车辆防盗报警器

  • IT技术
  • 2019-10-10
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简介具有报警功能的机动车防盗或防劫产品,经历了单片机为主的电子声光报警产品初级阶段,和小区域联网电子声光报警产品的过度阶段后,已经进入了以城市为中心的联网防盗防劫报警系统产品阶段。以城市为中心的电子跟踪定位监控报警系统产品,按跟踪定位方式分类,分为卫星定位(简称“天网”)和地标定位(简称“地网”)两大技术门类,三种具有代表类型的系统技术产品。

车辆防盗报警器

文献综述

一、我国的车辆防盗报警器的产品现状

机动车被盗抢成为社会关注的热点问题。保障机动车和司乘人员的安全,预防和减少盗抢犯罪活动的发生,准确、快速打击盗抢机动车犯罪,各种类型机动车防盗防劫产品和联网报警系统应运而生。

1、机动车安防产品的类型并存[1]

我国机动车防盗防劫产品市场形成多层次、多类型产品并存局面。

功能相对简单的机动车防盗产品主要有机械类防盗锁、机电结合类防盗锁,此类产品仍具有一定市场。

机动车防盗防劫报警产品主要有电子报警器和电子跟踪定位监控报警系统。

具有报警功能的机动车防盗或防劫产品,经历了单片机为主的电子声光报警产品初级阶段,和小区域联网电子声光报警产品的过度阶段后,已经进入了以城市为中心的联网防盗防劫报警系统产品阶段。

以城市为中心的电子跟踪定位监控报警系统产品,按跟踪定位方式分类,分为卫星定位(简称“天网”)和地标定位(简称“地网”)两大技术门类,三种具有代表类型的系统技术产品。

(1)卫星适时跟踪定位技术产品

以美国导航星全球卫星定位系统技术为主的“机动车卫星适时定位跟踪报警系统”(简称GPS);

无线三点(或二点)跟踪定位技术产品。以美国TELETRAC公司车辆定位通信系统技术为主的“机动车反劫防盗报警系统”(简称CSS);

(2)无线有线结合地标相对跟踪定位技术产品

以我国深圳市永华公司机动车联网检测方法及系统发明专利为主的“城市机动车防盗防劫联网报警系统”(简称CAS)

2、 机动车安防产品应用存在差异

社会对安全保障的需求程度决定了产品应用的广度,而现阶段经济发达程度和人民生活水平又成为产品应用的主要制约因素,适合中国国情,与市场机会相匹配的系统产品更容易被市场和用户接受,激烈的市场竞争已经使机动车防盗防劫联网报警系统市场局面明朗化,深圳市永华公司的100CAS系统占有市场决定优势。

、车辆防盗报警系统发展

国内外汽车工业的发展极其迅速,技术创新能力成为竞争取胜的关键。世界各国都十分重视将高、精、尖技术应用到汽车防盗领域。

1、汽车防盗装置迎来新的发展机遇

随着经济、科技的发展,国内外汽车防盗新技术和新产品不断涌现。法国将GPS 卫星监控技术应用于汽车防盗装置进入实用化阶段,这为国内防盗技术的发展开辟了一条新思路。中国加入WTO,随着国外防盗产品不断涌入国内市场,国内在汽

车防盗法规方面也制定了更为严格的标准,并投入大量资金积极开发新产品。因此,国内各大厂商应把握时机,合理利用国外先进防盗技术,建立行之有效的汽车防盗技术开发体系,以促进国内汽车防盗技术的快速发展。

2、汽车防盗装置将有一个较长的发展时期

目前,由于国内经济、科技发展不平衡及地区性差异的存在,不同档次的汽车用户对防盗产品和技术的需求各异,使汽车防盗新技术和新产品在国内大面积推广还需要一段时间。目前,虽然国内外汽车防盗技术发展相当迅速,但对于汽车防盗方面的核心技术,世界各国普遍存在对外封闭的现象,造成国内汽车防盗技术的发展速度相对缓慢,要赶超发达国家需要一个长期的发展过程。

