基于震動傳感器和攝像頭的汽車防盜報警系統(tǒng)的研究與設(shè)計

雷源春 何建威

摘 要：隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，汽車的保有量越來越大，汽車的停車問題越來越嚴(yán)重，很多時候汽車停車后處于無人看守狀態(tài)。汽車車窗被砸、人為對車輛進(jìn)行傷害事情時有發(fā)生，有竊賊砸碎車窗盜取車內(nèi)財物，事發(fā)后失主報案也很難挽回經(jīng)濟損失，本文針對這一事實，在車身安裝震動傳感器，當(dāng)有人砸車時震動傳感器檢測的信息，經(jīng)放大處理后加到微處理器，由中央處理器發(fā)出指令控制安裝在車身上的攝像頭進(jìn)行拍照，并把記錄視頻信息存放在儲存器中；儲存的視頻信息提供給公安部門作為重要線索；與此同時，電腦發(fā)出聲光報警信號加到車身的車燈和揚聲器，發(fā)出聲光報警，威懾不法分子。

關(guān)鍵詞：傳感器；微處理器；攝像頭；汽車報警

1 信息采集硬件組成及工作過程

信息采集的基本任務(wù)是將汽車受到侵害的信息轉(zhuǎn)換成可被處理的電信號，由安裝在汽車車身不同部位的四個震動傳感器模塊完成，每個傳感器模塊有震動傳感器，溫度補償，信號放大，抗干擾混疊濾波器，AD轉(zhuǎn)換組成。模塊產(chǎn)生數(shù)字信息加到中央處理器CPU，CPU對輸入的信息進(jìn)行分析處理，判斷汽車是否受到侵害。

信息采集硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中包括震動傳感器及溫度補償電路，模擬信號調(diào)理電路，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理電路，通信接口和供電電源。

信號工作流程是：原始信號由安裝在車身不同部位的四個震動傳感器提供，傳感器輸出信號經(jīng)溫度補償、信號放大濾波后進(jìn)入多通道同步ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再由內(nèi)嵌于數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）中的閥值算法處理得到相關(guān)汽車是否受到侵害參數(shù)，計算結(jié)果將由SPI（Serial Peripheral Interface）或SCI（Serial Communication Interface）輸出供攝像頭和聲光報警系統(tǒng)用。

2 震動傳感器及其補償電路

本系統(tǒng)選用的ICS3022型壓電式硅震動計，這種震動計的內(nèi)部敏感單元由懸臂梁和檢驗質(zhì)量塊組成，當(dāng)感受到震動時懸臂梁會產(chǎn)生一定的形變，根據(jù)半導(dǎo)體的壓電效應(yīng)，這種形變而變化會產(chǎn)生硅懸臂梁電勢的變化，通過檢測單元即可轉(zhuǎn)換成變化的電信號，從而得到隨震動變化而變化的傳感器輸出信號。但壓電式微震動傳感器的缺點是溫度漂移系數(shù)大，為了為提高系統(tǒng)的可靠性，需要為傳感器提供溫度補償電路以傳感器的不足，壓電式硅微震動計內(nèi)部電路可以等效成一個橋式電路，如圖2所示。輸入輸出關(guān)系式如下

理論上當(dāng)傳感器在震動為0時R1·R3=R2·R4，這時電橋處于平衡狀態(tài)，輸出等于0。但工程中無法做到絕對相等，輸出并不為0，這就是零位偏移誤差，補償?shù)姆椒ê芎唵危{(diào)節(jié)電橋橋臂電阻值使R1·R3與R2·R4盡量相等，比如當(dāng)R1·R3大于R2·R4時，可增大R4或減小R3來減小零位偏移誤差。

ISC3022震動計出廠時各橋臂電阻為固定值，無法調(diào)整，但可以通過在引腳間并接電阻或直接在引腳上串聯(lián)電阻的方法來改變R3、R4的電阻值。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，各橋臂電阻也會發(fā)生變化，設(shè)電阻R1～R4的溫度系數(shù)分別為T1，T2，T3，T4，相對于25oC變化的溫度為ΔT，公式（1.1）就呈現(xiàn)出如下形式

