汽車防盜監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)案例第1章防盜監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)1.1防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)利用多傳感器信息融合技術(shù)將汽車狀態(tài)信息進(jìn)行融合判斷，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短信通信。利用交互式的移動(dòng)通信，來(lái)達(dá)到汽車防盜報(bào)警的功能:如果發(fā)生盜車事件，本系統(tǒng)會(huì)及時(shí)的將現(xiàn)場(chǎng)的警情通過(guò)短信的發(fā)送給車主，使車主能及時(shí)的掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。車主可以發(fā)送預(yù)設(shè)好的指令短信給防盜系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，之后報(bào)警系統(tǒng)給車主發(fā)送操作結(jié)果等。從性價(jià)比和系統(tǒng)的實(shí)際功能要求的角度，本系統(tǒng)采用STM32F103芯片作為核心控制器來(lái)控制系統(tǒng)，利用其串口與移動(dòng)通信模塊進(jìn)行通信。當(dāng)各傳感器采集到相應(yīng)的警情信息后，經(jīng)由中央處理器在預(yù)處理后將警醒融合得出結(jié)論。經(jīng)由GSM網(wǎng)絡(luò)模塊將警情短消息發(fā)送至車主手機(jī)端。其中STM32單片機(jī)作為核心控制器，外圍電路有加速度傳感器模塊、振動(dòng)傳感器模塊、紅外傳感器模塊和執(zhí)行模塊等組成。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖1.2控制器電路設(shè)計(jì)中央處理器模塊接收來(lái)各個(gè)傳感器的信息后進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。根據(jù)不同等級(jí)的警報(bào)觸發(fā)不同的報(bào)警信號(hào)和執(zhí)行操作，并通過(guò)通信模塊將判定結(jié)果發(fā)送到車主手機(jī)。1.2.1STM32簡(jiǎn)介中央處理器作為整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)整個(gè)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理與數(shù)據(jù)通信，其他硬件電路全部圍繞中央處理器而進(jìn)行設(shè)計(jì)，其性能直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。在選擇中央處理器時(shí)要結(jié)合其性能表現(xiàn)、片內(nèi)資源、設(shè)計(jì)成本等因素，此外還有考慮其開發(fā)環(huán)境、技術(shù)支持以及開發(fā)周期等。本控制系統(tǒng)的中央處理器采用意法半導(dǎo)體(ST)公司的STM32F103VET6芯片，該芯片采用ARM公司的32位Cortex-M3內(nèi)核，是STM32F10x系列中的增強(qiáng)型系列，內(nèi)部集成有512KB的閃存以及64KB的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，主頻最高可達(dá)72MHz，且內(nèi)部集成單周期乘法和硬件除法，有休眠、停止和待機(jī)的三種低功耗模式，片內(nèi)外設(shè)極其豐富，包括3個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器、2個(gè)12位的D/A轉(zhuǎn)換器、11個(gè)定時(shí)器、支持13個(gè)通信接口等，且具有很好可靠性和抗干擾能力，并且具有高速數(shù)據(jù)處理能力，被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、建筑安防領(lǐng)域、家電應(yīng)用領(lǐng)域、消費(fèi)類產(chǎn)品領(lǐng)域等。1.2.2stm32最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)本小結(jié)設(shè)計(jì)基于STM32芯片的最小系統(tǒng)，其作為本汽車陰監(jiān)系統(tǒng)具他外圍電路的硬件基礎(chǔ)以及多傳感器信息融合的核心，包括電源電路，上電復(fù)位電路，通訊接口電路及外部程序存儲(chǔ)器拓展電路等。本最小系統(tǒng)采用STM32F103RBT6最為核心的中央處理器進(jìn)行搭建。STM32最小系統(tǒng)硬件如圖所示1.3傳感器電路模塊1.1.1人體紅外傳感器人體遠(yuǎn)紅外熱釋電傳感器放在汽車的前擋玻璃下面，用于檢測(cè)是否有人進(jìn)入到限定區(qū)域當(dāng)人進(jìn)入其感應(yīng)范圍則輸出高電平,人離開感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉高電平,輸出低電平。