3、汽车防盗装置将朝着安全、简单、智能化和功能多样化方向发展

目前,国内外广泛应用的汽车防盗装置普遍存在结构复杂、价格昂贵、功能单一和可靠性差等缺点,并不能实现真正的防盗。要实现真正的防盗,进一步提高产品的灵活性和适用性,应将控制技术、数据通讯及网络技术等应用到汽车防盗领域,使汽车防盗装置朝着安全、简单、高智能化及功能多样化方向发展。近年来流行的遥控无锁系统只是智能化、功能多样化的初步体现,未来汽车防盗装置还将向

电子密码等多样化识别方向发展。

4、车辆防盗报警系统发展的趋势[2]

(1)摩托罗拉移动仪表盘系统

摩托罗拉的移动仪表盘技术包括一个完整的集成仪表所需要的全部器件。它们是完备的8位和16位微处理器、稳压器、功率和显示驱动器、通讯接口、OSEK操作系统、CAN驱动器、低级信息软件等。

(2)汽车“DNA”技术

把预先设定的车身号码压缩到直径不到1毫米的晶片里面,再把成千上万粒的微晶片喷洒在车身各处,这样每部车就有了自己的“DNA”。

(3)汽车全方位防盗报警器

吉林省一发明家现已研制成功一种新型汽车防盗器。这种防盗器适用于各种车型,有全车、全方位防盗、报警和锁定功能。

(4)汽车识别钥匙

美国德州仪器公司利用无线电射频技术,研制成功一种“汽车识别钥匙”。其原理是:将射频发射应答器陷入汽车钥匙中,在此应答器中储存有与特定车辆相吻合的特别识别码;当把钥匙插入电源开关并转动时,安装在点火锁内部的转发器就读钥匙中的识别码,如信号一亮则车子发动,否则车子无法启动。

(5)电子编码点火钥匙

美国通用汽车公司开发出一种电子点火钥匙,其内部嵌有一粒陶瓷珠。每把钥匙上的陶瓷珠都具有对应不同电子编码的组件相匹配。当点火钥匙插入点火开关时,钥匙筒内的电触点对钥匙的电阻进行测量,并把信息传到上述组件。如果与陶瓷珠的阻值相同,则可以发动汽车,否则无法点火发动。

(6)生物特征电子锁

这种锁的特点是将声音、指纹等人体生物特征作为密码输入,由计算机进行识别,控制开锁。因此生物特征式电子锁的智能化程度相当高。这也是汽车防盗电子锁的一种发展趋势。

(7)遥控锁车系统

该系统是由英国一家交通安全研究机构的科学家们开发的,一旦车辆被盗,可以通过发射无线电信号将车“锁”住,阻止盗贼将车开走。该系统由微芯片、内存、微型信号发射、接收装置和GPS卫星定位接收器组成。车辆被盗后,盗贼将车开出了几百米,而车辆没有收到确认车主身份的信号,该系统将向控制中心发出信号以确认是否采取“锁”车及跟踪措施。

三、高频稳度无线电遥控电路

目前很多产品都具有无线遥控的功能,例如:汽车、摩托车防盗报警器,仓库或车库门禁系统,以及智能化的家庭保安系统中都使用了无线电遥控电路。采用传统的LC 振荡电路的无线电遥控电路,其振荡频率不仅取决于构成振荡回路的电容和电感的数值,还同与振荡回路相藕合的晶体管输出、输入电容值有关,由于电容和电感本身的分散性和温度特性,因此,当环境温度、电源电压或振荡器的负载改变时,可能引起构成振荡回路的元件参数发生变化,结果使振荡频率改变,所以其频稳度较差及频率漂移较大。采用声表面波(SAW) 谐振器作为频率源器件的无线电遥控电路,其振荡频率主要同声表面波(SAW) 谐振器的谐振频率有关,具有高Q值、高频稳度的特点。

