摘 要： 為減少大型車輛燃料電瓶被盜，采用單片機(jī)控制編碼芯片進(jìn)行幅度鍵控并與解碼芯片通信的方式，設(shè)計(jì)了一種可無(wú)線報(bào)警的油箱電瓶防盜裝置，介紹了其硬件電路、程序和防破解設(shè)計(jì)。該裝置樣機(jī)經(jīng)過(guò)檢測(cè)，效果良好，具有較強(qiáng)的使用性和推廣價(jià)值。
關(guān)鍵詞： 油箱檢測(cè)；電瓶檢測(cè)； 無(wú)線報(bào)警；防盜裝置
長(zhǎng)期以來(lái)，以車輛為目標(biāo)的盜竊案件時(shí)有發(fā)生。由于家用中小型車結(jié)構(gòu)較為封閉，關(guān)鍵位置(如油箱、后備箱)都有車鎖保護(hù)，且主要停放在監(jiān)控嚴(yán)格的停車場(chǎng)，因此被盜風(fēng)險(xiǎn)并不大。相比較而言，大型車輛(尤其是長(zhǎng)途貨運(yùn)卡車)的油箱、電瓶等均為外置結(jié)構(gòu)，其鎖止方式簡(jiǎn)單，容易被破壞，隨著國(guó)內(nèi)油價(jià)的持續(xù)上漲，逐漸成為不法分子的主要目標(biāo)。
目前，主要的盜竊手段是在司機(jī)休息時(shí)間撬開(kāi)油箱蓋，通過(guò)油泵在短時(shí)間內(nèi)盜走整箱柴油，同時(shí)可一并拆卸盜取卡車電瓶，給司機(jī)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)此，市面上雖然已有部分產(chǎn)品，但大都由車輛自帶電瓶供電，且布設(shè)接線過(guò)于簡(jiǎn)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(shí)監(jiān)控卡車油箱和電瓶并帶有一定防破解功能的防盜裝置對(duì)遏制此類盜竊案件有重大意義，具有相當(dāng)大的研究和推廣價(jià)值。本文介紹的這種裝置已經(jīng)制成樣機(jī)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)功能，并有較好的效果。
1 結(jié)構(gòu)和功能介紹
該防盜裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)的方式為：將油箱蓋檢測(cè)端布設(shè)在卡車油箱蓋上，主體部分放在卡車駕駛室內(nèi)，接入卡車的電瓶輸入并將報(bào)警喇叭安放好。油箱蓋檢測(cè)端與主體部分通過(guò)有線連接，無(wú)線信號(hào)接收器由司機(jī)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(cè)端的連接線出現(xiàn)異常，則該裝置立即報(bào)警。報(bào)警方式為報(bào)警喇叭間歇鳴響，且無(wú)線信號(hào)接收器間歇震動(dòng)。下面分析該裝置具體結(jié)構(gòu)。
1.1 油箱蓋檢測(cè)部分
油箱蓋檢測(cè)部分原理如圖2所示。當(dāng)防盜裝置布設(shè)完成后，圖中的限位開(kāi)關(guān)S1應(yīng)壓緊在汽車油箱蓋上(有輔助機(jī)械結(jié)構(gòu)幫助實(shí)現(xiàn)此功能)，由單片機(jī)某一引腳(圖中為PB0)輸出5 V電平，由另外兩個(gè)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(kāi)關(guān)必然會(huì)在短時(shí)間內(nèi)彈開(kāi)，于是PA0檢測(cè)到0， PA1檢測(cè)到5 V電平，單片機(jī)則輸出控制信號(hào)啟動(dòng)報(bào)警。
單片機(jī)的輸入/輸出引腳都經(jīng)過(guò)光電耦合器后再與后續(xù)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(guò)在圖2中限位開(kāi)關(guān)1、3端或1、2端跨接大功率電源，燒毀單片機(jī)，進(jìn)而破壞整個(gè)防盜裝置。一個(gè)檢測(cè)端帶有多個(gè)相互獨(dú)立的限位開(kāi)關(guān)，程序設(shè)計(jì)為可任意選擇使用數(shù)個(gè)，這樣既能防止損壞，又能降低通過(guò)短接信號(hào)線破解該裝置的概率。
