畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）家用汽車電子安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、（輸入章及標(biāo)題）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 家用汽車電子安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué) 院 年級(jí)專業(yè) 0 3級(jí)電子信息工程 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 專業(yè)負(fù)責(zé)人 答辯日期 2007.6.24 iii畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：里仁學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電信與通信 學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)電信3班題目題目名稱家用汽車電子安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目類型工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究題目性質(zhì)實(shí)際題目來(lái)源導(dǎo)師指定主要內(nèi)容1、了解汽車電子安全系統(tǒng)2、掌握常用的汽車電子防盜系統(tǒng)基本現(xiàn)狀3、設(shè)計(jì)具有自己特色的汽車電子系統(tǒng)系統(tǒng)4、總體方案設(shè)計(jì)與說(shuō)明基本要求1、設(shè)計(jì)接口電路及功能2、完成控制器的設(shè)計(jì)3、完成功能設(shè)計(jì)4、論文撰寫參考資料1、單片計(jì)原理2、數(shù)字電路與模

2、擬電路3、燕山大學(xué)數(shù)字圖書相關(guān)內(nèi)容周 次14周58周912周1316周1718周應(yīng)完成的內(nèi)容資料準(zhǔn)備，整體設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)與調(diào)試總體實(shí)驗(yàn)與系統(tǒng)形成論文撰寫指導(dǎo)教師：盧輝斌職稱： 年 月 日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日 摘 要摘 要 為了提高汽車防盜系統(tǒng)的可靠性，降低汽車報(bào)警的誤報(bào)率，本文在利用多傳感器信息融合理論在監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)之上，研制了基于傳感器信息融合技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)。本文首先對(duì)國(guó)內(nèi)外汽車防盜領(lǐng)域的現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查研究，分析了現(xiàn)今汽車失竊的多種模式，然后利用多傳感器信息融合技術(shù)構(gòu)建了汽車防盜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型。本文研究制定了應(yīng)用于該防盜系統(tǒng)的各種傳感器、微處理器、執(zhí)行器件

3、以及系統(tǒng)附屬的多種電子元器件的選擇方案。在構(gòu)建的防盜模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件、硬件。利用pcb線路板和msp430集成開(kāi)發(fā)環(huán)境“embedded workbench”制作了系統(tǒng)的原型機(jī)?？偨Y(jié)了防盜系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用方案和調(diào)試方法。同時(shí)，本文還將“單樣本k-s非參數(shù)檢驗(yàn)法”和統(tǒng)計(jì)學(xué)工具軟件“spss”應(yīng)用于汽車防盜監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程，使汽車防盜的可靠性能夠在一定程度上得以控制關(guān)鍵詞 汽車防盜；信息融合；傳感器；微處理器；執(zhí)行器75abstractwe developed a car theft deterrent system based on multi-sensor fusion tech

4、nology by utilizing the superiority of the theory in order to enhance the reliability and reduce the false alarms for the system.first, some investigations in the car theft deterrent domain had been finished both here and abroad and many car lost modes had been analyzed too. then the anti-theft stru

5、cture model was the selections of the system's sensors, microprocessors, actuators, and the accessories were introduced, the hardware and software had been designed and the system prototype had been manufactured by using pcb technology and "embedded workbench" integrated development en

6、vironment, the applications and debugging methods had been summarized. also, we used the "k-s nonparametric test" and the statistical software spss to design the monitoring module, thus we could control the system's reliability in some degree.keywords car theft deterrent fusion sensor

7、microprocessor actuators目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)研究的意義11.2汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11.3本文研究的主要內(nèi)容3第2章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)模型構(gòu)建52.1多傳感器信息融合技術(shù)概述52.1.1多傳感器信息融合基本原理52.1.2信息融合的特點(diǎn)52.1.3信息融合的級(jí)別62.1.4信息融合的結(jié)構(gòu)模型82.2系統(tǒng)防盜信息的處理模型92.3本章小結(jié)12第3章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)133.1防盜系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)133.1.1防盜系統(tǒng)電壓的一次降壓133.1.2防盜系統(tǒng)的電壓二次降壓153.2防盜系

8、統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊163.2.1利用微波多普勒傳感器對(duì)入侵范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)163.2.2利用加速度傳感器對(duì)車體振動(dòng)與傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)183.2.3利用霍爾開(kāi)關(guān)器件對(duì)車門的開(kāi)關(guān)進(jìn)行監(jiān)測(cè)203.2.4利用熱釋電紅外傳感器對(duì)人體入侵進(jìn)行監(jiān)測(cè)223.3防盜系統(tǒng)的報(bào)警執(zhí)行模塊243.3.1報(bào)警執(zhí)行模塊的gsm報(bào)警243.3.2報(bào)警執(zhí)行模塊的語(yǔ)音報(bào)警253.3.3報(bào)警執(zhí)行模塊的閃光報(bào)警和汽車的自鎖操作263.3.4汽車防盜系統(tǒng)的中央處理模塊273.4本章小結(jié)29第4章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)314.1單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)概述314.2系統(tǒng)防盜功能的軟件實(shí)現(xiàn)324.3本章小結(jié)35結(jié) 論37參考文獻(xiàn)39附錄141附

9、錄245附錄349致謝65第1章 緒論第1章 緒論1.1汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)研究的意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們的生活水平的日益提高，汽車的應(yīng)用發(fā)展迅速，各類汽車的擁有量不斷提高，已經(jīng)逐漸地成為我國(guó)尋常百姓家的新成員。但是在汽車給人們的生活帶來(lái)了方便的同時(shí)，汽車的使用也給人們提出了一大難題汽車防盜。雖然絕大多數(shù)汽車都裝有汽車防盜器，但是抽樣調(diào)查顯示：在失竊的汽車中，一半以上都是裝有汽車防盜系統(tǒng)的。在北京，被盜的機(jī)動(dòng)車輛中裝有防盜裝置的占總數(shù)的68.6%。這些數(shù)據(jù)足以說(shuō)明現(xiàn)有汽車防盜裝置的防盜手段并不可靠。另外，現(xiàn)今的汽車防盜警報(bào)器多使用的是語(yǔ)音報(bào)警。為了使警報(bào)聲有別于環(huán)境中的背景聲，汽車警報(bào)器的

