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                                1. 一種低速電動車智能防盜裝置的制作方法

                                  文檔序號:18711266發布日期:2019-09-18 01:14
                                  一種低速電動車智能防盜裝置的制作方法

                                  本發明涉及車輛安防領域,更具體的是,本發明涉及一種低速電動車智能防盜裝置。



                                  背景技術:

                                  近年來隨著國家和各地方政府對節能減排的大力推行,各大廠商都加大了對新能源車輛的研發力度,各種類型和品牌的新能源車輛相繼上市並推廣,其中之一便是低速電動車。低速電動車憑借價格低,環境汙染小,噪音低,維修方便,充電便利等優點,其已經成爲我國廣大群衆優選的代步工具之一。據統計我國低速電動車的保有量就已經達到2.5億輛,各品牌電動三輪車每年的産銷量也都已突破一千萬輛。然而隨之而來的盜竊案件也越來越頻繁,低速電動車的防盜也越來越成爲消費者選購過程中亟需考慮的問題之一。

                                  分析以往低速電動車的設計後,發現其一般很少設置防盜裝置。近段時間來,新上市的低速電動車才逐漸開始設置防盜裝置,這類低速電動車一般采用聲敏報警器,當低速電動車周圍存在較大噪聲,例如不法分子盜竊車輛時,産生的噪聲達到報警器設定的聲響阈值後,低速電動車便開始報警。雖然此種方案能夠有效震懾正在實施盜竊行爲的不法分子,但存在以下幾點問題:一是存在誤報,當周圍環境存在其他高聲壓級噪聲,比如爆竹聲,禮炮聲等或者周圍有人誤碰到該低速電動車時,低速電動車的報警裝置也開始報警;二是擾民,當存在頻繁的誤碰,或者報警器的靈敏度比較高的情況下,低速電動車的報警器就會頻繁報警,且此類低速電動車的報警聲壓級一般非常大,因此存在擾民的噪聲問題;三是易老化,因爲此類低速電動車的報警裝置有可能會出現頻繁的誤報,且揚聲器報警時會以最大功率運行,因此該報警系統往往會過快的老化失效,導致失去報警功能。鑒于以上幾大問題,有些消費者甚至會在購買低速電動車後直接將其拆除,這類報警裝置也因此名存實亡。

                                  此外,目前市場上還有存在其他形式的防盜裝置,例如基于指紋、GPS定位甚至機器學習或者人工智能等,但是此類防盜裝置一般僅停留在概念階段,具體大規模實施還需要很長一段時間。



                                  技術實現要素:

                                  本發明的目的是設計開發了一種低速電動車智能防盜裝置,基于STC89C52單片機,采用了獨立模塊的設計,方便集成到傳統的電動自車內,響應迅速,采用多種組合解鎖方式,防止暴力破解且應用前景廣闊,並且價格低廉,易于大批量生産。

                                  本發明的另一個目的是根據不同的低速電動車的狀態精確控制低速電動車智能防盜裝置的不同模塊,並且通過不同模塊做出預警。

                                  本發明提供的技術方案爲:

                                  一種低速電動車智能防盜裝置,包括:

                                  主控模塊,其用于對低速電動車智能防盜裝置進行監測並控制;以及

                                  電瓶控制模塊,其與所述主控模塊相連接,所述電瓶控制模塊能夠控制電瓶輸出的通斷;

                                  鍵盤輸入模塊,其與所述主控模塊相連接,所述鍵盤輸入模塊使用戶進行密碼輸入;

                                  複位模塊,其與所述主控模塊相連接,所述複位模塊確定所述主控模塊的起始工作狀態;

                                  晶振模塊,其與所述主控模塊相連接,所述晶振模塊爲主控模塊提供時鍾信號;

                                  顯示模塊,其與所述主控模塊和所述鍵盤輸入模塊相連接,所述顯示模塊用于用戶輸入密碼時進行交互;

                                  揚聲器報警模塊,其與所述主控模塊和低速電動車的鳴笛器相連接,所述揚聲器報警模塊能夠接收主控模塊的信號發出報警聲;