SAW谐振器基本原理、性能

  声表面波谐振器提供了一种稳定的、高Q值振荡器频率控制元件,基波工作频率从50MHz到接近2GHz,频率下限受价格因素及结构尺寸限制,频率上限取决于生产工艺的最小尺寸。SAW谐振器是由牢固地附着在石英基片上的铝膜微细图形构成,因而是一个固有的高可靠性元件,在军工和航空技术上得到了广泛应用。SAW 谐振器芯片是采用一次光刻生产出来的,在性能价格比上对工业和民用具有很大的吸引力。

1、基本原理

声表面波是传播在压电晶体表面的机械波,其声速仅为电磁波速的十万分之一,故采用微电子技术制作的声表面波器件体积小重量轻,易于规模生产。单端对声表面波谐振器是在石英基片上利用两端反射阵列形成分布式谐振腔,用一个叉指换能器完成电- - 电转换,在某一频率上,谐振腔的长度等于半波长的整数倍从而达到电谐振效果。

2、性能指标

(1) 中心频率fT

SAW谐振器的频中心频率偏差ΔfT一般在±75250KHz (400MHz系列产品) 。通常振荡器或发射电路的频率接近fT,并且可以通过外围电路元件微调振荡频率。

(2) 插入衰耗(IL)

对于高频SAW谐振器,插入衰耗是一项重要指标,我们知道高频电路增益较低,谐振器衰耗大影响起振及功率。一般高频谐振器插入衰耗2dB

(3) 静态电容(CT)

CT=C0+CP,C0为叉指电容,CP 为管壳寄生电容,可通过低频电桥测量出数值。

(4)Q

SAW谐振器的有载Q值介于LC振荡器和石英晶体振荡器之间,单端(ONE-PORT)谐振器50Ω有载Q值一般在2000左右。双端对(TWO-PORT)谐振器50Ω有 载Q值一般在8000左右,无载Q值可高达20000左右。

(5) 频率温度系数

对于固定频率振荡器,频率温度稳定性是一项重要指标。对于ST切向的石英材料SAW谐振器,其频率温度特性可用公式表示:Δf/fc=-[(T-T0)/5.4]2 ppm 其中Δf为频率漂移(Hz),fc为中心频率(MHz),T为工作温度(),T0为拐点温度(通常振荡电路的T025)

3、等效LC电路模型

fc ILQ值是谐振器的关键参数,它和静态电容决定了谐振器性能及等效电路参数。等效串联电阻RM =(RS +RL)/(1/10IL/20-1);等效电感LM =QL(RM+RS+RL)/ωC;CM =1/ω2C.LM ;ωC =2πfc;RS =RL =50Ω(测试系统阻抗);IL-插入衰耗(dB) 

在实际SAW谐振器振荡电路中,谐振器作为并联谐振回路的等效电感元件,或作为谐振短路元件。[5]

四、压电式振动传感器

1、振动传感器分类  

所谓振动传感器,是由机械系统的振动能量启动工作,并向电气系统供给能量的变换器,基本可以分以下三类:  

·加速度检测(基本单位为m/s2) 

   ·速度检测型(基本单位为m/s)  

·变位检测型(基本单位为m)  

其中,加速度检测型和速度检测型是固定在振动物体上使用的,变位检测型为非接触式,在使用时无需安装在振动物体上。  

从频率上说,加速度检测型主要用于中频到高频范围,速度检测型主要用于中频,变位检测型主要用于直流到低频范围。一般来说,加速度检测型应用得最为广泛。

2、基本原理和特点  

振动传感器利用的是压电效应,内置于振动传感器中的陶瓷压电器件,在受到外力作用时会发生机械性形变,并产生同形变相应的电荷,由压电器件两端取出的电荷,同所施加的外力成正比。  

这种传感器体积小、重量轻,而且往往耐用。由于压电器件使用的是陶瓷材料,振动传感器的工作温度范围广,而且精度比较高。压电式加速度检测型振动传感器,在几赫到几十千赫的频率范围内,检测量程可以达到0.1G(1G=9.8m/s2)~100G,不仅适用于一般的冲击或振动检测,也适用于恶劣条件下的检测或控制作业。[4]