10、音量常常高達(dá)125分貝。這種報(bào)警聲音極具穿透力，給居民生活帶來(lái)了很大的困擾，某些居民區(qū)甚至因此禁止安裝汽車報(bào)警器。 由此看來(lái)，現(xiàn)有的汽車防盜系統(tǒng)不但不能滿足汽車防盜的需求，同時(shí)還存在著噪聲污染、功耗高、作用距離短、誤報(bào)率高等諸多缺欠。因此，設(shè)計(jì)新一代的更為可靠、環(huán)保的汽車防盜系統(tǒng)是汽車制造業(yè)發(fā)展一種必然趨勢(shì)。1.2汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀目前國(guó)際上通用的汽車防盜的核心思想是防止“汽車整車”被盜：也就是說(shuō)即使盜賊將車門打開(kāi)進(jìn)入車內(nèi)，卻仍然無(wú)法將車開(kāi)走。這些防盜裝置常用的防盜手段為：機(jī)械式防盜、電子式防盜、芯片式數(shù)碼防盜、gps網(wǎng)絡(luò)式防盜以及利用車載電話系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)防盜功能。(1)機(jī)械式防盜器

11、機(jī)械式防盜器是市面上最簡(jiǎn)單、最廉價(jià)的一種，主要分為方向盤鎖和排擋鎖兩大類，其原理是將方向盤和控制踏板鎖住，使汽車無(wú)法開(kāi)動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，安裝簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是防盜不徹底，每次拆裝麻煩，不用時(shí)還要找地方放置。 機(jī)械式防盜器主要起到限制車輛操作的作用，在防盜方面作用有限。這種防盜器很難抵擋住利用鋼鋸等重型工具的盜竊方式。但它們卻能拖延偷車賊作案的時(shí)間卻是事實(shí)，一般偷車賊要用幾十秒甚至幾分鐘才能撬開(kāi)。(2)電子式防盜器電子式防盜鎖是目前應(yīng)用最廣的防盜鎖之一，分為單向和雙向兩種類型。單向的電子防盜系統(tǒng)的主要功能是：無(wú)論是發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、行李艙或車門的開(kāi)啟，還是車輛被碰撞，或者是有人闖進(jìn)車廂，警報(bào)器都會(huì)發(fā)出警報(bào)

12、引起車主及他人的注意。雙向可視的電子防盜系統(tǒng)相比單向的更為直觀，能讓車主知道汽車的實(shí)時(shí)情況，當(dāng)汽車有異動(dòng)警報(bào)時(shí)，遙控器上的顯示器會(huì)顯示汽車的狀況，但缺點(diǎn)是有效范圍只在200米內(nèi)。 電子防盜系統(tǒng)的致命傷在于其電子密碼和遙控操作方式。當(dāng)車主用遙控器開(kāi)關(guān)車門時(shí)，偷車賊可以用接收器或掃描器盜取遙控器發(fā)出的無(wú)線電波或紅外線，再經(jīng)過(guò)解碼，就可以開(kāi)啟汽車的防盜系統(tǒng)。而且，這種防盜器經(jīng)常會(huì)有誤報(bào)警的情形發(fā)生，產(chǎn)生擾民噪聲，人們對(duì)此也習(xí)以為常，使其防盜效果大減。(3)芯片式數(shù)碼防盜器芯片式數(shù)碼防盜器是現(xiàn)在汽車防盜器發(fā)展的重點(diǎn)，大多數(shù)轎車均采用這種防盜方式作為原配防盜器。芯片式數(shù)碼防盜器基本原理是鎖住汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)

13、、電路和油路，在沒(méi)有芯片鑰匙的情況下無(wú)法啟動(dòng)車輛。數(shù)字化的密碼重碼率極低，而且要用密碼鑰匙接觸車上的密碼鎖才能開(kāi)鎖。(4)gps網(wǎng)絡(luò)式防盜系統(tǒng)這是一種目前最先進(jìn)，也是相對(duì)最有效的防盜產(chǎn)品。其原理是在車上安裝一個(gè)小型的gps系統(tǒng)，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和gps監(jiān)控中心連成一個(gè)整體，這種裝置具有定位準(zhǔn)、監(jiān)控范圍廣、主動(dòng)報(bào)警、反應(yīng)快、找回率高的特點(diǎn)，在車輛被偷之前能夠主動(dòng)通知車主，即便車輛被偷走，該裝置也能夠協(xié)助警方探測(cè)出車輛的下落，很快便可以找回失竊車輛。另外，該裝置在夜間車主熟睡的時(shí)候或車主不在車旁的時(shí)候，能夠自動(dòng)識(shí)別警情并提醒車主。使用該裝置的優(yōu)點(diǎn)是被盜車輛尋回率高，便于跟蹤、控制車輛。缺點(diǎn)是此裝置

14、需要一套龐大完善的跟蹤系統(tǒng)、24小時(shí)的人工監(jiān)控車輛，相對(duì)那些簡(jiǎn)單的防盜器價(jià)格要昂貴些。其并具有車載電話系統(tǒng)。該系統(tǒng)除正常通訊功能外，當(dāng)受到異常開(kāi)啟車門或起動(dòng)等現(xiàn)象時(shí)，會(huì)按照預(yù)設(shè)的報(bào)警電話語(yǔ)音提示警情報(bào)警。即使切斷車輛的電源，通訊防盜主機(jī)的后備電池也可持續(xù)工作8小時(shí)，確保防盜功能的持續(xù)性。以上幾種防盜裝置各有優(yōu)劣，汽車防盜的發(fā)展方向是朝著智能程度更高的芯片式和網(wǎng)絡(luò)式發(fā)展，而這也是我們所選擇的方向。1.3本文研究的主要內(nèi)容本文介紹了一種最新的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，是基于信息融合技術(shù)的汽車防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。它幾乎涵蓋了所有汽車防盜系統(tǒng)的基本功能，新技術(shù)的應(yīng)用還解決了很多其他汽車報(bào)警系統(tǒng)不能解