實(shí)際上，本防盜裝置理論上可以接入無(wú)限多個(gè)油箱蓋檢測(cè)端，圖2中以雙油箱蓋檢測(cè)端為例進(jìn)行說(shuō)明。按照?qǐng)D中的接法，只要其中任何一個(gè)彈開(kāi)，都會(huì)改變單片機(jī)檢測(cè)到的電平并觸發(fā)報(bào)警。在一定數(shù)量范圍內(nèi)，連接線的總電阻對(duì)單片機(jī)的電平檢測(cè)沒(méi)有實(shí)質(zhì)影響，如果需要接入更多的檢測(cè)端，可以按照這種方式無(wú)限制地接下去。
1.2 電瓶檢測(cè)部分
電瓶檢測(cè)部分原理如圖3所示?？ㄜ囯娖靠傠妷簽?2 V或24 V，濾波后得到穩(wěn)定的直流電壓，電阻限流后接入光電耦合器控制側(cè)，光電耦合器被控制側(cè)由單片機(jī)引腳始終檢測(cè)5 V電平。只要卡車電瓶稍有接觸不良，單片機(jī)PD3引腳將檢測(cè)到0，進(jìn)而觸發(fā)報(bào)警動(dòng)作。
輸入端與濾波電路之間接入整流橋2W10，電路中還串聯(lián)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(wú)線信號(hào)發(fā)射與接收部分
本裝置通過(guò)無(wú)線信號(hào)的發(fā)射與否來(lái)啟動(dòng)報(bào)警，因此不需要使用復(fù)雜的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊或芯片。選擇不需要編程就能實(shí)現(xiàn)良好控制的PT2262和PT2272芯片，前者用于信號(hào)發(fā)射部分，后者用于信號(hào)接收部分。發(fā)射部分電路如圖4所示。
PT2262芯片的應(yīng)用有很多成熟的電路方案可供選擇[4]。發(fā)射部分安裝在裝置主體上，由裝置主體供電。通電時(shí)發(fā)射無(wú)線信號(hào)，接收部分收到信號(hào)后報(bào)警；斷電時(shí)接收部分待機(jī)。圖4所示為一種常見(jiàn)的PT2262芯片，Dout引腳為信號(hào)輸出，通過(guò)合適的模擬電路即可發(fā)射無(wú)線信號(hào)；OSC1和OSC2之間的電阻用于控制發(fā)射頻率，4.7 MΩ的電阻對(duì)應(yīng)315 MHz；A0~A7為地址引腳，只要讓PT2262和PT2272對(duì)應(yīng)地址引腳連接高電平、低電平或懸空的狀態(tài)相同，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)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(shí)現(xiàn)更好的發(fā)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(hào)接收部分電路如圖5所示。接收部分通過(guò)模擬電路實(shí)現(xiàn)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(diǎn)，還能保證相當(dāng)高的靈敏度。該電路雖然較為復(fù)雜，但器件都簡(jiǎn)單常見(jiàn)。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(jiàn)的芯片[5]。Din引腳為數(shù)據(jù)輸入(通過(guò)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(hào)時(shí)會(huì)保持高電平，否則將保持低電平，可用作報(bào)警控制信號(hào)，這樣即可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的無(wú)線傳輸。
1.4 報(bào)警輸出部分
報(bào)警輸出部分原理如圖6所示。單片機(jī)PA6與PC7引腳通過(guò)達(dá)林頓管陣列芯片ULN2003A增大輸出能力，控制報(bào)警喇叭和無(wú)線信號(hào)發(fā)射部分的驅(qū)動(dòng)電壓。當(dāng)油箱蓋或電瓶有異常，單片機(jī)能及時(shí)檢測(cè)到并立即通過(guò)PA6與PC7引腳輸出報(bào)警控制信號(hào)即可觸發(fā)報(bào)警。程序設(shè)計(jì)為使報(bào)警喇叭鳴響與無(wú)線信號(hào)發(fā)射交替進(jìn)行，既不影響報(bào)警效果，又能有效控制功率，延長(zhǎng)電池壽命。
2 程序設(shè)計(jì)與流程圖