傳感器有兩種觸發(fā)模式:不可重復(fù)觸發(fā)模式和重復(fù)觸發(fā)模式,當(dāng)工作在不可重復(fù)模式時(shí),模塊感應(yīng)輸出高電平后,延時(shí)一段時(shí)間,輸出自動(dòng)從高電平跳變?yōu)榈碗娖?。?dāng)工作在重復(fù)觸發(fā)方式時(shí),感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)時(shí)間段內(nèi),如果有人在感應(yīng)范圍移動(dòng),輸出保持高電平,直到人離開,延時(shí)一段時(shí)間后高電平跳變?yōu)榈碗娖健８袘?yīng)模塊可以設(shè)置封鎖時(shí)間,在封鎖時(shí)間段,不接受任何感應(yīng)信號(hào)。此功能可有效抑制各種干擾。模塊靈敏度高,可靠性強(qiáng)。把模塊的輸出信號(hào)連接到單片機(jī)的IO口上,單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)高低電平,就可以判斷是否有人闖入。本系統(tǒng)采用的熱釋電人體紅外傳感器模塊配置的是德國(guó)進(jìn)口RE200B探頭，具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。熱釋電紅外傳感器用來(lái)對(duì)人體入侵進(jìn)行監(jiān)測(cè)。該傳感器采用熱釋電材料極化隨溫度變化的特性探測(cè)紅外輻射，采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制溫度變化產(chǎn)生的干擾，提高了傳感器的工作穩(wěn)定性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所采用的BISSO001熱釋電處理芯片，是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路。它是由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延時(shí)時(shí)間定時(shí)器、封鎖時(shí)間定時(shí)器及參考電壓構(gòu)成的數(shù)模混合專用集成電路。另外選用了NL-11型透鏡菲涅爾透鏡，不僅提高了靈敏度，而且將監(jiān)測(cè)區(qū)劃分為交替的“盲區(qū)”和“高靈敏區(qū)”，從而使得熱釋電紅外傳感器產(chǎn)生變化的電信號(hào)。設(shè)計(jì)電路如圖所示。在熱釋電紅外傳感器的工作原理圖中，IR-PEOPLE是菲涅爾透鏡，信號(hào)經(jīng)過(guò)BISS0001中的兩級(jí)放大器放大，并由其雙向鑒幅器，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs。當(dāng)有人體通過(guò)熱釋電紅外傳感器所監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)時(shí)，觸發(fā)信號(hào)Vs上跳邊沿觸發(fā)，控制信號(hào)輸出端BISSO001的2號(hào)引腳由低電平跳變到高電平，為有效觸發(fā)，觸發(fā)警報(bào)。引腳功能描述如下表引腳編號(hào)名稱I/O描述1AI可重復(fù)觸發(fā)和不可重復(fù)觸發(fā)選擇端。當(dāng)A為“1”時(shí)，允許重復(fù)觸發(fā);反之，不可重復(fù)觸發(fā)2VOO控制信號(hào)輸出端。由VS的上跳變沿觸發(fā)，使Vo輸出從低電平跳變到高電平時(shí)視為有效觸發(fā)。在輸出延遲時(shí)間Tx之外和無(wú)VS的上跳變時(shí)，Vo保持低電平狀態(tài)。3RR1輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端4RC1輸出延遲時(shí)間Tx的調(diào)節(jié)端5RC2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端6RR2觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti的調(diào)節(jié)端7VSS工作電源負(fù)端8VRFI參考電壓及復(fù)位輸入端。通常接VDD，當(dāng)接“0”時(shí)可使定時(shí)器復(fù)位9VCI觸發(fā)禁止端。當(dāng)Vc<VR時(shí)禁止觸發(fā);當(dāng)Vc>VR時(shí)允許觸發(fā)(VR～0.2VDD)10TB運(yùn)算放大器偏置電流設(shè)置端11VDD工作電源正端1220UTO第二級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端132IN-I第二級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端141IN+I第一級(jí)運(yùn)算放大器的同相輸入端151IN-I第一級(jí)運(yùn)算放大器的反相輸入端161OUTO第一級(jí)運(yùn)算放大器的輸出端1.1.2霍爾傳感器霍爾傳感器用來(lái)檢測(cè)車門是否被打開。