15、決的問(wèn)題，彌補(bǔ)了一些報(bào)警系統(tǒng)共同存在的缺陷。多方調(diào)研結(jié)果表明現(xiàn)有的汽車防盜系統(tǒng)存在著一些共同的缺欠：由于只被動(dòng)地側(cè)重于汽車遇警情況的處理，對(duì)報(bào)警器判定盜竊行為的可靠性未有足夠重視。生產(chǎn)廠家多采用擴(kuò)大報(bào)警置信區(qū)間的方法減少漏報(bào)警的發(fā)生，報(bào)警器的誤報(bào)率居高不下。另外，由于報(bào)警手段多采用語(yǔ)音報(bào)警，并且誤報(bào)率較高，致使報(bào)警聲也成為環(huán)境噪聲污染的來(lái)源?；诙鄠鞲衅餍畔⑷诤霞夹g(shù)的汽車防盜系統(tǒng)，在綜合分析竊賊盜竊汽車多種常用手法的基礎(chǔ)上，選擇多種適于汽車防盜的傳感器件構(gòu)成系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊。由于監(jiān)測(cè)模塊可以充分地利用多種傳感器在性能上的差異性與互補(bǔ)性、以及多個(gè)同類而不同位置的傳感器在空間上的差異性，使得其收集來(lái)

16、的來(lái)自各個(gè)傳感器的傳感信息極具針對(duì)性。在獲得傳感信息后，監(jiān)測(cè)模塊將采集到的信息送至微處理器，微處理器利用數(shù)據(jù)融合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以判定汽車的狀態(tài)。由此可見(jiàn)，基于信息融合技術(shù)的汽車防盜系統(tǒng)在警報(bào)監(jiān)測(cè)方面充分地利用了現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微控制器技術(shù)和信息融合技術(shù)，系統(tǒng)可以主動(dòng)而準(zhǔn)確地判斷汽車的狀態(tài)，提高了系統(tǒng)報(bào)警的可靠性。另外，在防盜系統(tǒng)確定汽車處于遇警狀況后，微處理器采用直接阻斷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火電路的方法使汽車無(wú)法開(kāi)動(dòng)。防盜系統(tǒng)報(bào)警的警報(bào)是采用gsm等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，即時(shí)直接傳送給車主的。同時(shí)，車主還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)防盜系統(tǒng)進(jìn)行控制。這樣，不但能夠做到報(bào)警及時(shí)，也消除了噪聲擾民現(xiàn)象的發(fā)生?！鞍踩⒖煽?、

17、環(huán)保、便捷”應(yīng)該是新一代汽車電子產(chǎn)品的趨勢(shì)。也是汽車安防產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展方向。第2章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)模型構(gòu)建第2章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)模型構(gòu)建2.1多傳感器信息融合技術(shù)概述2.1.1多傳感器信息融合基本原理多傳感器信息融合是指協(xié)同使用多種傳感器，并將各種傳感信息有效地結(jié)合起來(lái)，形成高性能感知系統(tǒng)來(lái)獲取對(duì)環(huán)境的一致性描述的過(guò)程。多傳感器信息融合實(shí)際上是對(duì)人腦綜合處理復(fù)雜問(wèn)題的一種功能模擬。在多傳感器系統(tǒng)中，各種傳感器提供的信息可能具有不同的特征：時(shí)變的或者非時(shí)變的，實(shí)時(shí)的或者非實(shí)時(shí)的，快變的或者緩變的，模糊的或者確定的，精確的或者不完整的，可靠的或者非可靠的，相互支持的或者

18、互補(bǔ)的，也可能是相互矛盾沖突的。多傳感器信息融合的基本原理就像人腦綜合處理信息的過(guò)程一樣，它充分地利用多個(gè)傳感器的資源，通過(guò)對(duì)各種傳感器及其觀測(cè)信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則組合起來(lái)，產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋和描述。信息融合的目標(biāo)是基于各傳感器分離觀測(cè)目標(biāo)，通過(guò)對(duì)信息的優(yōu)化組合導(dǎo)出更多的有效信息。這是最佳協(xié)同作用的結(jié)果，它的最終目的是利用多個(gè)傳感器共同或聯(lián)合操作的優(yōu)勢(shì)，來(lái)提高整個(gè)傳感系統(tǒng)的有效性1。2.1.2信息融合的特點(diǎn)同單一傳感器相比，多傳感器信息融合有以下幾個(gè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：(1)獲取更準(zhǔn)確的信息。多傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行測(cè)量，獲取大量信息，

19、這些信息有很大的冗余性。對(duì)這些冗余信息進(jìn)行融合可在總體上降低信息的不確定性。(2)獲取更精確的信息。對(duì)多個(gè)傳感器獲取的大量信息進(jìn)行融合，可有效地克服隨機(jī)誤差和外界干擾，提高了系統(tǒng)獲取信息的精確度。(3)獲取復(fù)雜的信息。多傳感器協(xié)調(diào)使用可獲取環(huán)境或物體的各種特征信息，通過(guò)融合可得到多特征、高層次的描述，即得到任何一種單一傳感器很難獲取或無(wú)法獲取的信息。 (4)降低系統(tǒng)成本。使用大量低成本傳感器而不是少量高成本傳感器，通過(guò)信息融合方法獲取高質(zhì)量信息，降低了系統(tǒng)成本。 (5)提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。使用多傳感器，由于其信息的互補(bǔ)性、準(zhǔn)確性和精確性，可大大地提高系統(tǒng)的反應(yīng)能力。 (6)提高系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)