3、基本应用

在生产现场,用户为了提高设备开工率,需要进行TPM(综合生产力维护)作业,为了提高生产效率,需要实现FA(工厂自动化)作业。这两种作业,都需要与之相应的振动传感器。为此,新开发出用于TPM作业和用于FA作业的两种压电式振动传感器,由于振动传感器的输出信号很微弱,需要加以放大,所以,振动传感器由传感单元和控制单元(包括放大器)构成。用于TPM作业的振动传感器,其传感单元备有保护结构,可以用螺钉固定于被测振动物体上,也可以利用磁铁吸附于被测振动物体上。其控制单元备有五种波形处理模式,对于异常振动的判断准确度相当高;备有十档振动等级显示,可以进行细微的设定。另外还配有监视器输出端子,以便于对振动波进行观测。用于FA作业的振动传感器,其传感单元端都新增加有可伸缩能力,只需将传感单元接触被测振动物体,就可以进行测试。其控制单元具有以往传感器所没有的功能——振动自动调谐功能和振动波形的学习功能;检测时可以利用振动波形的特征量进行判断,无需进行烦琐的人工设定。

五、GPS/GSM车辆监控系统

GPS/GSM车辆监控系统的车载台由GPS、GSM模块和CPU控制系统三部分组成详见图3所示。由于车载台是直接面向用户的,必须要求体积小、功耗低而且性能价格比要高,因而使用TC35成为该系统的最佳选择。CPU采用高性能8位机87C58,GPS模块采用MotorolaM12oncore,它是Motorola新一代GPS接收机,它支持NMEA0183和摩托罗拉二进制两种格式,可同时跟踪12颗卫星,定位精度在无SA时小于25m,电源电压为275~3 2V且体积仅为400 mm×600 mm×10 0mm。GPS天线采用小型有源天线,重量小于40g。整个车载台结构紧凑,空间安排合理,即可以安装在车内,也可以安装在车外,价格适中,特别适合普通车辆使用。对于GSM移动台必须有一个用户识别模块(SIM),SIM卡上包含了所有的用户信息。个人识别码(PIN)可以防止SIM卡未经授权而使用,每当移动用户开机时,GSM系统先要自动鉴别用户的合法性,只有在系统认可之后,才为该移动用户提供服务。TC35使用外接式SIM卡,ZIF连接器上有6个引脚作为SIM卡的接口。在GPS/GSM车辆监控系统中,SIM卡同TC35是这样连接的:SIM卡上的CCRST、CCIO、CCCLK、CCVCC和CCGND通过SIM卡阅读器与TC35的同名端直接相连,CCIN悬空,而TC35上的CCIN通过一个3 3KΩ电阻与CCVCC相连。这种连接方式是由SIM卡阅读器决定的。[3]

监控原理

(1)全球定位系统

是随着现代航天及无线电通讯科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的由24颗人造卫星组成的卫星网(即所谓“天网”)向地球不断发射定位及时间信号。这24颗卫星分布在互成60°角的6个轨道面上,每两个轨道之间倾角为55°,每个轨道面上有4颗卫星。因而它能够向地球上的任何一个GPS接收机全天侯提供高精度的三维坐标、速度、时间等信息,并有良好的抗干扰和保密性能。GPS定位是根据到达时间(TOA)测距原理。从卫星发射信号到达GPS接收机所需的时间间隔乘以信号的传播速度,可以得到卫星到GPS接收机的距离。根据空间两点间距离公式, GPS接收机从3颗已知位置的卫星接收信号就可以确定自身的位置。但由于卫星和接收机间的时钟偏差、传播时延和其它误差,所测出的不是实际距离,而是伪距。卫星钟与GPS接收机的时钟不同步,要考虑它们之间的钟差。所以要确定一个GPS接收机的位置,至少要同时观测到4颗卫星的数据。GPS定位精度在SA开放时是100m以内(95%概率), SA关闭时是25m以内(95%概率)。为了消除各种公共误差(如卫星钟误差、电离层误差、对流层误差以及不能由用户测量或由校正模型来计算的传播时延误差等),可以采取差分技术。多数GPS接收机都有差分GPS数据的接口,可以方便的接收差分GPS数据。2000年5月1日,美国政府已经取消了SA政策,这样无需差分就可获得较好的定位效果。