3 軟件延時檢測處理

由于汽車停放的環(huán)境比較復(fù)雜，比如汽車停放在人流量比較大的路邊，由于人流量大，難免有人不小碰到汽車的車身，行人主觀上沒有侵害汽車的意識，如果報警系統(tǒng)啟動，會引起行人的反感，這樣也可能導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁啟動，達(dá)不到預(yù)期的目的。怎樣解決這個問題，行之有效的方法是采用軟件延時，當(dāng)中央處理器檢測到震動信息時，不立即啟動錄像和聲光報警系統(tǒng)，而是延時100毫秒，再檢測是否有震動信號輸入，延時再檢測過程重復(fù)兩到三次，如果有人故意侵害汽車，如砸車，震動會延續(xù)幾秒時間或更長時間。連續(xù)檢測到三次震動信息，處理器確認(rèn)有人故意侵害汽車，啟動錄像和聲光報警。

4 視頻記錄與聲光報警

視頻記錄部分主要有像素為500萬攝像頭，光敏電阻，電源，flash快速存貯芯片以及紅外發(fā)光二級管陣列組成。其工作過程如下：

由震動傳感器檢測到震動信息，加到中央處理器，中央處理器經(jīng)延時處理后確認(rèn)汽車受到侵害，輸出控制指令加到攝像頭，與此同時，中央處理器輸出指令加到聲光報警器，為節(jié)約成本聲光報警利用安裝在汽車上的車燈和揚聲器，攝像頭開始錄像，并把視頻記錄在flash芯片中，記錄時間最少維持20秒鐘，超過20秒鐘由中央處理器控制，如果震動信號沒有停止，攝像頭的錄像繼續(xù)維持，如果錄像20秒鐘后，中央處理器沒有檢測到震動信號，則停止錄像，同時停止聲光報警。晚上由于沒有燈光環(huán)境下，普通攝像頭的成像效果差，很難達(dá)到記錄視頻效果與目的。為了提高夜晚的視頻記錄效果，采用黑白攝像頭，用光敏電阻判斷是白天還是夜晚，夜晚時點亮紅外發(fā)光二極管，提高視頻記錄的清晰度。在黑夜怎樣保證錄像視頻的清晰度，如果記錄的視頻不清晰，不能分辨出人物，解決這個問題我們采取以下措施：

（1）采用高像素攝像頭。

（2）采用黑白鏡頭；實踐證明，在夜晚黑白攝像頭的清晰度比彩色攝像頭好。

（3）在鏡頭的周圍安裝紅外發(fā)光二極管，輔助聚集，保證攝像質(zhì)量。

（4）使紅外發(fā)光二極管只在夜晚工作，白天不工作。

5 視頻測試效果

6 結(jié)語

攝像頭通常固定在前排擋風(fēng)玻璃位置，不法分子在對汽車實施侵害時，他的方位不一定在車的前端，我們用接近開關(guān)可以判斷侵害者的位置，但攝像頭必須要自動旋轉(zhuǎn)到侵害者實施侵害的方位并進(jìn)行視頻記錄。制作能360度自動旋轉(zhuǎn)攝像頭具有一定困難，侵害者不一定只在前端實施侵害，如果攝像頭不能旋轉(zhuǎn)到位，就算判斷出方位，也不能對侵害者進(jìn)行錄像。

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[8]Linux系統(tǒng)命令及其使用詳解https：//wenku.baidu.com/view/d21cf78a6529647d27285212.html？sxts=1528276747927.

[9]Camera driver&V4L2驅(qū)動架構(gòu)介紹.來源https：//blog.csdn.net/wh_19910525/article/details/18077971.

[10]XC.2440開發(fā)板使用手冊.百度文庫.https：//wenku.baidu.com/view/d1a6e23a03d8ce2f00662362.html？from=search.

項目來源：廣州科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題（項目編號2016ZR15）