一種可無線報警的油箱電瓶防盜裝置的設計

吳力普,王文白,李 進,劉守叢,劉恒宇

（北方工業大學 機電工程學院，北京 100144）

長期以來，以車輛為目標的盜竊案件時有發生。由于家用中小型車結構較為封閉，關鍵位置(如油箱、后備箱)都有車鎖保護，且主要停放在監控嚴格的停車場，因此被盜風險并不大。相比較而言，大型車輛(尤其是長途貨運卡車)的油箱、電瓶等均為外置結構，其鎖止方式簡單，容易被破壞，隨著國內油價的持續上漲，逐漸成為不法分子的主要目標。

目前，主要的盜竊手段是在司機休息時間撬開油箱蓋，通過油泵在短時間內盜走整箱柴油，同時可一并拆卸盜取卡車電瓶，給司機造成嚴重的經濟損失。對此，市面上雖然已有部分產品，但大都由車輛自帶電瓶供電，且布設接線過于簡單[1-3]，一旦電瓶失電或被盜取，或接線被破壞則立即失靈。因此，一種能同時監控卡車油箱和電瓶并帶有一定防破解功能的防盜裝置對遏制此類盜竊案件有重大意義，具有相當大的研究和推廣價值。本文介紹的這種裝置已經制成樣機，經實驗證實能夠實現設計功能，并有較好的效果。

1 結構和功能介紹

該防盜裝置結構框圖如圖1所示。其報警功能實現的方式為：將油箱蓋檢測端布設在卡車油箱蓋上，主體部分放在卡車駕駛室內，接入卡車的電瓶輸入并將報警喇叭安放好。油箱蓋檢測端與主體部分通過有線連接，無線信號接收器由司機手持。一旦油箱蓋、卡車電瓶或者防盜裝置主體與油箱蓋檢測端的連接線出現異常，則該裝置立即報警。報警方式為報警喇叭間歇鳴響，且無線信號接收器間歇震動。下面分析該裝置具體結構。

1.1 油箱蓋檢測部分

油箱蓋檢測部分原理如圖2所示。當防盜裝置布設完成后，圖中的限位開關S1應壓緊在汽車油箱蓋上(有輔助機械結構幫助實現此功能)，由單片機某一引腳(圖中為PB0)輸出5 V電平，由另外兩個引腳（圖中為PA0、PA1)接收5 V電平和0。一旦油箱蓋有異常，限位開關必然會在短時間內彈開，于是PA0檢測到0，PA1檢測到5 V電平，單片機則輸出控制信號啟動報警。

單片機的輸入/輸出引腳都經過光電耦合器后再與后續電路連接，一方面可以有效地屏蔽外界干擾;另一方面可防止通過在圖 2中限位開關1、3端或 1、2端跨接大功率電源，燒毀單片機，進而破壞整個防盜裝置。一個檢測端帶有多個相互獨立的限位開關，程序設計為可任意選擇使用數個，這樣既能防止損壞，又能降低通過短接信號線破解該裝置的概率。

實際上，本防盜裝置理論上可以接入無限多個油箱蓋檢測端，圖2中以雙油箱蓋檢測端為例進行說明。按照圖中的接法，只要其中任何一個彈開，都會改變單片機檢測到的電平并觸發報警。在一定數量范圍內，連接線的總電阻對單片機的電平檢測沒有實質影響，如果需要接入更多的檢測端，可以按照這種方式無限制地接下去。

1.2 電瓶檢測部分

電瓶檢測部分原理如圖3所示。卡車電瓶總電壓為12 V或24 V，濾波后得到穩定的直流電壓，電阻限流后接入光電耦合器控制側，光電耦合器被控制側由單片機引腳始終檢測5 V電平。只要卡車電瓶稍有接觸不良，單片機PD3引腳將檢測到0，進而觸發報警動作。

輸入端與濾波電路之間接入整流橋2W10，電路中還串聯了整流二極管1N4001，使得不論電瓶如何接入，濾波電路上的電壓方向總是正確的。

1.3 無線信號發射與接收部分

本裝置通過無線信號的發射與否來啟動報警，因此不需要使用復雜的無線數據傳輸模塊或芯片。選擇不需要編程就能實現良好控制的PT2262和PT2272芯片，前者用于信號發射部分，后者用于信號接收部分。發射部分電路如圖4所示。

PT2262芯片的應用有很多成熟的電路方案可供選擇[4]。發射部分安裝在裝置主體上，由裝置主體供電。通電時發射無線信號，接收部分收到信號后報警；斷電時接收部分待機。圖4所示為一種常見的 PT2262芯片，Dout引腳為信號輸出，通過合適的模擬電路即可發射無線信號；OSC1和OSC2之間的電阻用于控制發射頻率，4.7 MΩ 的電阻對應 315 MHz；A0～A7為地址引腳，只要讓PT2262和PT2272對應地址引腳連接高電平、低電平或懸空的狀態相同，即可實現發射部分與接收部分的地址匹配。圖4中的SAW為聲表面波器件，代替模擬電路選頻，可以實現更好的發射效果；三極管Q2可以選用 8050，Q1可以選用射頻三極管2SC3357。