                                  GSM報警模塊,其與所述主控模塊相連接,所述GSM報警模塊能夠接收所述主控模塊的信號給用戶發送信息。

                                  優選的是,還包括:

                                  所述主控模塊采用STC89C52單片微型計算機;

                                  所述鍵盤輸入模塊采用4×4矩陣輸入鍵盤;

                                  所述顯示模塊采用LCD1602液晶顯示器;

                                  所述GSM報警模塊采用SIM900A模塊。

                                  優選的是,所述電瓶控制模塊包括:

                                  繼電器開關,其與所述主控模塊相連接;

                                  三極管,其與所述繼電器開關和電瓶相連接;

                                  指示燈,其與所述繼電器開關相連接。

                                  優選的是,所述複位模塊采用阻容式手動複位電路,並且能夠在主控模塊運行過程中出現程序跑飛時,進行複位。

                                  優選的是,還包括:

                                  車輪傳感器,其設置在低速電動車的車輪內部。

                                  優選的是,所述主控模塊同時電聯電瓶控制模塊和車輪傳感器,所述主控模塊采用模糊控制模型輸出車輛電瓶或車輪的丟失概率判斷所述車輛電瓶或車輪是否丟失,包括如下步驟:

                                  分別將電瓶信號、車輪信號以及丟失概率轉換爲模糊論域中的量化等級;

                                  將所述電瓶信號以及車輪信號輸入模糊控制模型,均分爲5個等級;

                                  根據所述丟失概率判斷車輛的車輪或電瓶是否丟失;

                                  其中,所述電瓶信號的模糊論域爲[0,1],其量化因子爲70;所述車輪信號的模糊論域爲[0,1],其量化因子爲8.4;丟失概率的論域爲[0,1],其量化因子都爲1,設定丟失概率的阈值爲0.55~0.58中的一個值。

                                  優選的是,所述電瓶信號的模糊集爲{ZO,PS,PM,PB,PVB},所述車輪信號的模糊集爲{N,NM,M,ML,L},丟失概率的模糊集爲{S,SM,M,MB,B};隸屬函數均選用三角形隸屬函數。

                                  優選的是,所述模糊控制模型的控制規則爲:

                                  如果電瓶信號輸入爲PVB,車輪信號輸入爲ML,則丟失概率輸出爲S,即電瓶或車輪沒有丟失;

                                  如果電瓶信號輸入爲ZO或PS,車輪信號輸入爲N,則丟失概率輸出爲B,即電瓶或車輪發生丟失;

                                  如果丟失概率輸出爲S或SM,則電瓶或車輪沒有丟失;如果丟失概率輸出爲B或MB,則電瓶或車輪發生丟失;如果丟失概率輸出爲M,則丟失概率爲阈值。

                                  優選的是,還包括停車防盜模塊:

                                  若低速電動車強行啓動,當車速滿足:

                                  V≤V'時,車輪傳感器將信號傳輸到所述主控模塊,所述主控模塊驅動電瓶控制模塊切斷電瓶供電,使低速電動車停車,同時向用戶發送報警短信;

                                  V>V'時,車輪傳感器將信號傳輸到所述主控模塊,所述主控模塊驅動揚聲器發出報警聲,同時向用戶發送報警短信,所述主控模塊減小低速電動車電瓶輸出電流直至切斷電瓶供電,使低速電動車停車;

                                  其中,V表示車速,V'表示報警阈值,計算報警阈值的公式爲:

                                  其中,V'表示報警阈值,Kf表示權重系數,P表示電瓶的功率,V0表示電動車的啓動電壓,I0表示電動車的起動電流,Vrms表示振動烈度,Pv表示輪胎的胎壓,β表示輪胎的前輪內束角,F表示輪胎與地面的摩擦系數,fv表示輪胎的滾動阻力,其中,振動烈度滿足:

                                  其中,Vi表示第i次的振動速度,i=1、2···n。

                                  本發明所述的有益效果:

                                  (1)本發明設計開發的低速電動車智能防盜裝置,采用獨立模塊設計,可直接集成到傳統低速電動車內,且外圍電路簡單,組成部件少,各部件價格低廉,性能優異,應用市場廣闊,易于進行工業化大批量生産;

                                  本發明采用8位數字密碼鎖、揚聲器報警模塊和GSM報警等模塊的組合解鎖方式,具有防止暴力破解的特點,解決了傳統低速電動車自行車鑰匙易丟失、易複制的問題;而且能夠在車輛被不法分子啓動或者車輛某一部分被盜取的時候,第一時間發出警示並且通知車主,可迫使車輛強制停車,大大減小用戶車輛被盜的風險。

                                  (2)本發明設計開發的低速電動車智能防盜裝置,根據不同的低速電動車的狀態精確控制低速電動車智能防盜裝置的不同模塊,並且通過不同模塊做出預警。

                                  附圖說明

                                  圖1爲本發明所述低速電動車防盜裝置主控模塊的串口轉換電路原理圖。

                                  圖2爲本發明所述晶振模塊的電路原理圖。

                                  圖3爲本發明所述複位模塊的電路原理圖。

                                  圖4爲本發明所述鍵盤輸入模塊的電路原理圖。

                                  圖5爲本發明所述顯示模塊的電路原理圖。

                                  圖6爲本發明所述鍵盤輸入提示音模塊的電路原理圖。

                                  圖7爲本發明所述GSM報警模塊的電路原理圖。

                                  圖8爲本發明所述GSM報警模塊的電源模塊電路原理圖。

                                  圖9爲本發明所述GSM報警模塊的SIM卡座模塊電路原理圖。

                                  圖10爲本發明所述GSM報警模塊的網絡狀態指示燈電路原理圖。

                                  圖11爲本發明所述GSM報警模塊的電平轉換電路原理圖。

                                  圖12爲本發明所述低速電動車防盜裝置的流程示意圖。

                                  圖13爲本發明所述電瓶信號的隸屬函數。

                                  圖14爲本發明所述車輪信號的隸屬函數。

                                  圖15爲本發明所述丟失概率的隸屬函數。

                                  具體實施方式

                                  下面結合對本發明做進一步的詳細說明,以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。

                                  本發明提供一種低速電動車智能防盜裝置,該裝置采用獨立模塊設計,包括主控模塊、電源模塊、鍵盤輸入模塊、複位模塊、晶振模塊、顯示模塊、揚聲器報警模塊、停車模塊、GSM報警模塊,可直接在低速電動車生産過程中集成到低速電動車內,爲配備該裝置的低速電動車亦可通過後續加裝的方式使用該功能。

                                  其中,主控模塊用于對低速電動車智能防盜裝置進行監測並控制,接收電源模塊、鍵盤輸入模塊、複位模塊、晶振模塊、顯示模塊、揚聲器報警模塊、停車模塊和GSM報警模塊的信號,並且可以控制電源模塊、揚聲器報警模塊、停車模塊和GSM報警模塊;主控模塊采用STC公司生産的STC89C52單片微型計算機,其憑借低廉的價格和優秀的性能,廣泛應用于電子儀器、工業控制等領域,本發明采用直流5伏電源供電,且具有後備電源;電瓶控制模塊可通過繼電器開關控制電瓶輸出的通斷,從而實現啓動、停止電動車;鍵盤輸入模塊采用4*4矩陣輸入鍵盤,用于用戶進行密碼輸入;複位模塊,其功能爲,單片機接通電源啓動時,産生複位信號,確定單片機起始工作狀態,並且當單片機系統在運行過程中,受到外界環境幹擾出現程序跑飛時,進行複位;晶振模塊,其爲主控模塊提供時鍾信號;顯示模塊,其采用1602字符型LCD模塊,用于用戶輸入密碼時進行交互;揚聲器報警模塊采用低速電動車自身的喇叭作爲報警揚聲器,其功能爲,當單片機系統檢查到低速電動車或低速電動車的輪胎或低速電動車的電瓶被盜,驅動該模塊發出報警聲。GSM報警模塊,采用SIM900A模塊,其功能爲,單片機系統檢查到低速電動車或低速電動車的輪胎或低速電動車的電瓶被盜時,驅動該模塊立即發送短信通知車主,而且在主控模塊中存儲2個用戶號碼,在主控模塊驅動GSM報警模塊報警時,向用戶的號碼發送報警短信。