20、使用多傳感器不僅增加了信息的冗余度，也增加了系統(tǒng)的可靠性，即使某一個(gè)傳感器或某幾個(gè)傳感器失效，系統(tǒng)仍能正常工作2。2.1.3信息融合的級(jí)別按照信息抽象的五個(gè)層次，融合可分為五級(jí)，即檢測(cè)級(jí)融合、位置級(jí)融合、屬性(目標(biāo))級(jí)融合、態(tài)勢(shì)評(píng)估與威脅估計(jì)。(1)檢測(cè)級(jí)融合。檢測(cè)級(jí)融合是直接在多傳感器分布檢測(cè)系統(tǒng)中檢測(cè)判決或是信號(hào)層上進(jìn)行的融合。在經(jīng)典的多傳感器檢測(cè)中，所有局部傳感器將檢測(cè)到的原始觀測(cè)信號(hào)全部直接送給中心處理器，然后利用由經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)推斷理論設(shè)計(jì)的算法完成最優(yōu)目標(biāo)檢測(cè)任務(wù)。在多傳感器分布檢測(cè)系統(tǒng)中，每個(gè)傳感器對(duì)所獲得的觀測(cè)先進(jìn)行一定的預(yù)處理，然后將壓縮的信息傳送給其他傳感器，最后在某一中心匯總

21、和融合這些信息，產(chǎn)生全局檢測(cè)判決。通常有兩種信號(hào)處理形式：一是硬判決融合，即融合中心處理0、1形式的局部判決。另一種是軟判決融合，中心除了處理硬判決信息外，還處理來(lái)自節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)量。在分布檢測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)信息的壓縮性預(yù)處理降低了對(duì)通訊帶寬的要求。分布式多傳感器結(jié)構(gòu)可以降低對(duì)單個(gè)傳感器的性能要求，降低造價(jià)。分散的信號(hào)處理方式可以增加計(jì)算容量。統(tǒng)計(jì)推理理論可以粗略地分為假設(shè)檢測(cè)和估計(jì)。相應(yīng)地，分布式信號(hào)處理也可分為分布式檢測(cè)和分布式估計(jì)。在分布式檢測(cè)系統(tǒng)中，由于融合中心只能得到經(jīng)過(guò)壓縮后的觀測(cè)信息，因此相對(duì)于集中式檢測(cè)會(huì)有性能損失。通過(guò)對(duì)傳感器信息的最優(yōu)局部處理和融合可以減小性能損失。(2)位置級(jí)融合

22、。位置級(jí)融合是直接在傳感器的觀測(cè)報(bào)告或測(cè)量點(diǎn)跡和傳感器的狀態(tài)估計(jì)上進(jìn)行的融合，包括時(shí)間和空間上的融合，是跟蹤級(jí)的融合，屬于中間層側(cè)，也是最重要的融合。對(duì)于單傳感器跟蹤系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是按時(shí)間先后對(duì)目標(biāo)在不同的時(shí)間的觀測(cè)值即檢測(cè)報(bào)告的融合，主要有集中式、分布式、混合式和多級(jí)式結(jié)構(gòu)。在集中式多傳感器跟蹤系統(tǒng)中，首先按對(duì)目標(biāo)觀測(cè)的時(shí)間先后對(duì)測(cè)量點(diǎn)跡進(jìn)行時(shí)間融合，然后對(duì)各個(gè)傳感器在同一時(shí)刻對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行空間融合，它包括了多傳感器綜合跟蹤與狀態(tài)估計(jì)全過(guò)程。 在分布式多傳感器跟蹤系統(tǒng)中，各傳感器首先完成單個(gè)傳感器的多個(gè)目標(biāo)跟蹤與狀態(tài)估計(jì)，也就是完成時(shí)間上的信息融合，接下來(lái)各傳感器把獲得的目標(biāo)信息送入融合節(jié)點(diǎn)

23、，并在融合節(jié)點(diǎn)完成坐標(biāo)變換、時(shí)間校正或?qū)?zhǔn)，然后基于這些傳感器的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，最后對(duì)來(lái)自同一目標(biāo)的估計(jì)進(jìn)行融合處理。 混合式位置信息融合是集中式和分布式多傳感器系統(tǒng)相組合的混合結(jié)構(gòu)。傳感器的檢測(cè)報(bào)告和目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)都被送入融合中心，在那里進(jìn)行時(shí)間和空間的融合。由于這種結(jié)構(gòu)要同時(shí)處理檢測(cè)報(bào)告和狀態(tài)估計(jì)，并進(jìn)行優(yōu)化組合，它需要復(fù)雜的處理邏輯?；旌鲜椒椒ㄒ部梢愿鶕?jù)所運(yùn)行問(wèn)題的需要，在集中式和分布式結(jié)構(gòu)中進(jìn)行選擇變換。這種結(jié)構(gòu)的通信和計(jì)算量都比其他結(jié)構(gòu)大。(3)目標(biāo)識(shí)別級(jí)的融合。目標(biāo)識(shí)別亦稱屬性分類或身分估計(jì)，這個(gè)層次的信息融合有三種方法，即決策級(jí)融合、特征級(jí)融合和數(shù)據(jù)級(jí)融合。在決策級(jí)融合方

24、法中，每個(gè)傳感器都完成變換以獲得獨(dú)立的身份估計(jì)，然后對(duì)來(lái)自每個(gè)傳感器的屬性分別進(jìn)行融合。用于融合身份估計(jì)的技術(shù)包括表決法、bayes推理、dumpsters-shafer證據(jù)理論、推廣的證據(jù)理論、模糊集法等。在特征級(jí)融合方法中，每個(gè)傳感器觀測(cè)一個(gè)目標(biāo)并完成特征提取以獲得來(lái)自每個(gè)傳感器的特征向量。然后融合這些特征向量并基于獲得的聯(lián)合特征向量來(lái)產(chǎn)生身份估計(jì)。在這種方法中，必需使用關(guān)聯(lián)處理把特征向量分成有意義的組群。由于特征向量很可能是有巨大差別的量，因而位置級(jí)的融合信息在這一關(guān)聯(lián)過(guò)程中通常是有用的。在數(shù)據(jù)級(jí)融合方法中，對(duì)于同等量級(jí)的傳感器原始數(shù)據(jù)直接進(jìn)行融合，然后基于融合的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和