(2)GSM短消息业务:在GSM移动通信系统的各项业务中,短消息业务是GSM系统提供给用户的一种有别于语音传输的通讯业务。它利用信令信道(SDCCH用户正常时或SACCH用户忙时)传输,是GSM通信网所特有的,它不用拨号建立连接,直接把要发的信息加上目的地址发送到短消息服务中心,由短消息服务中心再发送给最终的信宿,短消息的收发不影响通话;短消息业务可以使网络端知道被叫方是否已经收到短消息,如果传送失败,被叫方没有回答确切消息,网络一侧会保留所传的消息,一旦网络发现被叫方能被叫通时,消息能被重发以确保被叫方能收到。短消息业务主要包括点到点短消息业务与小区广播短消息业务。点到点短消息业务即通过MO(MS发起短消息业务)和MT(MS终止短消息业务)将一条短消息从一个实体发送到指定目的地址的业务。编码后单条短消息最大长度为140个字节,可以承载160个英文字符或70个汉字。小区广播短消息业务即通过基站(BSC)向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。编码后每页消息长度为82个字节,最大页数为15页。短消息业务的优点在于其无需建立连接,服务费用低,因此基于GSM模块的应用一般都使用短消息业务。

(3)监控原理:在GPS/GSM车辆监控系统中,车载台通过GPS模块获取移动车辆的位置信息,当它捕获4颗以上的GPS卫星后就可以实时地确定车辆的位置信息,包括:经纬度、速度、方向等,然后单片机控制系统把这些位置信息打包成GSM的短消息内容,再通过车载台上的TC35无线调制解调器将这些信息包通过GSM移动通信网传送到监控中心,监控中心接收到这个信息包,从中提取出被监控车辆的具体位置信息,最后显示在监控中心的电子地图上;同样TC35无线调制解调器也可以将监控中心的命令传送到移动的车载台上。通过上述方式,完成车辆的监控调度功能。

报警的实现在GPS/GSM车辆监控系统中,支持多种终端报警触发方式:传感器自动触发、手动按键触发和防盗遥控触发,无论是通过哪一种,一旦触发车载台应该迅速将有关信息(位置、时间、警情等)发送到监控中心,监控中心在收到报警信息后,迅速把相应处理命令发送到车载台。整个过程要求在很短的时间(10s左右)内完成。根据理论分析,短消息传送时间:上行(车载台→GSM基站→GSM交换机→短消息服务中心→监控中心)小于15s,下行(监控中心→短消息服务中心→GSM交换机→GSM基站→车载台)小于5s。但是在实际运行中,随着短消息用户的增多,有些地方的短消息服务中心没有及时扩容,这就造成短消息的实际传送时间有时候远远大于理论分析值。因而不能很好满足报警需要。为此我们又增加了一种报警模式——话音方式,当报警功能触发后,车载台将报警信息转换成语音信号通过话音业务信道发送出去,监控中心收到后再恢复为原来的报警信号,随后监控中心采用相同的方法将处理命令发送到车载台。这样整个监控系统支持两种报警方式,在短消息业务效果好的地区采用短消息方式,在短消息业务效果不太好的地区采用话音方式。从而大大提高了监控系统的可靠性。[6]

参考文献

[1]李朋兰.汽车防盗技术及其发展动向[J].汽车与车辆,2002(3).

[2]颜赠品.突飞猛进的汽车防盗新技术[J].汽车运用,1996(1) .

[3]李鸿.用单片机控制手记首发短信息

[EB/OL].http://www.21ic.com/new info/news/file/news/20030108144845.asp2003.1.8 

[4]DWB电子产品世界[J],1998年6月

[5]李卫.高频稳度无线电遥控电路的设计[J].黄石高等专科学校学报第18卷第2 ,2002

6

[6]赵长奎,GSM数字移动通信应用系统[M].北京:国防工业出版社,2001.

 

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