系統(tǒng)選用開關(guān)型的霍爾傳感器A3144E。它采用數(shù)字信號(hào)輸出，在南、北磁極的作用下均能產(chǎn)生霍爾效應(yīng):磁極靠近時(shí)（車門未打開），開關(guān)打開，輸出電平為低電平;磁極遠(yuǎn)離時(shí)(車門被打開)，開關(guān)閉合，輸出電平為高電平。系統(tǒng)所采用的A3144ELT霍爾傳感器，它具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)速度快及精度高等優(yōu)點(diǎn)。它是由電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、史密特觸發(fā)器、溫度補(bǔ)償電路和集電極開路的輸出級(jí)組成的磁敏感應(yīng)電路。在霍爾器件組的設(shè)計(jì)中，將四個(gè)霍爾器件分別裝在汽車四個(gè)車門，分別將每個(gè)霍爾開關(guān)器件的信號(hào)輸出端接在中央處理器的四個(gè)輸入引腳上。單個(gè)霍爾傳感器電路如圖所示。在A3144ELT的輸入端靠近芯片的處，跨接一個(gè)電容為0.01uf的電容，可以減小外部隨機(jī)噪聲對(duì)傳感器的干擾;輸出端口與接地端間的電容可以為電平跳變時(shí)提供能量;電源引腳和輸出端口之間的電阻RI則是為了保護(hù)傳感器芯片。由于A3144E的功耗極低，最大工作電流小于3mA，可以由微處理器IO口直接驅(qū)動(dòng)，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出是一個(gè)數(shù)字電壓訊號(hào)。磁極靠近時(shí)，輸出為高電平;磁極遠(yuǎn)離時(shí)，輸出為低電平。1.1.3光幕墻模塊光幕墻模塊用于檢測(cè)是否有人破門而入,電路如圖所示。模塊放在汽車前排座位的兩側(cè),檢測(cè)非法開門。光幕墻模塊的一端安裝有多個(gè)紅外光電發(fā)射管,另一端相應(yīng)的有相同數(shù)量的紅外光電接收管。當(dāng)一對(duì)紅外發(fā)射管、紅外接收管之間沒(méi)有障礙物時(shí),紅外光電發(fā)射管發(fā)出的紅外光信號(hào)能順利到達(dá)紅外光電接收管。紅外光電接收管接收到紅外光信號(hào)后,輸出低電平;當(dāng)有障礙物時(shí),紅外光電發(fā)射管發(fā)出的紅外光信號(hào)不能到達(dá)紅外接收管,電路輸出為高電平。當(dāng)有人非法進(jìn)入汽車時(shí),光幕的光傳播路徑被切斷，光幕輸出端一定會(huì)有高電平。光幕墻模塊輸出端接口P2與單片機(jī)相連,通過(guò)單片機(jī)檢測(cè)P2接口的高低電平,就可以檢測(cè)到是否有人闖入。1.1.4加速度傳感器本課題采用了高精度傳感器mpu6050傳感器來(lái)作為傾角檢測(cè)模塊。它通過(guò)檢測(cè)器件在各個(gè)方向的形變情況而采樣得到受力數(shù)據(jù)，根據(jù)F=ma轉(zhuǎn)換，傳感器直接輸出加速度數(shù)據(jù)，因而被稱為加速度傳感器。由于地球存在重力場(chǎng)，所以重力在任何時(shí)刻都會(huì)作用于傳感器，當(dāng)傳感器靜止的時(shí)候(實(shí)際上加速度為0)，傳感器會(huì)在該方向檢測(cè)出加速度g，不能認(rèn)為重力方向測(cè)出的加速度為g，就表示傳感器在該方向作加速度為g的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)傳感器的姿態(tài)不同時(shí)，它在自身各個(gè)坐標(biāo)軸檢測(cè)到的重力加速度是不一樣的，利用各方向的測(cè)量結(jié)果，根據(jù)力的分解原理，可求出各個(gè)坐標(biāo)軸與重力之間的夾角。假設(shè)傳感器的X軸與水平面xy之間的夾角為α（稱為俯仰角，pitch），Y軸與水平面間的夾角為β（稱為滾轉(zhuǎn)角，roll），Z軸與重力方向夾角為γ。重力加速度在XYZ三個(gè)軸上的投影即為三個(gè)軸傳感器的讀數(shù)，因此可計(jì)算出：α=β=arcsin?(γ=其傳感器的特性參數(shù)如下其引腳功能說(shuō)明如下圖：傳感器具體接口電路如圖所示1.4GPS模塊設(shè)計(jì)ATGM332D是高靈敏度BDS/GPS雙模接收機(jī)模塊，支持GPS和BDS的單系統(tǒng)定位和雙系統(tǒng)聯(lián)合定位。ATGM332D基于本公司自主獨(dú)立研發(fā)的單芯片ATGS01，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。ATGM332D包含32個(gè)跟蹤通道，可以同時(shí)接收所有的GPS和BDS可見(jiàn)衛(wèi)星。ATGM332D可以直接替換U-bloxNEO-6/7等多款GPS模塊，主要接口信號(hào)Pin-Pin兼容，安裝孔一致。關(guān)鍵特性高靈敏度:-160dBm支持BDS、GPS的單系統(tǒng)定位和雙系統(tǒng)聯(lián)合定位低功耗:65mA內(nèi)置天線短路保護(hù)功能內(nèi)置天線檢測(cè)電路(客戶可選擇出廠時(shí)是否包含此功能)支持遠(yuǎn)程升級(jí)功能。