车联网电动车防盗终端的设计

引 言

目前，电动车已逐渐成为人们的代步工具。2016 年仅江 苏徐州、盐城地区的电动车销量约为 5 万～7.5 万台 [1]。与此 同时，电动车被盗事件时有发生。以宁波市北仑区为例，2015 年共发生盗窃电动车案件 3 553 起 [2]，且被盗车辆难以追回。 很多学者对电动车被盗问题进行了深入研究，新型电动车防盗 手段正逐步提高。朱贵宪提出将细铜丝作为警戒线 [3] ；张皓 提出使用单片机 GSM 通信技术 [4] ；翁信文等提出使用 GNSS 和 GSM 等技术实现被盗车辆定位和跟踪 [5] ；蔡祥春等提出运 用 ZigBee 和 GPRS 技术实现电动车防盗 [6]。但这些防盗手段 均从某个点出发解决车辆被盗问题，未从车辆被盗的整个过 程出发，犯罪分子仍可利用防盗器的漏洞进行盗窃活动。本 文防盗终端从防电门锁暴力破坏、防电瓶断电、防黑箱盗窃、 防止利用无 GPS 信号盗窃以及盗窃后电动车寻迹等方面解决 防盗问题，并增加了用户所关心的车辆故障信息、蓄电池电量 信息、续航信息、行驶里程及行驶速度等附加功能，便于用户 使用。

1 防盗系统总体设计

电动车防盗系统包含三大部分，即电动车车载防盗终端、 云服务器平台、用户端手机 APP，系统结构如图 1 所示。其 中，车载防盗终端负责采集门锁状态信息、GPS 信息、震动信 息、陀螺仪信息、蓄电池信息以及电动车控制器输出的故障信 息、速度信息等原始数据 ；云服务器平台负责所有电动防盗终 端的数据接入、处理以及存储，并提供手机终端的注册、注销、 绑定等服务，可根据需要向用户手机终端推送报警或产品消息； 用户手机终端是用户注册、绑定电动车、使用防盗系统的人机 交互平台。服务器平台可根据用户在 APP上设定的电子围栏 及电动车终端上报的位置信息，综合判断当前车辆是否被盗。

2 防盗终端硬件设计

防盗终端采集的信息是车联网电动车防盗系统判断电动 车是否被盗的唯一参量，因此，信息准确度将直接影响客户 体验。防盗终端原理如图 2 所示。电源取自电动车电瓶，为保 证适应性，该电源输入范围可达 40 ～100 V，囊括了市面上 的所有电动车。GPS 信号正常时，车辆定位信息从GPS 定位 模块获取 ；无 GPS 信号或信号较弱时，结合陀螺仪模块输出 转向角及加速度传感器输出的加速度值，采用惯性定位算法实 现电动车定位 [7,8]。CDMA 模块实现终端与云服务器的数据交 互，中国电信推出了物联网卡的优惠政策，且可将卡号存储于 CDMA 模块内，在满足通信功能的同时避免了因 SIM 卡损坏、 接触不良、掉落等问题产生的不稳定性。

2.1 门锁信号检测及非法拆锁检测设计

防盗终端的工作状态分为骑行状态和设防状态。当电动 车电门锁合法打开时，电动车进入骑行状态，此时电动车防盗 终端主要监测车辆故障信息、骑行速度、位置信息等，并将 信息传至云端服务器存储于数据库中，手机客户端可查询行车 轨迹及车辆历史行驶状态。当电动车电门锁闭合时，电动车进 入设防状态，此时电动车防盗终端主要监测车辆震动信息及 计算位置信息，当检测到持续震动信息或剧烈震动信息后，系 统唤醒并上报当前位置信息和震动报警信息，此时云端服务器 根据电子围栏范围判断是否越界，若越界则向手机终端推送 越界报警信息，若未越界则推送震动警报信息。门锁状态及 非法拆锁检测电路如图 3 所示。其中，A 号端口为电源输入端 口；B 号端口为门锁状态输出端口，当使用钥匙打开电门锁时， 该端口输出高电平，当关闭电门锁时，该端口输出低电平 ；C 号端口为电源地。防盗报警终端分别检测 A 号端口和 B 号端 口的电平信号，且接线时尽量靠近电门锁一侧 ；R 为下拉电阻。 当电门锁正常打开时防盗报警终端的 1 号、2 号输入端均为高 电平 ；当电门锁关闭时防盗报警终端的 1 号输入端为低电平， 2 号输入端为高电平 ；当电门锁遭暴力破坏时，防盗报警终端 的 2 号输入端输入低电平。

2.2 电瓶防盗检测设计

电动车的所有能源来源于电瓶，且电瓶的价格约占普通 电动车的三分之一，是盗窃者的首选目标。本防盗终端的电源 管理系统如图 4 所示。该系统具有电瓶被盗报警提醒，被盗 后电动车定位追踪功能。其中，XL7015 为 DC/DC 转换芯片， 输入电压范围为 5 ～80 V，输出电压为 5 V，最大输出电流为 0.8 A ；HX9001 为配电开关，当电源由蓄电池供电时，系统电 源由蓄电池直接供给，并通过锂电池管理芯片给锂电池充电 ； 当蓄电池被盗时，系统电源由锂电池供给，此时系统进入省电 模式，可持续供电约 10 小时。

3 结 语

本文防盗终端稳定可靠，加入存储芯片后，可存储因 CDMA 信号弱而未能及时发出的信息，能够有效避免车辆被 盗问题，在车辆被盗后可及时提醒用户，并提供车辆位置信息。 该智能终端提供了车辆故障信息、蓄电池电量信息、续航信息、 行驶里程及行驶速度等附加功能，有效提升用户依赖性。同时， 该智能终端还可与电动车仪表相结合，使电动车防盗更隐蔽， 更便捷。