程序整體結(jié)構(gòu)如圖7所示。裝置上電后，單片機(jī)完成各管腳狀態(tài)和寄存器的初始化;然后調(diào)用撥碼開(kāi)關(guān)子程序，該子程序流程圖如圖8所示，其功能是根據(jù)讀取的設(shè)置值確定是否開(kāi)啟電瓶檢測(cè)功能以及獲得檢測(cè)端限位開(kāi)關(guān)的使用情況，檢測(cè)結(jié)果將作為后續(xù)程序跳轉(zhuǎn)的標(biāo)志；接下來(lái)進(jìn)行定時(shí)器設(shè)置和中斷的初始化，完成后開(kāi)中斷，單片機(jī)進(jìn)入循環(huán)待機(jī)狀態(tài)。
單片機(jī)循環(huán)待機(jī)時(shí)運(yùn)行的程序主要分為兩部分。第一部分功能為生成報(bào)警標(biāo)志，流程如圖9所示。當(dāng)單片機(jī)進(jìn)入循環(huán)待機(jī)狀態(tài)后，首先檢測(cè)是否開(kāi)啟電瓶檢測(cè)功能。如開(kāi)啟該功能則先檢查電瓶狀態(tài)，單片機(jī)立即檢測(cè)指定引腳上的電平。若電瓶異常，將直接生成報(bào)警標(biāo)志；如果電瓶正常或電瓶檢測(cè)功能未開(kāi)啟，則程序轉(zhuǎn)為檢測(cè)油箱蓋狀態(tài)。單片機(jī)的某些引腳將輸出高電平，另有某些引腳有的將檢測(cè)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(shí)生成報(bào)警標(biāo)志，正常則清空?qǐng)?bào)警標(biāo)志。
循環(huán)待機(jī)程序的第二部分功能為報(bào)警控制，流程如圖10所示。首先檢測(cè)報(bào)警標(biāo)志，若已經(jīng)生成則立即報(bào)警，此時(shí)即便立即將電瓶和油箱蓋檢測(cè)端均恢復(fù)為正常狀態(tài)，報(bào)警也不會(huì)停止。報(bào)警時(shí)報(bào)警喇叭鳴響和無(wú)線信號(hào)接收裝置震動(dòng)將交替進(jìn)行。如果報(bào)警時(shí)間已經(jīng)足夠長(zhǎng)，則繼續(xù)報(bào)警將沒(méi)有意義（犯罪分子已得手或已被制止），報(bào)警將自動(dòng)停止。
為了實(shí)現(xiàn)操作上的簡(jiǎn)易，設(shè)計(jì)了一個(gè)多功能按鍵。在報(bào)警時(shí)若按鍵按下，則立即停止報(bào)警，同時(shí)指示燈常亮以表征報(bào)警狀態(tài)；該按鍵的另一個(gè)功能是測(cè)試報(bào)警范圍。當(dāng)該裝置布設(shè)完畢且正常時(shí)，如果按下按鍵將啟動(dòng)報(bào)警，松開(kāi)按鍵將停止報(bào)警，恢復(fù)正常狀態(tài)，該功能可有效幫助司機(jī)測(cè)試報(bào)警信號(hào)傳輸范圍，特別是無(wú)線信號(hào)的覆蓋范圍。
3 裝置的防破解設(shè)計(jì)
該裝置的設(shè)計(jì)使得其破解難度較高。裝置主體在車內(nèi)，車外只有檢測(cè)端和引線。檢測(cè)端與油箱通過(guò)機(jī)械方式連接后，如果摘下檢測(cè)端露出油箱蓋，必然會(huì)使限位開(kāi)關(guān)彈開(kāi)并觸發(fā)報(bào)警；而如果剪斷引線，單片機(jī)也會(huì)因?yàn)闄z測(cè)不到正確的電平而觸發(fā)報(bào)警。唯一可以采取的破解方法是剖開(kāi)引線外皮，將9根線正確配對(duì)并短接。由于9根線分組配對(duì)的多種選擇使得能夠在不觸發(fā)報(bào)警的前提下一次性成功的概率極低，有效地防止了破解。
本防盜裝置具有功能實(shí)用且可擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、破解難度大的特點(diǎn)，能有效地對(duì)犯罪分子實(shí)施的多種盜竊行為進(jìn)行報(bào)警，實(shí)驗(yàn)證實(shí)報(bào)警效果顯著。同時(shí)，作為一種安防類產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)思想和防破解原理可以簡(jiǎn)單地應(yīng)用在其他有類似要求的產(chǎn)品上，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。
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