支持A-GPS功能引腳功能描述如下表引腳編號(hào)名稱I/O描述1保留2保留3TIMEPULSEO秒脈沖輸出4保留5保留6保留7NC8RESET_NI模塊復(fù)位輸入，低電平有效9VCC_RFO輸出電源10GNDI接地11RFINI天線信號(hào)輸入12GNDI接地13GNDI接地14NC15NC16TXD2O輔助串口數(shù)據(jù)輸出，可用于代碼升級(jí)17RXD2I輔助串行數(shù)據(jù)輸入，可用于代碼升級(jí)18SDAI/OI2C數(shù)據(jù)接口19SCLO12C時(shí)鐘接口20TXD1O導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出21RXD1I交互命令輸入22VBATIRTC及SRAM后備電源23VCCI模塊電源輸入24GNDI接地1.5GSM模塊設(shè)計(jì)GSM模塊選用SIM800A模塊，SIM800A是一款兩頻GSM/GPRS模塊，為SMT封裝。其性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價(jià)比高，能滿足客戶的多種需求。SIM800A工作頻率為GSM/GPRS900/1800MHz，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS和數(shù)據(jù)信息的傳輸。SIM800A尺寸為24*24*3mm，能適用于各種緊湊型產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求。SIM800A可通過(guò)串口傳輸標(biāo)準(zhǔn)的AT命令對(duì)模塊進(jìn)行控制模塊和用戶的物理接口為68PIN的SMT焊盤，主要提供了以下硬件接口:一路全功能串口一路USB接口，便于用戶調(diào)試、下載軟件一路音頻接口,包含麥克風(fēng)輸入和受話器輸出一路SIM卡接口4*5鍵盤接口一路DISP接口一路12C接口可編程的通用輸入輸出接口(GPIO)兩路PWM一路ADC藍(lán)牙天線接口GSM天線接口SIM800A采用省電技術(shù)，在休眠模式下耗電流低至0.55mA。1.6執(zhí)行模塊設(shè)計(jì)本電路的功能是:當(dāng)車輛出現(xiàn)異常情況時(shí),用戶手機(jī)能夠發(fā)送短信讓車輛無(wú)法行駛，不能被盜，再加上GPS等定位的設(shè)備，大大加強(qiáng)了車輛的防盜性能根據(jù)車輛的供電系統(tǒng)的構(gòu)造，車輛的供電均是由汽車用蓄電池提供的，汽車的照明及其他用的設(shè)備都由蓄電池提供，此防盜報(bào)警系統(tǒng)的電源也從蓄電池直接取電。為了能夠在發(fā)現(xiàn)車被盜對(duì)車進(jìn)行有效的控制，當(dāng)模塊發(fā)出報(bào)警信息后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)利用繼電器關(guān)閉汽車的油路，以阻止盜走車?？刂菩旭傔^(guò)程中汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的停止，只需控制汽車電子噴射系統(tǒng)中的給其供電的電源就可以了，這樣繼電器就可以完成此項(xiàng)功能。在汽車電子嗩射裝置的電源上添加一常閉型的繼電器，通過(guò)控制繼電器就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電源的實(shí)時(shí)控制。達(dá)林頓陣列ULN2003A在汽車供油電路中得到了采用。由于ULN2003能夠耐高壓，是大電流驅(qū)動(dòng)型陣列，5V是它的工作電壓，有七個(gè)NPN達(dá)林頓管包含在內(nèi)，串聯(lián)每一個(gè)2.7KQ的基極電阻和每一對(duì)達(dá)林頓管，繼而連接于CMOS和TTL電路。能夠使得繼電器直接被驅(qū)動(dòng)，在很多控制電路之中都有使用，比如PLC、數(shù)字量輸出卡、單片機(jī)和智能儀表等。對(duì)ULN2003A芯片的控制可以利用單片機(jī)的PA14，假如隨單片機(jī)的控制信號(hào)的變化繼電器的吸和與斷開也能產(chǎn)生變化，那么供油電路的開閉的控制就可以利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),同時(shí)控制汽車停止以及對(duì)汽車防盜器的自鎖進(jìn)行掌控。當(dāng)在ULN2003A的"IN1"的引腳輸入高電平時(shí)候，輸出腳"OLTl"會(huì)輸出低電壓，加在繼電器線圈兩端的電壓分別為+12V和0，此時(shí)繼電器輸出會(huì)導(dǎo)通，使得點(diǎn)火電路.工作。當(dāng)在ULN2003A的"IN1"的引腳輸入低電平時(shí)候，輸出腳"OUTl"的電壓為12V，繼電器線圈兩端無(wú)壓差，即線圈無(wú)電流通過(guò)，就能夠讓功率繼電器線圈被關(guān)斷。在汽車上安裝電子防盜報(bào)警器能夠有威懾竊賊的作用。汽車沒(méi)有發(fā)生異常震動(dòng)、移動(dòng)等現(xiàn)象時(shí)，光耦不輸出信號(hào)，汽車?yán)葲](méi)有電流通過(guò)，不會(huì)發(fā)出報(bào)警;當(dāng)汽車發(fā)生異常震動(dòng)、移動(dòng)等現(xiàn)象時(shí)，光耦輸出信號(hào)，汽車?yán)劝l(fā)出報(bào)警聲音。