25、身份估計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)這種數(shù)據(jù)級(jí)的信息融合，所有傳感器必須是同類型的。通過(guò)對(duì)原始信息的關(guān)聯(lián)，來(lái)確定已融合的數(shù)據(jù)是否與目標(biāo)或者實(shí)體有關(guān)。有了融合的傳感器數(shù)據(jù)之后就可以完成象單傳感器一樣的識(shí)別處理過(guò)程。對(duì)于圖像傳感器，數(shù)據(jù)融合一般涉及到圖像畫面元素級(jí)的融合，因而數(shù)據(jù)級(jí)融合也常成為像素級(jí)融合。(4)態(tài)勢(shì)評(píng)估和威脅估計(jì)。態(tài)勢(shì)評(píng)估是一個(gè)動(dòng)態(tài)的按時(shí)序處理的過(guò)程，其結(jié)果水平將隨時(shí)間增長(zhǎng)而提高。態(tài)勢(shì)評(píng)估是分層假設(shè)描述和評(píng)估處理的結(jié)果，每個(gè)被選假設(shè)(態(tài)勢(shì))都有一個(gè)不確定性關(guān)聯(lián)值，通常認(rèn)為不確定性最小的假設(shè)是最好的，并用當(dāng)前最好的態(tài)勢(shì)要素值來(lái)描述。威脅估計(jì)是利用態(tài)勢(shì)評(píng)估估計(jì)的將要發(fā)生和已經(jīng)發(fā)生的事件和一些先驗(yàn)知識(shí)，對(duì)

26、事件出現(xiàn)的程度和事態(tài)的嚴(yán)重性的判斷。2.1.4信息融合的結(jié)構(gòu)模型結(jié)構(gòu)模型從信息融合的組成出發(fā)，主要說(shuō)明信息融合系統(tǒng)的軟、硬件組成，相關(guān)數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)與外部環(huán)境的人機(jī)界面等要素的構(gòu)成。融合主要發(fā)生在檢測(cè)級(jí)、位置級(jí)和屬性級(jí)，在此討論結(jié)構(gòu)模型時(shí)只對(duì)檢測(cè)級(jí)的融合結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究2。檢測(cè)級(jí)融合結(jié)構(gòu)。從分布檢測(cè)的角度看，檢測(cè)級(jí)融合的結(jié)構(gòu)主要有分散式結(jié)構(gòu)、并行結(jié)構(gòu)、串行結(jié)構(gòu)、樹(shù)狀結(jié)構(gòu)和帶反饋并行結(jié)構(gòu)。 分散式空間結(jié)構(gòu)的分布檢測(cè)系統(tǒng)如圖2-1所示。這種結(jié)構(gòu)的每個(gè)局部判決ui ( i=1,2,，n)又都是最終決策。在具體應(yīng)用中，可按照某種規(guī)則將這些分離的子系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，看成一個(gè)大系統(tǒng)，并遵循大系統(tǒng)中的某種最優(yōu)化準(zhǔn)則來(lái)

27、確定每個(gè)子系統(tǒng)的工作點(diǎn)。并行式結(jié)構(gòu)的分布檢測(cè)系統(tǒng)如圖2-2所示。n個(gè)局部節(jié)點(diǎn)s1,s2，sn的傳感器在收到未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)y1,y2,，yn之后，在局部節(jié)點(diǎn)分別作出局部判決u1，u2,un，然后，它們?cè)跈z測(cè)中心通過(guò)融合得到全局判決u0。這種結(jié)構(gòu)在分布檢測(cè)系統(tǒng)中應(yīng)用較為普遍。 yn-1y1y2s2s1 sn現(xiàn)象hsn-1ynu1u2un-1un圖2-1 檢測(cè)級(jí)融合的分散式結(jié)構(gòu)圖2-3為串行結(jié)構(gòu)，n個(gè)局部節(jié)點(diǎn)s1, s2,，sn分別接受各自的檢測(cè)后，首先s1節(jié)做出局部判決u1,然后將它通信到節(jié)點(diǎn)s2，而s2它本身的檢測(cè)與u1融合形成自己的判決u2，以后重復(fù)前面的過(guò)程，信息繼續(xù)傳遞、融合，直道節(jié)點(diǎn)

28、sn。最后，由sn將它的檢測(cè)yn與un-1，融合做出判決un，即u0。u2u1檢測(cè)中心uns1s2sn現(xiàn)象hy1y2yn圖2-2 檢測(cè)級(jí)融合的并行結(jié)構(gòu)yn-1y1y2s2s1 sn現(xiàn)象hsn-1ynun=u0u1u2un-1un圖2-3 檢測(cè)級(jí)融合的單行結(jié)構(gòu) 2.2系統(tǒng)防盜信息的處理模型多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)的各個(gè)傳感器組構(gòu)成了一個(gè)分布式檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中所進(jìn)行的信號(hào)處理屬于傳感器信息融合的功能模型中的檢測(cè)級(jí)融合。在這一層次中的融合處理的策略通常是根據(jù)所選擇的檢測(cè)準(zhǔn)則形成優(yōu)化門限，以產(chǎn)生最終的檢測(cè)輸出。為了減小傳輸數(shù)據(jù)的帶寬，我們?cè)诒O(jiān)測(cè)模塊中利用硬件進(jìn)行該級(jí)別的融合處理。監(jiān)測(cè)模塊中的各個(gè)

29、傳感器組分別提取各自監(jiān)測(cè)目標(biāo)的特征向量，然后在本地進(jìn)行監(jiān)測(cè)目標(biāo)的屬性判決。屬性判斷形成的“電平上跳沿”、“pwm調(diào)制波形”等結(jié)果送交中央處理模塊，由中央處理模塊根據(jù)其中的關(guān)聯(lián)屬性進(jìn)行屬性級(jí)的決策層融合處理。最終的融合結(jié)果是將警報(bào)劃分為“整車搬運(yùn)”、“車體破壞”、“非法開(kāi)啟”和“入車盜竊”四個(gè)等級(jí)，每一報(bào)警級(jí)別的確定都是根據(jù)不同的信息融合模型加以判斷的結(jié)果。系統(tǒng)首先將微波多普勒傳感器作為第一級(jí)監(jiān)測(cè)器件。由于微波多普勒傳感器可以確定移動(dòng)物體的距離，并且該傳感器在理論上可測(cè)量范圍為360度。無(wú)監(jiān)測(cè)死角，所以可以作為其它傳感器件的觸發(fā)器件使用。其作用是當(dāng)有人進(jìn)入到監(jiān)測(cè)范圍時(shí)，傳感器觸發(fā)信號(hào)，由中央處理

