基于震動傳感器和攝像頭的汽車防盜報警系統的研究與設計

雷源春 何建威

摘 要：隨著經濟快速發展，汽車的保有量越來越大，汽車的停車問題越來越嚴重，很多時候汽車停車后處于無人看守狀態。汽車車窗被砸、人為對車輛進行傷害事情時有發生，有竊賊砸碎車窗盜取車內財物，事發后失主報案也很難挽回經濟損失，本文針對這一事實，在車身安裝震動傳感器，當有人砸車時震動傳感器檢測的信息，經放大處理后加到微處理器，由中央處理器發出指令控制安裝在車身上的攝像頭進行拍照，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，電腦發出聲光報警信號加到車身的車燈和揚聲器，發出聲光報警，威懾不法分子。

關鍵詞：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是將汽車受到侵害的信息轉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轉換組成。模塊產生數字信息加到中央處理器CPU，CPU對輸入的信息進行分析處理，判斷汽車是否受到侵害。

信息采集硬件結構如圖1所示，其中包括震動傳感器及溫度補償電路，模擬信號調理電路，數據采集、數據處理電路，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，傳感器輸出信號經溫度補償、信號放大濾波后進入多通道同步ADC轉換成數字量，再由內嵌于數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）中的閥值算法處理得到相關汽車是否受到侵害參數，計算結果將由SPI（Serial Peripheral Interface）或SCI（Serial Communication Interface）輸出供攝像頭和聲光報警系統用。

2 震動傳感器及其補償電路

本系統選用的ICS3022型壓電式硅震動計，這種震動計的內部敏感單元由懸臂梁和檢驗質量塊組成，當感受到震動時懸臂梁會產生一定的形變，根據半導體的壓電效應，這種形變而變化會產生硅懸臂梁電勢的變化，通過檢測單元即可轉換成變化的電信號，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大，為了為提高系統的可靠性，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部電路可以等效成一個橋式電路，如圖2所示。輸入輸出關系式如下

理論上當傳感器在震動為0時R1·R3=R2·R4，這時電橋處于平衡狀態，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，補償的方法很簡單，調節電橋橋臂電阻值使R1·R3與R2·R4盡量相等，比如當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，無法調整，但可以通過在引腳間并接電阻或直接在引腳上串聯電阻的方法來改變R3、R4的電阻值。當溫度發生變化時，各橋臂電阻也會發生變化，設電阻R1～R4的溫度系數分別為T1，T2，T3，T4，相對于25oC變化的溫度為ΔT，公式（1.1）就呈現出如下形式

3 軟件延時檢測處理

由于汽車停放的環境比較復雜，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，如果報警系統啟動，會引起行人的反感，這樣也可能導致系統頻繁啟動，達不到預期的目的。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，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兩到三次，如果有人故意侵害汽車，如砸車，震動會延續幾秒時間或更長時間。連續檢測到三次震動信息，處理器確認有人故意侵害汽車，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，中央處理器經延時處理后確認汽車受到侵害，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境下，普通攝像頭的成像效果差，很難達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光二極管，輔助聚集，保證攝像質量。

（4）使紅外發光二極管只在夜晚工作，白天不工作。

5 視頻測試效果

6 結語

攝像頭通常固定在前排擋風玻璃位置，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，我們用接近開關可以判斷侵害者的位置，但攝像頭必須要自動旋轉到侵害者實施侵害的方位并進行視頻記錄。制作能360度自動旋轉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到位，就算判斷出方位，也不能對侵害者進行錄像。

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[9]Camera driver&V4L2驅動架構介紹.來源https：//blog.csdn.net/wh_19910525/article/details/18077971.

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

項目來源：廣州科技職業技術學院課題（項目編號2016ZR15）