汽車被盜狀態(tài)確認(rèn)之后光耦保持十秒警報(bào)信號(hào)。1.7本章小結(jié)本章從硬件電路設(shè)計(jì)出發(fā)，詳細(xì)介紹了STM32F103VETT6、加速度傳感器模塊、震動(dòng)傳感器模塊、人體紅外熱釋電傳感器模塊、霍爾傳感器模塊、光幕墻傳感器模塊、GPS模塊，GSM模塊及相關(guān)技術(shù)，并搭建了STM32單片機(jī)最小系統(tǒng)、GPS定位電路、GSM通信電路、傳感器檢測(cè)電路、穩(wěn)壓電路、聲光報(bào)警電路、打火、供油控制電路為系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)打好了硬件基礎(chǔ)。第2章防盜監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)2.1多傳感器融合算法多傳感器目標(biāo)識(shí)別是將各傳感器關(guān)于目標(biāo)屬性的不精確、不完全的信息進(jìn)行融合，產(chǎn)生較單一傳感器更精確的屬性估計(jì)。其中分為檢測(cè)數(shù)據(jù)的不確定性以及數(shù)據(jù)對(duì)最終結(jié)果影響的不確定性。在本系統(tǒng)中我們的識(shí)別目標(biāo)對(duì)象可以分為四種，車輛被盜，車輛受損，拖車搬運(yùn)，虛假異常。將識(shí)別框架定為車輛被盜，車輛受損，拖車搬運(yùn)，虛假異常。加速度傳感器判斷汽車是否被移動(dòng)、打砸，再送預(yù)處理單元計(jì)算出基本概率分配函數(shù)以供融合使用，紅外傳感器通過(guò)貼上一個(gè)濾光片可以識(shí)別靠近汽車的目標(biāo)人物，通過(guò)不同時(shí)刻的采樣可以判斷出目標(biāo)任務(wù)的停留時(shí)間，進(jìn)而把數(shù)據(jù)送預(yù)處理單元計(jì)算出基本概率分配函數(shù)以供融合使用;加速度傳感器可以對(duì)車體進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)其不同的特征提取，計(jì)算出相應(yīng)的傾角，再送預(yù)處理單元計(jì)算出基本概率分配函數(shù)以供融合使用;霍爾開關(guān)器件則對(duì)4個(gè)車門進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)霍爾開關(guān)在有個(gè)門打開的情況下即輸出高電平，4個(gè)霍爾器件的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)或門，連到stm32的一個(gè)I/O口，在預(yù)處理單元計(jì)算出相應(yīng)的基本概率分配函數(shù),光幕墻模塊對(duì)4個(gè)車窗進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)光幕墻模塊在玻璃破損，外物入侵的情況下即輸出高電平，4個(gè)光幕墻模塊的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)或門，連到stm32的一個(gè)I/O口，在預(yù)處理單元計(jì)算出相應(yīng)的基本概率分配函數(shù)。融合中心對(duì)5個(gè)傳感器的證據(jù)體用D-S證據(jù)理論進(jìn)行融合，最后根據(jù)判定規(guī)則判定目標(biāo)類型。下圖即是本系統(tǒng)的信息融合原理圖。加速度傳感器加速度傳感器震動(dòng)傳感器紅外傳感器霍爾傳感器光幕墻模塊預(yù)處理計(jì)算基本概率分配函數(shù)m1(A)D-S證據(jù)融合判決規(guī)則預(yù)處理計(jì)算基本概率分配函數(shù)m1(A)預(yù)處理計(jì)算基本概率分配函數(shù)m1(A)預(yù)處理計(jì)算基本概率分配函數(shù)m1(A)預(yù)處理計(jì)算基本概率分配函數(shù)m1(A)判決結(jié)果圖4-2系統(tǒng)信息融合模型從上圖可以看出，在預(yù)處理中計(jì)算命題的基本概率分配函數(shù)成了關(guān)鍵?；靖怕史峙浜瘮?shù)是人們對(duì)識(shí)別框架中的命題假設(shè)的可信程度的一種推測(cè)，是個(gè)人主觀的判斷，不同的人會(huì)有不同的基本概率分配方法，而且這種分配方法還受許多環(huán)境因素的左右。下面是本系統(tǒng)基本概率分配方法。設(shè)N為識(shí)別框架中的命題數(shù)(本文中為4，即車輛被盜，車輛受損，拖車搬運(yùn)，虛假異常),M為信息源個(gè)數(shù)(即傳感器的個(gè)數(shù),本文中為5),C,(O,)是傳感器i對(duì)命題O,的相關(guān)系數(shù)，例如，紅外傳感器得到的信息對(duì)于命題有危險(xiǎn)的目標(biāo)物體和無(wú)危險(xiǎn)的目標(biāo)物體就弱相關(guān);入是傳感器主的對(duì)環(huán)境加權(quán)系數(shù)，例如，人對(duì)一樣目標(biāo)進(jìn)行辨別，可以通過(guò)用眼睛看，用鼻子聞，用手摸等行為來(lái)實(shí)現(xiàn)，這時(shí)眼睛、鼻子和手可以看成是人的傳感器。