                                  如圖1所示,爲本發明所述低速電動車防盜裝置主控模塊系統的串口轉換電路,能夠對本發明的裝置進行設置,在本實施例中,使用USB連接線將控制系統與計算機相連,完成後者對控制系統的調試。

                                  如圖2所示,爲本發明所述的晶振模塊電路原理圖。晶振模塊的功能是爲主控模塊中的單片機系統提供時鍾,這裏采用外部晶振源。主控模塊系統所采用的STC89C52單片機芯片內部有一個三點式電容振蕩電路,單片機外部有兩個引腳,其中XTAL1爲內部時鍾振蕩電路的輸入端,而XTAL2爲內部時鍾振蕩電路的輸出端。外部的石英晶體振蕩器和電容相連可組成定時電路,通過選擇不同參數大小的元件,即可確定單片機的時鍾頻率,將定時電路連接到單片機的兩個時鍾引腳上,使單片機內部振蕩器産生自激振蕩從而産生單片機工作所必須的時鍾。需要注意的一點是,在PCB布線時,晶振電路需要緊挨單片機,否則較長的走線可能會受周圍電路的幹擾,導致晶振頻率不穩定。

                                  如圖3所示,爲本發明所述的複位模塊的電路原理圖。複位模塊的功能爲:單片機接通電源啓動時,産生複位信號,確定單片機起始工作狀態;當單片機系統在運行過程中,受到外界環境幹擾出現程序跑飛時,進行複位,作爲優選的,采用阻容式手動複位電路。當單片機上電時,電容充電,在10K電阻上出現電壓,10K電阻與RESET引腳相連,使得單片機複位;幾個毫秒後,電容充電完成,10K上電流和電壓均爲0,此時單片機複位完成進入工作狀態。當在工作期間程序跑飛時,按下開關後,電容開始放電,10K電阻上有出現正電壓,因此單片機開始複位,松手後,電容重新開始充電,幾毫秒後,單片機重新進入工作狀態。需要注意的是,16K電阻的功能是爲了防止在按下複位開關時,電容放電瞬間産生火花;複位所需的時長由所選器件的參數決定。

                                  如圖4所示,爲本發明所述的鍵盤輸入模塊的電路原理圖。鍵盤輸入模塊采用4*4矩陣輸入鍵盤,爲用戶進行密碼輸入。

                                  如圖5所示,爲本發明所述的顯示模塊的電路原理圖。在本實施例中采用液晶顯示器LCD1602替代傳統的數碼管,正確輸入開機密碼後,顯示器處于開啓狀態,屏幕上半部分將一直滾動顯示“PELEASE INPUT PASSWORD”,否則顯示器一直處于初始狀態。當低速電動車初始檢查正常後,用戶輸入啓動密碼,輸入過程中,每輸入一位密碼,屏幕下半部分即顯示一個“*”字符,正確輸入8位數字密碼後,無需按其他按鍵確認,整個屏幕立即顯示“PASS!”並啓動低速電動車,否則錯誤輸入密碼後,整個屏幕以每0.5秒的間隔顯示“INVALID PASSWORD!”,持續3秒,期間輸入鍵盤被屏蔽無法再次進行輸入操作;3秒後用戶可重新輸入密碼。若用戶連續三次錯誤輸入密碼,整個屏幕將一直滾動閃爍顯示“INVALID USER!”,期間輸入鍵盤被徹底屏蔽,無法繼續輸入。

                                  如圖6所示,爲本發明所述的鍵盤輸入提示音模塊的電路原理圖。當每按一次鍵盤,單片機P0.0口發出高電平脈沖,由于單片機的P1.0口控制著三極管的基極電流,而三極管具有電流放大的功能,因此可以在集電極産生β倍的基極電流,可驅動蜂鳴器發聲一次。其中通過選擇1K電阻的大小可間接調節按鍵聲的大小。