信號接收部分電路如圖5所示。接收部分通過模擬電路實現了超再生接收電路,與超外差接收電路相比，具有成本低、功耗低的特點，還能保證相當高的靈敏度。該電路雖然較為復雜，但器件都簡單常見。超再生接收電路也可以采用成品芯片(如 RF84、SYN450R等)制作，使用方法不再贅述。

圖5中PT2272芯片為一種常見的芯片[5]。Din引腳為數據輸入 (通過前端的模擬電路)；OSC1和 OSC2之間接820 kΩ電阻用于頻率選擇；A0～A7用于與 PT2262的地址匹配；VT引腳在PT2272接收到信號時會保持高電平，否則將保持低電平，可用作報警控制信號，這樣即可實現報警信號的無線傳輸。

1.4 報警輸出部分

報警輸出部分原理如圖6所示。單片機PA6與PC7引腳通過達林頓管陣列芯片ULN2003A增大輸出能力，控制報警喇叭和無線信號發射部分的驅動電壓。當油箱蓋或電瓶有異常，單片機能及時檢測到并立即通過PA6與PC7引腳輸出報警控制信號即可觸發報警。程序設計為使報警喇叭鳴響與無線信號發射交替進行，既不影響報警效果，又能有效控制功率，延長電池壽命。

2 程序設計與流程圖

程序整體結構如圖7所示。裝置上電后，單片機完成各管腳狀態和寄存器的初始化;然后調用撥碼開關子程序，該子程序流程圖如圖8所示，其功能是根據讀取的設置值確定是否開啟電瓶檢測功能以及獲得檢測端限位開關的使用情況，檢測結果將作為后續程序跳轉的標志；接下來進行定時器設置和中斷的初始化，完成后開中斷，單片機進入循環待機狀態。

單片機循環待機時運行的程序主要分為兩部分。第一部分功能為生成報警標志，流程如圖9所示。當單片機進入循環待機狀態后，首先檢測是否開啟電瓶檢測功能。如開啟該功能則先檢查電瓶狀態，單片機立即檢測指定引腳上的電平。若電瓶異常，將直接生成報警標志；如果電瓶正常或電瓶檢測功能未開啟，則程序轉為檢測油箱蓋狀態。單片機的某些引腳將輸出高電平，另有某些引腳有的將檢測到高低電平，全部匹配正確則視為油箱蓋正常，否則視為油箱蓋異常。異常時生成報警標志，正常則清空報警標志。

循環待機程序的第二部分功能為報警控制，流程如圖10所示。首先檢測報警標志，若已經生成則立即報警，此時即便立即將電瓶和油箱蓋檢測端均恢復為正常狀態，報警也不會停止。報警時報警喇叭鳴響和無線信號接收裝置震動將交替進行。如果報警時間已經足夠長，則繼續報警將沒有意義（犯罪分子已得手或已被制止），報警將自動停止。

為了實現操作上的簡易，設計了一個多功能按鍵。在報警時若按鍵按下，則立即停止報警，同時指示燈常亮以表征報警狀態；該按鍵的另一個功能是測試報警范圍。當該裝置布設完畢且正常時，如果按下按鍵將啟動報警，松開按鍵將停止報警，恢復正常狀態，該功能可有效幫助司機測試報警信號傳輸范圍，特別是無線信號的覆蓋范圍。

3 裝置的防破解設計

圖7 程序整體結構流程圖

圖8 撥碼開關子程序流程圖

圖9 報警標志生成流程圖

該裝置的設計使得其破解難度較高。裝置主體在車內，車外只有檢測端和引線。檢測端與油箱通過機械方式連接后，如果摘下檢測端露出油箱蓋，必然會使限位開關彈開并觸發報警；而如果剪斷引線，單片機也會因為檢測不到正確的電平而觸發報警。唯一可以采取的破解方法是剖開引線外皮，將9根線正確配對并短接。由于9根線分組配對的多種選擇使得能夠在不觸發報警的前提下一次性成功的概率極低，有效地防止了破解。

圖10 報警控制流程圖

本防盜裝置具有功能實用且可擴展、結構簡單、可靠性高、破解難度大的特點，能有效地對犯罪分子實施的多種盜竊行為進行報警，實驗證實報警效果顯著。同時，作為一種安防類產品，其設計思想和防破解原理可以簡單地應用在其他有類似要求的產品上，具有很強的實用性和推廣價值。

[1]翁禹.汽車油箱防盜報警器:中國，20092001 1015.2[P].2010-01-27.

[2]袁智林，袁畤鏵.汽車油箱防盜報警器：中國，201120248354.X[P].2011-07-05.

[3]張光品.摩托車防盜與防盜器[J].摩托車，2006(09)：58.

[4]Princeton Technology Corp.PT2262 remote control encoder[EB/OL].[2012-09-20]http://www.princeton.com.tw/Portals/0/Product/PT2262_5.pdf.

[5]Princeton Technology Corp.PT2272 remote control decoder[EB/OL].[2012-09-25]http://www.princeton.com.tw/Portals/0/Product/PT2272_2.pdf.