就像傳感器不是在每個(gè)環(huán)境中都在敏感范圍內(nèi)，人也一樣，辨別東西時(shí)有時(shí)視覺(jué)模糊，可以通過(guò)聞和觸摸來(lái)判斷，這時(shí)，鼻子和手的環(huán)境加權(quán)系數(shù)要比眼睛高。其中相關(guān)系數(shù)和環(huán)境加權(quán)系數(shù)的值域都為[0，1]，且定義如下:αξiβR上式中，R表示傳感器i對(duì)所有命題的可靠性最大的一個(gè);α,表示傳感器i對(duì)所有命題的相關(guān)系數(shù)最大的一個(gè)。那么傳感器i對(duì)命題O，的基本概率分配函數(shù)為:m傳感器i的不確定性為:m從上面公式可以看出，基本概率分配在相當(dāng)程度與傳感器的可靠性，即傳感器在工作環(huán)境中的性能有關(guān)。傳感器都是電子敏感器件，會(huì)受環(huán)境因素的影響而影響可靠性，如果汽車停放在某個(gè)傳感器性能受影響的環(huán)境，那么這個(gè)傳感器的環(huán)境加權(quán)系數(shù)就應(yīng)該降低;環(huán)境除了影響環(huán)境加權(quán)系數(shù)外，還能影響命題相關(guān)系數(shù)，如果汽車停放在車水馬龍的鬧市區(qū)，那么微波傳感器和紅外傳感器對(duì)于判斷目標(biāo)是否對(duì)車有威脅的相關(guān)系數(shù)也應(yīng)該減小，車體的振動(dòng)、傾角和車門的開關(guān)與命題的相關(guān)系數(shù)應(yīng)該增大。因此，對(duì)于汽車的不同環(huán)境，其計(jì)算基本概率分配也不一樣，這可以通過(guò)針對(duì)不同的環(huán)境，設(shè)置相應(yīng)的相關(guān)系數(shù)和環(huán)境加權(quán)值來(lái)做到。這樣車主可以在停車環(huán)境改變的情況下，選用適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳝h(huán)境參數(shù)來(lái)計(jì)算基本概率分配，使D-S證據(jù)融合的結(jié)果更準(zhǔn)確。以下以5個(gè)傳感器經(jīng)預(yù)處理得出的證據(jù)，m1、m2、m3、m4、m5分別為加速度傳感器，震動(dòng)傳感器，紅外熱釋電傳感器，霍爾傳感器，光幕墻模塊對(duì)應(yīng)的基本概率分布，O1、02、03、04分別為車輛被盜，車輛受損，拖車搬運(yùn)，虛假異常。表由5種傳感器確定的證據(jù)證據(jù)命題O1O2O3O4Um10.10.10.60.10.1m20.210.220.210.210.15m30.50.10.10.20.1m40.30.30.10.10.2m50.30.30.10.150．15融合結(jié)果如下:D-S證據(jù)理論的融合結(jié)果證據(jù)命題O1O2O3O4Um1+m20.13410.13880.55770.13410.03535m1+m2+m30.33230.10600.38960.16020.0120m1+m2+m3+m40.42860.14290.29820.12430.0060m1+m2+m3+m4+m50.51900.17620.20040.10190.0024Bel0.51900.17620.20040.10191Pel1在判斷汽車是否處于安全的規(guī)則中，設(shè)定門限s=0.1，δ=0.01。在融合之后的表格中可以判斷出最終結(jié)果為01，即車輛被盜。從表格結(jié)果中還可以分析出，隨著證據(jù)數(shù)量的累計(jì)，也就是傳感器的種類越多，不確定性U的分布函數(shù)也在降低，融合五個(gè)傳感器后的不確定性降為0.0024，結(jié)果也朝著某一個(gè)方向集中，在門被打開的同時(shí)，熱釋傳感器也感應(yīng)到溫度，很有可能是有人進(jìn)入了車輛?？梢宰C明D-S的證據(jù)理論融合是一個(gè)能夠提高識(shí)別結(jié)果精度的算法，是一個(gè)可以使誤報(bào)警率的產(chǎn)生降低的辦法，是一個(gè)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的多傳感器信息處理的策略。1.2系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)車載防盜報(bào)警定位系統(tǒng)的軟件主要實(shí)現(xiàn)的功能是:監(jiān)測(cè)模塊檢測(cè)數(shù)據(jù)處理后，若判斷為處于危險(xiǎn)狀態(tài)，主控制器模塊控制響應(yīng)模塊啟動(dòng)，并通過(guò)串口接收GPS模塊的定位信息，處理后又通過(guò)串口發(fā)送到GSM模塊，由GSM模塊通過(guò)短消息的方式發(fā)送到用戶綁定的手機(jī)上。所以系統(tǒng)軟件主程序中包括系統(tǒng)的初始化、監(jiān)測(cè)模塊程序、GPS控制程序和GSM短消息通信程序，警情響應(yīng)模塊。主控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)各相關(guān)模塊進(jìn)行初始化、控制和管理。