                                  如圖7所示,爲本發明所述的GSM報警模塊的電路原理圖。GSM報警模塊的功能爲當用戶的電動車遭到盜竊時,會第一時間通過短信的方式告知用戶,減小電動車被盜的風險。本發明采用SIM900A模塊,其爲2頻的GSM/GPRS模塊,工作頻段爲:EGSM 900MHz和DCS 1800MHz,且尺寸小巧易于集成到控制模塊中。

                                  如圖8所示,爲本發明所述的GSM報警模塊的供電模塊電路原理圖。GSM報警模塊與單片機共用供電電源,在本實施例中,由于單片機采用直流5V電源,而SIM900A模塊采用直流4V的電源,所以采用線性穩壓器得到可供SIM900A模塊使用的電源,在本實施例中,采用MIC29302WT穩壓器。在SIM900A模塊發射的突發可能導致電壓跌落,此時電流可能達到最大2A,所以總電源供流不得低于2A。SIM900A模塊開關機有多種方式,作爲優選的,可以通過硬件電路實現,也可以通過軟件的形式實現,在本實施例中,采用把PWRKEY引腳和PWRKEY_OUT引腳短接至少1秒,實現開關機,此種方式最爲簡便。

                                  作爲優選的,由于SIM900A內部集成有限流電阻,因此這裏采用一顆大電容給RTC供電,其值爲4.7uF。

                                  如圖9所示,爲本發明所述的GSM報警模塊的SIM卡接口模塊電路原理圖。在本實施例中,SIM卡接口模塊采用8座引腳的卡座MOLEX-91228,支持SIM卡的插拔檢測,可通過AT指令“AT+CSDT”決定是否使能。SMF05C模塊的用于靜電保護。

                                  如圖10所示,爲本發明所述的GSM報警模塊的網絡狀態指示燈的電路原理圖。網絡狀態指示燈的功能爲通過觀察網絡狀態指示燈的閃爍情況可以判斷當前網絡狀況。在本實施例中,網絡狀態指示燈以0.8s的間隔閃爍指SIM900A未注冊到網絡;以3s的間隔閃爍指SIM900A注冊到網絡;以0.3s的間隔閃爍指SIM900A正在進行GPRS通信。並且采用共射極電路,其具有放大作用,SIM900A模塊的NETLIGHT引腳可控制LED的閃爍頻率。

                                  如圖11所示,爲本發明所述的GSM報警模塊的電瓶轉換電路原理圖。在本實施例中,由于直接主控模塊選擇采用STC89C52,GSM報警模塊選擇SIM900A模塊,因此電瓶轉換使用MAX232進行電瓶轉換。

                                  在另一種實施例中,主控模塊同時電聯電瓶控制模塊與車輪傳感器,主控模塊采用模糊控制模型輸出車輛電瓶或車輪的丟失概率進而判斷所述車輛電瓶或車輪是否丟失,具體包括如下:

                                  分別將電瓶信號E、車輪信號D以及丟失概率轉換爲模糊論域中的量化等級;將電瓶信號E以及車輪信號D輸入模糊控制模型,模糊控制模型輸出爲丟失概率,進而進行判斷是否有人闖入,丟失概率的阈值爲0.55~0.58中的一個值,如果丟失概率達到設定阈值,判斷爲有人闖入;在本實施例中,爲了保證控制的精度,使其在不同的環境下都能夠很好地進行控制,根據反複試驗,將阈值確定爲0.56。