30、模塊開(kāi)啟其它傳感器模塊，以便進(jìn)行防盜監(jiān)測(cè)?！罢嚢徇\(yùn)”和“車體破壞”這兩個(gè)警報(bào)等級(jí)屬于信息融合中的檢測(cè)級(jí)融合，可以利用串行結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述：距離檢測(cè)節(jié)點(diǎn)s1接收到檢測(cè)信息后，做出有“人或物體接近”的局部判決u1，然后分別根據(jù)各自的s2節(jié)點(diǎn)(傾斜檢測(cè)節(jié)點(diǎn)、振動(dòng)檢測(cè)節(jié)點(diǎn))的局部判決u2，可以得出融合判決的結(jié)果u0，對(duì)應(yīng)各自的監(jiān)測(cè)范圍，做出“整車搬運(yùn)”或“車體破壞”的判斷。這兩種串行結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖2-4。整車搬運(yùn)傾斜檢測(cè)車況異?，F(xiàn)象距離檢測(cè)s1s2u1u2u2=u0車況異?，F(xiàn)象距離檢測(cè)振動(dòng)檢測(cè)車體破壞s1s2u1u2u2=u0圖2-4 傾角檢測(cè)與振動(dòng)檢測(cè)串行結(jié)構(gòu)圖警報(bào)等級(jí)“非法開(kāi)啟”也屬于信息融合中的檢測(cè)

31、級(jí)融合，但其需要利用并行結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，并行結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5所示：四個(gè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)s1, s2, s3和s4接收到檢測(cè)信息后，做出是否有車門被非法開(kāi)啟的局部判決u1, u2, u3及u4，然后將所有的局部判決結(jié)果送至檢測(cè)中心，由中心判定車門“非法開(kāi)啟”的位置。開(kāi)關(guān)檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)車況異?，F(xiàn)象檢測(cè)中心s1s2s3s4u1u2u3u4圖2-5 霍爾器件檢測(cè)并行結(jié)構(gòu)圖警報(bào)等級(jí)“人體入侵”屬于屬性級(jí)的特征層融合。在這種方法中，每個(gè)傳感器觀測(cè)一個(gè)目標(biāo)：距離傳感器監(jiān)測(cè)入侵的距離，振動(dòng)傳感器監(jiān)測(cè)是否有車體的破壞，霍爾器件監(jiān)測(cè)是否有車門的開(kāi)啟，熱釋電紅外傳感器監(jiān)測(cè)人體的紅外信息。并且在分別提取來(lái)自

32、每個(gè)傳感器的特征向量的基礎(chǔ)上進(jìn)行融合處理，最后基于聯(lián)合特征向量做出屬性判決。判決過(guò)程如圖2-6。特征層屬性融合屬性判決人體入侵關(guān)聯(lián)距離傳感器振動(dòng)傳感器霍爾器件紅外線傳感特征提取圖2-6 特征層屬性融合2.3本章小結(jié)任何一種傳感器都有其獨(dú)特的優(yōu)越性，也有一定的局限性。迄今為止，沒(méi)有任何一種傳感器能夠同時(shí)滿足高可靠性、高穩(wěn)定性、高精度和低成本的要求。但是各種傳感器在性能上的差異與互補(bǔ)性卻提示我們通過(guò)綜合分析來(lái)自各個(gè)傳感器的信息，來(lái)獲取有效、可靠、完整的信息。采用這種方法，即使各個(gè)傳感器所提供的信息有一定的誤差和不確定性，但通過(guò)對(duì)它們提供的信息進(jìn)行有效的綜合，可以比任何單一傳感器獲取的信息更可靠、更

33、完整。第3章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)第3章 多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)多傳感器信息融合汽車防盜系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)中遵循了以下的基本設(shè)計(jì)原則：(1)盡可能選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。 (2)系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗟?，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 (3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)間要比直接用硬件實(shí)現(xiàn)來(lái)得長(zhǎng)，而且占用cpu的時(shí)間(比如延時(shí)

34、程序)。 (4)整個(gè)系統(tǒng)的性能要盡量做到性能匹配，例如選用晶振頻率較高時(shí)，存儲(chǔ)器的存取時(shí)間有限，應(yīng)該選擇允許存取速度較高的芯片：選擇cmos芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中所有的芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品。 (5)可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去禍濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。 (6)單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮器件驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠。3.1防盜系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)汽車防盜系統(tǒng)是利用車載蓄電池作為供電來(lái)源，目前車載電源為12v/24v和42v系統(tǒng)。所以系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到兼容性及可擴(kuò)展性的問(wèn)題，尤其是在器件選型時(shí)應(yīng)充分考慮到器

35、件的可替換性能等3。系統(tǒng)選用的微處理器(msp43of149apm )、各種傳感器的敏感元件(微波多普勒傳感器、傾斜傳感器、振動(dòng)傳感器、熱釋電紅外傳感器、霍爾器件等)及其處理電路、報(bào)警執(zhí)行模塊所需電壓值為5v或3.3v，需要電壓轉(zhuǎn)換電路為各種器件提供穩(wěn)定可靠的電源。3.1.1防盜系統(tǒng)電壓的一次降壓由于汽車目前采用12v、24v、42v電源系統(tǒng)，防盜系統(tǒng)所需求的電壓為5v及3.3v，我們通過(guò)采取二次降壓的辦法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換方案如圖3-1所示。圖3-1 電壓轉(zhuǎn)換方案示意圖考慮到系統(tǒng)的兼容性及可擴(kuò)充性，第一次降壓采用集成電源管理芯片lm25761/lm2576hv作為電壓轉(zhuǎn)換芯片。lm25

