制模型的控制规则为：
如果闯入信号输入为PVB，车辆振动系数输入为ML，则车辆被盗概率输出为B，即车辆被盗；
如果闯入信号输入为ZO或PS，车辆振动系数输入为N，则车辆被盗概率输出为S，即车辆没有被盗；
如果车辆被盗概率输出为S或SM，则车辆没有被盗；如果车辆被盗概率输出为B或MB，则车辆被盗；如果车辆被盗概率输出为M，则车辆被盗概率为阈值。
10.如权利要求1所述的基于物联网的电动车辆防盗监控方法，其特征在于，所述周期为30S，若所述防盗监控断电，则车辆发出报警警报，直至所述防盗监控通电开启后，重新进行采集。
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