                                  電瓶信號E的變化範圍爲[0,1],其量化因子爲70;車輪信號D的變化範圍爲[0,1],其量化因子爲8.4;因此電瓶信號E以及車輪信號D的論域分別爲[0,70]和[0,8.4],丟失概率的論域爲[0,1];爲了保證控制的精度,使其在不同的環境下都能夠很好地進行控制,根據反複試驗,最終將電瓶信號E的變化範圍分爲5個等級,模糊集爲{ZO,PS,PM,PB,PVB},ZO表示零,PS表示小,PM表示中等,PB表示大,PVB表示極大;將車輪信號D的變化範圍分爲5個等級,模糊集爲{N,NM,M,ML,L},N表示小,NM表示較小,M表示中等,ML表示較大,L表示大;輸出的丟失概率分爲5個等級,模糊集爲{S,SM,M,MB,B},S表示小,SM表示較小,M表示中等,MB表示較大,B表示大;隸屬函數均選用三角形隸屬函數,如圖13、14、15所示。

                                  模糊控制模型的控制規則選取經驗爲:

                                  如果電瓶信號E爲極大,車輪信號D爲較大,則丟失概率爲小,即電瓶或車輪沒有丟失;

                                  如果電瓶信號E爲小或零,車輪信號D爲小,則丟失概率爲大,即車輛電瓶或車輪丟失;

                                  也就是說,如果丟失概率爲“小或較小”,則車輛的電瓶或車輪沒有丟失;如果丟失概率爲“大或較大”,則車輛的電瓶或車輪發生丟失;如果丟失概率爲“中等”,則該丟失概率爲阈值,此種情況,如果車輛的電瓶或車輪稍有變化,則必然會有發生丟失或沒有丟失這兩種情況的切換。

                                  具體的模糊控制規則如表1所示。

                                  表1模糊控制規則

                                  如圖12所示,爲本發明提供的低速電動車防盜裝置的流程圖。具體過程爲:

                                  1.開機:主控模塊系統通過獨立的直流5V電源供電,上電後,控制系統即進入工作狀態,隨後用戶可輸入開機密碼,正確輸入密碼後,控制系統的安防功能隨即打開,該過程不限制用戶錯誤輸入密碼的次數。

                                  2.初始檢查:待開機後,低速電動車立即車輪和電瓶的狀態,若兩者任意一件被盜竊或者缺失,主控模塊系統立即驅動揚聲器發出報警聲,同時向用戶的號碼1發送報警短信,若連續3次發送失敗,則向用戶的號碼2發送報警短信。

                                  3.正常啓動:正確輸入啓動密碼後低速電動車即正常啓動,否則連續3次錯誤輸入密碼後,低速電動車立即發出報警信息。

                                  4.停車防盜:若未使用密碼正確解鎖低速電動車,而采用暴力方式強行啓動低速電動車,當低速電動車車速滿足:

                                  V≤V'時,車輪傳感器將信號傳輸到所述主控模塊,所述主控模塊驅動電瓶控制模塊切斷電瓶供電,使低速電動車停車,同時向用戶發送報警短信;

                                  V>V'時,車輪傳感器將信號傳輸到所述主控模塊,所述主控模塊驅動揚聲器發出報警聲,同時向用戶發送報警短信,所述主控模塊減小低速電動車電瓶輸出電流直至切斷電瓶供電,使低速電動車停車;

                                  其中,V表示車速,V'表示報警阈值,計算報警阈值的公式爲:

                                  其中,V'表示報警阈值,Kf表示權重系數,P表示電瓶的功率,V0表示電動車的啓動電壓,I0表示電動車的起動電流,Vrms表示振動烈度,Pv表示輪胎的胎壓,β表示輪胎的前輪內束角,F表示輪胎與地面的摩擦系數,fv表示輪胎的滾動阻力,其中,振動烈度滿足:

                                  其中,Vi(i=1、2···n)表示第i次的振動速度。

                                  本發明設計開發的低速電動車智能防盜裝置,能夠根據不同的低速電動車的狀態精確控制低速電動車智能防盜裝置的不同模塊,並且通過不同模塊做出預警。

                                  盡管本發明的實施方案已公開如上,但其並不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用,它完全可以被適用于各種適合本發明的領域,對于熟悉本領域的人員而言,可容易地實現另外的修改,因此在不背離權利要求及等同範圍所限定的一般概念下,本發明並不限于特定的細節和這裏示出與描述的實施例。

                                  再多了解一些
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