36、76系列芯片輸入電壓范圍為1.23v37v，有3.3v, 5v, 12v, 15v四種固定電壓輸出類型，以及一種電壓輸出可調(diào)節(jié)類型，輸出電壓變化范圍小于±4%。輸出電流可達(dá)3a。具有t0220-5和t0263-5兩種封裝形式。lm2576僅需要四個(gè)外部元件就可以完成電壓的轉(zhuǎn)換，并還具有休眠、熱保護(hù)、限流保護(hù)等功能。而lm2576hv系列除了最高輸入電壓可達(dá)60v外，其封裝形式及所需外接器件種類、數(shù)量與lm2576系列中其他類別芯片均相同，這樣就能夠適應(yīng)汽車系統(tǒng)電源變化的需求。 我們選用lm2576系列中輸出電壓可調(diào)節(jié)型的lm2576-adj作為一次降壓的電源管理芯片，以12v的汽車系

37、統(tǒng)電源為例進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)12v到9v的第一次電壓轉(zhuǎn)換，器件選擇過(guò)程如下：(1)電阻的確定由輸出電壓公式：vout vref (1r2/r1) (3-1)得到：r2 (vout/vref1) (3-2)其中，vout預(yù)設(shè)值為9v。 vref1.23v。 rl選用的精度為1%的金屬膜電阻，阻值為1k。 可以得到r2的計(jì)算阻值約為6.32k，并根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品型號(hào)，確定r2的阻值為6.34k，則根據(jù)公式3-1可得最終輸出電壓為9.03v。(2)電感的確定由微秒計(jì)算常數(shù)公式et（vinvout）vout/vin1000/f（vs） (3-3)確定微秒常數(shù)43vs，并查表得到所需電感值68h。(3)輸出電容

38、的選擇根據(jù)公式out13300(f)vin(max)/voutl(h) (3-4)可知輸出電容out304f，可選擇的電解電容。(4)根據(jù)負(fù)載電流、反向電壓，確定二極管型號(hào)為1n5822。(5)輸入電容的選擇在in引腳和gnd引腳之間、盡量貼近器件的位置處，設(shè)置一個(gè)鋁電解電容作為輸入電容，100f就足以實(shí)現(xiàn)旁路電容的作用。通過(guò)lm2576-adj電壓轉(zhuǎn)換電路，可以將汽車蓄電池提供的系統(tǒng)電壓轉(zhuǎn)換為9v電壓提供給防盜系統(tǒng)，以供防盜系統(tǒng)二次降壓使用4。3.1.2防盜系統(tǒng)的電壓二次降壓二次降壓選用adp3330系列線性電源管理芯片。將其集成在各個(gè)傳感器電路的線路板上，不但可以為傳感器提供可靠的電源供給

39、，而且通過(guò)adp3330的sb引腳可以控制adp3330的開(kāi)啟與關(guān)閉，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳感器的開(kāi)閉控制。adp3330的輸入電壓范圍在2.9v到12v之間，有2.5v,2.75v, 2.85v,3v,3.3v,3.6v,sv,12v,15v九種固定輸出電壓型號(hào)，25oc時(shí)負(fù)載誤差小于0.7%，溫度于1.4%,輸出電流可達(dá)200ma.，能夠滿足各個(gè)傳感器組的輸入電源的要求。adp3330的封裝形式為sot23-6，并且adp3330外圍電路只須兩個(gè)0.47f的電容就能實(shí)現(xiàn)所需的電壓轉(zhuǎn)換。所需電路及相關(guān)器件如圖3-2所示。 圖3-2 汽車防盜系統(tǒng)電源二次降壓的實(shí)現(xiàn)通過(guò)adp3330-xx線性電壓轉(zhuǎn)換

40、電路，可以將一次降壓提供的9v電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)中央處理器、以及各個(gè)傳感器電路所需電壓，以供各部作為電源使用。3.2防盜系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊防盜系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊由微波多普勒傳感器組、振動(dòng)傳感器組、霍爾器件組和熱釋電紅外傳感器組組成，用于汽車防盜信息的采集以及數(shù)據(jù)的初步融合處理5。3.2.1利用微波多普勒傳感器對(duì)入侵范圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)微波是電磁波輻射的一種形式，在電磁波譜中微波就介于無(wú)線電波和紅外線之間，頻率為300mhz到300ghz，相應(yīng)波長(zhǎng)1mm到1 m.。它以波的形式向四周輻射，當(dāng)波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于物體尺寸時(shí)，微波具有似光性。當(dāng)波長(zhǎng)和物體尺寸有相同量級(jí)時(shí)，微波又近似于聲學(xué)特性。微波傳感器的基本原理是根據(jù)微波反射、

41、透射、散射、干涉等物理特性的改變以及被測(cè)材料的電磁特性的相對(duì)變化，通過(guò)對(duì)微波基本參數(shù)變化的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)非電量的轉(zhuǎn)換。 由于波源或觀察者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而出現(xiàn)的觀測(cè)頻率與波源頻率不同的現(xiàn)象被稱為多普勒效應(yīng)。多普勒效應(yīng)可以發(fā)生在波的各個(gè)頻段，如光波、聲波以及微波頻段等，其主要現(xiàn)象是：當(dāng)波源與觀測(cè)者靠近時(shí)頻率升高，兩者遠(yuǎn)離時(shí)頻率降低。 微波多普勒傳感器是利用微波的反射特性和多普勒效應(yīng)制成的傳感器件。當(dāng)波源的發(fā)射波投射到運(yùn)動(dòng)的物體上時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，反射波或散射波的頻率會(huì)發(fā)生變化。若將發(fā)射波與反射波混頻，取出頻差，即可檢測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于微波相干性好，多普勒法測(cè)量在原則上沒(méi)有死區(qū)的存在，可對(duì)360度

