一種基于物聯(lián)網(wǎng)的摩托車報(bào)警器設(shè)計(jì)

舒景東 劉 龍

（武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072）

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的摩托車報(bào)警器設(shè)計(jì)

舒景東 劉 龍

（武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072）

本文主要設(shè)計(jì)了一種以超低功耗單片機(jī)MSP430G2855為控制芯片的摩托車報(bào)警器，通過云服務(wù)器、手機(jī)APP和報(bào)警器中的GPRS模塊構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)。振動(dòng)傳感器和超聲波傳感器協(xié)同工作，振動(dòng)傳感器未檢測到信號(hào)時(shí)，超聲波傳感器不工作，降低了功耗，同時(shí)，超聲波傳感器用于判別是否有人靠近，降低了誤報(bào)的概率。基于物聯(lián)網(wǎng)，用戶通過手機(jī)APP可實(shí)現(xiàn)對(duì)于誤報(bào)情況的處理，以及對(duì)于被盜摩托車的追蹤。

摩托車；報(bào)警器；物聯(lián)網(wǎng)；MSP430G2855；GPRS

1 引言

摩托車與汽車相比，安全性和防盜性都不及汽車，目前摩托車報(bào)警器存在的一些問題是：一些摩托車報(bào)警器只采用振動(dòng)傳感器且靈敏度高，有誤報(bào)警現(xiàn)象，且當(dāng)用戶聽不到報(bào)警聲時(shí)，無法解除報(bào)警，導(dǎo)致噪聲擾民；另外一些報(bào)警器無定位功能，導(dǎo)致用戶無法追蹤被盜的摩托車；還有一些報(bào)警器只采用摩托車蓄電池供電，在電線被竊賊剪斷后，報(bào)警器失去供電，無法繼續(xù)工作。本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的摩托車報(bào)警器誤報(bào)警率低，具有定位功能，供電工作可靠。

2 總體設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的摩托車防盜報(bào)警器，包括電源模塊、控制模塊、無線通信模塊、報(bào)警模塊、定位模塊、振動(dòng)傳感器和超聲波傳感器。電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)供電，且在正常工作時(shí)使用摩托車蓄電池供電，一旦檢測到連接蓄電池的線路毀壞，啟動(dòng)備用電池。無線通信模塊、報(bào)警模塊、定位模塊、振動(dòng)傳感器和超聲波傳感器都連接到控制模塊。報(bào)警器通過無線通信模塊與云端服務(wù)器建立聯(lián)系，云端服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)與用戶手機(jī)APP建立聯(lián)系。報(bào)警器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 報(bào)警器結(jié)構(gòu)示意圖

3 主要硬件設(shè)計(jì)

3.1 控制模塊

控制模塊用于處理振動(dòng)傳感器和超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)，同時(shí)控制無線通信模塊、報(bào)警模塊和定位模塊。目前智能電子設(shè)備中常用的控制器為單片機(jī)，而MSP430單片機(jī)相比Arduino單片機(jī)使用更為靈活，開發(fā)文檔資料豐富，外圍電路較為簡單，可提高開發(fā)速度[1]。本設(shè)計(jì)采用MSP430G2855，屬于RISC體系，支持的時(shí)鐘模式主要有：高達(dá)16MHz的內(nèi)部時(shí)鐘，內(nèi)部超低功率低頻振蕩器（LF），32kHz晶振，16MHz的高頻晶振，外部數(shù)字時(shí)鐘源；還具有兩個(gè)16位TimerA定時(shí)器，一個(gè)16位Timer B定時(shí)器，支持自動(dòng)波特率檢測的UART、SPI通信，具有一個(gè)10位200ksps的片內(nèi)AD。

3.2 無線通信模塊

由于需要報(bào)警器和用戶手機(jī)建立聯(lián)系，可以采用的方式有GPRS和Wi-Fi通信，但是摩托車擺放的地方不一定總有Wi-Fi覆蓋，所以本設(shè)計(jì)無線通信模塊采用GPRS通信方式[2]。采用的GPRS模塊為USR-GM3，提供UART接口和單片機(jī)進(jìn)行通信，具有AT指令模式、HTTPD Client、網(wǎng)絡(luò)透傳模式和短信透傳模式這4種工作模式，其串口提供硬件流控（RTS/CTS）的支持，波特率最高達(dá)921600bps，還可以動(dòng)態(tài)改變串口波特率，并且可進(jìn)入低功耗模式，使用AT指令，通過外部GPIO和電話短信等喚醒。此GPRS模塊還可以接入透傳云，透傳云支持部署到私有服務(wù)器，可配置為本報(bào)警器所需云端服務(wù)器。

3.3 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊采用Contek TDA2030A高保真音頻放大器，RL為功率4W的揚(yáng)聲器，Vs連接到摩托車電瓶，Vi為控制器傳輸過來的音頻信號(hào)。報(bào)警模塊可以播放用戶從手機(jī)APP輸入的語音，芯片外圍電路圖如圖2所示。

圖2 報(bào)警模塊電路圖

3.4 定位模塊

目前有四大定位系統(tǒng)：GPS，北斗，GLONASS，Galileo，目前在我國北斗系統(tǒng)比GPS定位精度更高[3]，但是由于北斗正在建設(shè)中，北斗協(xié)同GPS定位具有更高的定位精度[4]，本設(shè)計(jì)定位模塊采用的導(dǎo)航模塊為UM220-III NL，為BDS/GPS雙模定位模塊，結(jié)合了GPS和北斗定位的優(yōu)勢，開闊場地定位精度為2.5 m CEP，測速精度為0.1m/s，具有兩個(gè)UART串口，一個(gè)為主串口，默認(rèn)波特率為9600kbps，支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸和固件升級(jí)，另外一個(gè)串口僅支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸，整個(gè)模塊功耗較低，典型值為120mW。