先對(duì)各模塊設(shè)備進(jìn)行初始化操作，開始檢測(cè)傳感器，對(duì)傳感器采樣，調(diào)用GSM模塊、調(diào)用GPS模塊和調(diào)用繼電器模塊。其中，GPS模塊和模塊。主程序流程圖如圖所示。1.3檢測(cè)模塊軟件設(shè)計(jì)傳感器模塊是系統(tǒng)防盜的重要環(huán)節(jié)，一開始設(shè)備初始化，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)防盜狀態(tài)后，處理器就不斷查詢傳感器的狀態(tài)，本系統(tǒng)接有五個(gè)傳感器，其中震動(dòng)傳感器，紅外熱釋電傳感器，霍爾傳感器，光幕墻模塊，當(dāng)有異?，F(xiàn)象時(shí)，傳感器輸出一個(gè)高電平，處理器檢查到高電平信號(hào)后就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。加速度傳感器輸出是一個(gè)數(shù)字量，通過(guò)判斷其測(cè)量的角度是否超過(guò)5，來(lái)判斷是否異常其軟件設(shè)計(jì)流程圖在加速度傳感器的模塊上復(fù)位電之后，初始化本模塊的其他配置，并且啟動(dòng)加速度傳感器，監(jiān)控汽車傾斜的狀態(tài)。如果車的傾角小于5℃，則進(jìn)入休眠的狀態(tài)，并且在一段時(shí)間的延時(shí)之后再進(jìn)行判定;當(dāng)車體的傾角大于5℃，就進(jìn)入正常的監(jiān)控模式，開啟其他傳感器，進(jìn)行信號(hào)的采集、處理再傳輸?shù)街醒胩幚砥鬟M(jìn)行融合處理，然后再經(jīng)過(guò)休眠延時(shí)一段時(shí)間，回到又一次監(jiān)測(cè)的狀態(tài)。intmain(void){shortAccel[3];shortGyro[3];floatTemp;//初始化systickSysTick_Init();SysTick->CTRL|=SysTick_CTRL_ENABLE_Msk;/*串口1通信初始化*/USART_Config();//I2C初始化i2c_GPIO_Config();//MPU6050初始化MPU6050_Init();//檢測(cè)MPU6050if(MPU6050ReadID()==1){while(1){if(Task_Delay[0]==TASK_ENABLE){LED2_TOGGLE;Task_Delay[0]=1000;}if(Task_Delay[1]==0){MPU6050ReadAcc(Accel);MPU6050ReadGyro(Gyro);MPU6050_ReturnTemp(&Temp);#ifdefUSE_LCD_DISPLAY{charcStr[70];ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(7),"Acceleration");sprintf(cStr,"%8d%8d%8d",Accel[0],Accel[1],Accel[2]);//加速度原始數(shù)據(jù)ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(8),cStr);ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(11),"Gyro:");sprintf(cStr,"%8d%8d%8d",Gyro[0],Gyro[1],Gyro[2]);//角原始數(shù)據(jù)ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(12),cStr);sprintf(cStr,"Temperture:%8.2f",Temp);//溫度值ILI9341_DispStringLine_EN(LINE(15),cStr);}#endifTask_Delay[1]=500;//更新一次數(shù)據(jù)，可根據(jù)自己的需求，提高采樣頻率，如100ms采樣一次}1.4GPS定位模塊軟件設(shè)計(jì)GPS定位是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，只有通過(guò)GPS進(jìn)行實(shí)時(shí)定位才能了解車輛所處位置，然后才能進(jìn)行監(jiān)控與控制等操作，同時(shí)，也只有GPS定位才能實(shí)現(xiàn)防盜和追蹤功能。車載防盜報(bào)警終端僅僅在被盜報(bào)警狀態(tài)下才會(huì)需要GPS數(shù)據(jù)，當(dāng)車輛被盜時(shí)，系統(tǒng)開啟GPS功能，在對(duì)GPS定位模塊的初始化操作后就開始等待接收GPS定位信息，并校驗(yàn)和處理。為降低各個(gè)模塊之間耦合性，單獨(dú)設(shè)定一個(gè)線程服務(wù)GPS數(shù)據(jù)，線程配合串口中斷完成整個(gè)功能，圖2.5所示為該模塊的服務(wù)線程，線程在被盜狀態(tài)下一直解析GPS數(shù)據(jù)，解析后暫存于系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，什么時(shí)刻發(fā)送給監(jiān)控中心，由其他服務(wù)線程完成。