3.5 振動(dòng)傳感器

振動(dòng)傳感器采用MVS0608.02，為全指向式的振動(dòng)傳感器，傳感器中微形小球連接兩個(gè)金屬觸點(diǎn)，感受到振動(dòng)時(shí)，傳感器中的微球移動(dòng)，傳感器開始工作，從平時(shí)的高阻狀態(tài)變?yōu)榈妥锠顟B(tài)，而無振動(dòng)時(shí)，傳感器電阻高于30兆歐，幾乎無電流流過，功耗可忽略不計(jì)，且工作時(shí)電流也低至0.2μA，功耗極??；傳感器供電電壓范圍廣，從1.8V到15V均可使其工作，其導(dǎo)通電阻小于100歐姆。

3.6 超聲波傳感器

超聲波傳感器有兩個(gè)測距模塊，分別安裝在摩托車兩側(cè)。本設(shè)計(jì)采用HC-SR04超聲波模塊，測距精度可以達(dá)到3mm，模塊由超聲波發(fā)射器、接收器、控制電路組成，一個(gè)IO口用于觸發(fā)測距，如果接收器接收到返回的超聲波信號(hào)，則另外一個(gè)IO口輸出高電平，其持續(xù)時(shí)間為超聲波發(fā)射到傳

4 物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建及報(bào)警器工作過程

如圖3所示，報(bào)警器通過無線通信模塊的GPRS通信方式與云端服務(wù)器相互傳遞信息，云端服務(wù)器與用戶手機(jī)APP間通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞信息，比如手機(jī)可以使用數(shù)據(jù)流量或者Wi-Fi的方式與云端服務(wù)器通信[6]。

圖3 系統(tǒng)框圖

摩托車停車，用戶上鎖后，控制模塊啟動(dòng)一次超聲波模塊，獲取車輛兩側(cè)障礙物距離信息，然后關(guān)閉超聲波傳感器，啟用振動(dòng)傳感器。當(dāng)振動(dòng)傳感器采集到摩托車車體振動(dòng)信號(hào)后發(fā)送給控制模塊，控制模塊啟動(dòng)超聲波模塊檢測車輛兩側(cè)的障礙物距離，若發(fā)現(xiàn)障礙物距離小于停車后首次測量的障礙物距離，則啟動(dòng)報(bào)警模塊和定位模塊，同時(shí)通過無線通信模塊將報(bào)警信息和摩托車位置信息傳遞到云端服務(wù)器，進(jìn)而傳遞到用戶手機(jī)APP，如果發(fā)現(xiàn)障礙物距離和首次測量的一致，則不發(fā)出報(bào)警信號(hào)。用戶可通過手機(jī)APP輸入語音并在報(bào)警模塊播放出來，若用戶判斷報(bào)警器是誤報(bào)警，還可通過手機(jī)APP發(fā)送關(guān)閉報(bào)警模塊的指令，經(jīng)過云端服務(wù)器，再經(jīng)過報(bào)警器的無線通信模塊到達(dá)控制模塊，從而使報(bào)警模塊停止工作。

5 結(jié)語

本文論述的基于物聯(lián)網(wǎng)的摩托車報(bào)警器，以MSP430單片機(jī)為控制芯片的控制模塊通過振動(dòng)傳感器和超聲波傳感器采集到的數(shù)據(jù)判斷是否需要報(bào)警，超聲波傳感器僅在停車后啟動(dòng)一次，再次啟動(dòng)將由振動(dòng)傳感器的信號(hào)觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了超聲波傳感器的低功耗。同時(shí)用戶可通過手機(jī)APP關(guān)閉報(bào)警模塊，減少了誤報(bào)警的概率。用戶可通過APP喊話，語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀?bào)警器通過報(bào)警模塊播放出來，增強(qiáng)了對(duì)竊賊的威懾。用戶還可通過定位模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)摩托車的追蹤，提升了防盜效果。

[1]陳秘，許凱華，劉玉華，等．基于MSP430F149的車載監(jiān)控終端系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2008(17)：4398-4400．

[2]趙繼春．基于GPRS無線智能家居安防系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]．邯鄲：河北工程大學(xué)，2007．

[3]施闖，趙齊樂，李敏，等．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精密定軌與定位研究[J]．中國科學(xué)：地球科學(xué)，2012(06)：854-861．

[4]吳甜甜，張?jiān)?，劉永明，等．北?GPS組合定位方法[J]．遙感學(xué)報(bào)，2014(05)：1087-1097．

[5]陳疆．基于超聲波傳感器的障礙物判別系統(tǒng)研究[D]．咸陽：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2005．

[6]陳興龍，陶士慶，孫靜，等．基于APP技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用[J]．機(jī)械工程師，2015(12)：77-78．

【 Abstract】 This paper mainly discusses on the design of the motorcycle alarm with an ultra-low power single-chip MSP430G2855 for the control chip.The Internet of things is built through cloud server,mobile phone APP,and the GPRS module of alarm.With cooperative work of vibration sensor and ultrasonic sensor,the ultrasonic sensor doesn’t work to reduce power consumption if the vibration sensor detects no signal.At the same time,ultrasonic sensor is used to distinguish whether someone is approaching,reducing the probability of false alarm.Based on the Internet of things,users can handle false alarm signal through mobile phoneAPP and track stolen motorcycles.

Design of the MotorcycleAlarm Based on the Internet of Things

Shu Jingdong Liu Long
(School of Electrical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,Hubei)

motorcycle;alarm;Internet of Things;MSP430G2855；GPRS

TP277

A

1008-6609(2017)07-0066-03

舒景東（1996-），男，湖南懷化人，本科在讀，研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)。