1.2.1GPS任務(wù)處理過(guò)程GPS處理任務(wù)是該系統(tǒng)的任務(wù)之一，它的作用是從串口讀取GPS信號(hào)信息,判斷是否檢測(cè)定位到GPS信號(hào)，如果有，獲取GPS的位置、速度，時(shí)間數(shù)據(jù)等信息。如果沒(méi)有，繼續(xù)檢測(cè)查詢。1.2.2初始化在整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程中都要進(jìn)行初始化，也就是將GPS模塊設(shè)定為特定的工作狀態(tài)。初始化包括設(shè)置串口工作模式，設(shè)置DMA接受配置。串口初始化包括時(shí)鐘初始化，GPIO配置，波特率設(shè)置9600數(shù)據(jù)幀字長(zhǎng)8位停止位設(shè)置1個(gè)停止位奇偶校驗(yàn)控制選擇無(wú)校驗(yàn)USART模式選擇，有USART_Mode_Rx和USART_Mode_Txintmain(void){/*串口初始化*/USART_Config();GPS_Config();/*GPS解碼測(cè)試*/nmea_decode_test();while(1);}voidDelay(__IOuint32_tnCount)//簡(jiǎn)單的延時(shí)函數(shù){for(;nCount!=0;nCount--);}解碼GPS模塊信息intnmea_decode_test(void){doubledeg_lat;//轉(zhuǎn)換成[degree].[degree]格式的緯度doubledeg_lon;//轉(zhuǎn)換成[degree].[degree]格式的經(jīng)度nmeaINFOinfo;//GPS解碼后得到的信息nmeaPARSERparser;//解碼時(shí)使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)uint8_tnew_parse=0;//是否有新的解碼數(shù)據(jù)標(biāo)志nmeaTIMEbeiJingTime;//北京時(shí)間/*設(shè)置用于輸出調(diào)試信息的函數(shù)*/nmea_property()->trace_func=&trace;nmea_property()->error_func=&error;nmea_property()->info_func=&gps_info;/*初始化GPS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/nmea_zero_INFO(&info);nmea_parser_init(&parser);while(1){if(GPS_HalfTransferEnd)/*接收到GPS_RBUFF_SIZE一半的數(shù)據(jù)*/{/*進(jìn)行nmea格式解碼*/nmea_parse(&parser,(constchar*)&gps_rbuff[0],HALF_GPS_RBUFF_SIZE,&info);GPS_HalfTransferEnd=0;//清空標(biāo)志位new_parse=1;//設(shè)置解碼消息標(biāo)志}elseif(GPS_TransferEnd)/*接收到另一半數(shù)據(jù)*/{nmea_parse(&parser,(constchar*)&gps_rbuff[HALF_GPS_RBUFF_SIZE],HALF_GPS_RBUFF_SIZE,&info);GPS_TransferEnd=0;new_parse=1;}if(new_parse)//有新的解碼消息{/*對(duì)解碼后的時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成北京時(shí)間*/GMTconvert(&info.utc,&beiJingTime,8,1);//info.latlon中的格式為[degree][min].[sec/60]，使用以下函數(shù)轉(zhuǎn)換成[degree].[degree]格式deg_lat=nmea_ndeg2degree(info.lat);deg_lon=nmea_ndeg2degree(info.lon);new_parse=0;}}1.5GSM通信模塊軟件設(shè)計(jì)1.5.1GSM任務(wù)處理過(guò)程在整個(gè)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，與GSM相關(guān)的處理設(shè)置為一個(gè)任務(wù)，由主程序來(lái)調(diào)度。GSM任務(wù)的程序流程圖如圖所示:單片機(jī)要與GSM的串口連接，通過(guò)硬件控制串口工作，首先配置串口，初始化系統(tǒng)定時(shí)器，判斷GSM模塊是否初始化包括檢測(cè)GSM模塊響應(yīng)是否正常，是否插入SIM卡，(如果沒(méi)有初始化，硬件接收不到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò))，初始化成功后，就可以接收并處理短信息，如果沒(méi)有初始化，要初始化后開能接收短信。主要程序?yàn)椋篿ntmain(void){uint8_tnewmessadd=0,IsRead=0;uint8_ttestCard=0;GSM_USART_Config();/*配置USART*/SysTick_Init();/*初始化系統(tǒng)定時(shí)器*/w