42、的一個(gè)圓區(qū)域進(jìn)行探測(cè)。利用微波多普勒測(cè)速傳感器可以測(cè)量電磁場(chǎng)中物體的運(yùn)動(dòng)，將檢測(cè)到的人運(yùn)動(dòng)引起的電磁波頻率之變化量作為控制信號(hào)，進(jìn)而對(duì)步行的人進(jìn)行非接觸式的有效監(jiān)控。因此將微波多普勒測(cè)速傳感器用于汽車防盜系統(tǒng)，就可以在汽車周圍設(shè)置一個(gè)全方位的預(yù)警監(jiān)測(cè)空間。微波多普勒傳感器采用agilis通訊技術(shù)公司的hb100微波運(yùn)動(dòng)傳感器模塊。hb100的多普勒效應(yīng)收發(fā)機(jī)模塊利用介質(zhì)諧振振蕩器和微帶接插天線技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)低電流消耗、高溫穩(wěn)定性、高靈敏度和扁平外形。微波多普勒監(jiān)測(cè)模塊的電路原理如圖3-3所示。其中，a圖為hb100信號(hào)采集及處理電路，u1為微波多普勒發(fā)生/接收模塊，u2為相關(guān)阻容器件構(gòu)成濾波、

43、放大電路，rd5, rd6, cd5用于設(shè)定輸出電壓信號(hào)的中心值，并將監(jiān)測(cè)電路的上電時(shí)間進(jìn)行延遲以防止系統(tǒng)由于過(guò)早啟動(dòng)引起誤報(bào)警。b圖3-3 微波多普勒監(jiān)測(cè)模塊原理圖圖為模塊電源輸入接口。c圖為模塊控制信號(hào)和信號(hào)輸出端口。d圖為窗口式比較器，用以實(shí)現(xiàn)傳感信息的初步融合：即將hb100輸出的電壓信號(hào)與設(shè)定的閉值相比較，比較的結(jié)果是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并送入中央處理模塊。這樣不但能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器信息的初步融合，而且該信號(hào)可以作為其它傳感器的開(kāi)啟信號(hào)，與開(kāi)關(guān)電源聯(lián)合使用能夠?qū)崿F(xiàn)降低系統(tǒng)功耗的功能。e圖為開(kāi)關(guān)電源，采用電源管理芯片adp3330-5.0, adp3330-5.0不但能為傳感器及其信號(hào)

44、處理電路提供高精度的電源電壓，而且微處理器通過(guò)向其sd引腳輸入高低電平控制電源輸出的開(kāi)閉，進(jìn)而可以控制整個(gè)模塊的開(kāi)啟與關(guān)閉。微波多普勒監(jiān)測(cè)模塊是整個(gè)防盜系統(tǒng)的第一級(jí)模塊，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)定的預(yù)警范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)物體的監(jiān)測(cè)。當(dāng)預(yù)警范圍內(nèi)有特定速率的運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，模塊向中央輸出警報(bào)信號(hào)，由中央處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理5。3.2.2利用加速度傳感器對(duì)車體振動(dòng)與傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)對(duì)車體的振動(dòng)與傾斜狀況進(jìn)行測(cè)量，可以對(duì)竊賊采用拖吊法盜竊車輛以及破壞車體的現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警。動(dòng)態(tài)加速度的測(cè)量可以用于振動(dòng)檢測(cè)，利用靜態(tài)的重力加速度作為輸入矢量，就可以確定物體的空間方向。因此可以利用adxl202e同時(shí)對(duì)車體的振動(dòng)和傾斜角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。ad

45、xl202e采用lcc-8 ( 8 pins leadless chip carrier)封裝，體積僅為5 mm × 5mm × 2mm，其封裝和引腳如圖3-4所示圖3-4 adxl202e 封裝引腳結(jié)構(gòu)圖(1)利用adxl202e進(jìn)行振動(dòng)與傾角測(cè)量的基本原理 adxl202e是analog device公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的低成本、低功耗、單芯片集成雙軸加速度傳感器。35.25v單電源供電，工作電流小于6ma，可以測(cè)量0-5khz，±2g范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)加速度，60hz時(shí)分辨率為2mg，可以輸出數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，應(yīng)用溫度范圍為-40+125oc。在采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行測(cè)量

46、時(shí)，只要利用微處理器的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器端口分別采集信號(hào)的工作周期脈寬t1和工作周期的時(shí)間長(zhǎng)度t2，利用公式3-5就可以得出被測(cè)加速度的值。計(jì)算公式為：a(g)=(t1 /t20.5)12.5% (3-5)信號(hào)示意圖如圖3-5所示。利用模擬信號(hào)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以直接應(yīng)用從xfilt、yfilt引腳輸出的模擬信號(hào)。也可以將xout、yout引腳輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行rc濾波，重新恢復(fù)成模擬信號(hào)。第一種方法輸出信號(hào)帶寬比較寬，但需外加電壓跟隨器才能帶載。第二種方法可以對(duì)輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，但頻率響應(yīng)特性較低。采用何種輸出方法，需根據(jù)具體的使用條件進(jìn)行確定。圖3-5數(shù)字輸出加速度的計(jì)算方法(2)adxl2

47、02e的汽車防盜應(yīng)用方案 adxl202采用3.3v直流電源的供電，為降低電源對(duì)傳感器的干擾，在引腳vdd和公共接地端com之間須連接0.1f的去藕電容。由于芯片與微處理器共用一個(gè)供電電源，在電源與vdd間需增加一個(gè)磁珠或100的電阻，以減小數(shù)字信號(hào)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的干擾。 t2引腳外接625k的rset電阻，將輸出的數(shù)字信號(hào)的周期確定為5ms，即頻率為200hz。從xout、yout輸出的數(shù)字信號(hào)直接輸入微處理器的計(jì)數(shù)器定時(shí)器端口，以便進(jìn)行重力加速度的測(cè)量，從而可以得出車體傾角的變化。從xfilt、yf1lt引腳輸出模擬信號(hào)經(jīng)電壓跟隨器提高帶載能力后，送入微處理器的戶a/d端口，以進(jìn)行對(duì)車體

48、微小振動(dòng)的測(cè)量。 汽車防盜中，車體傾斜角度的測(cè)量要求其信號(hào)具有很小的噪聲，需限制信號(hào)帶寬。而對(duì)于振動(dòng)的測(cè)量，則需要10200hz的較寬信號(hào)范圍。首先，將xfilt、yfilt引腳的濾波電容cx, cy設(shè)定為0.027f，這樣輸出的數(shù)字、模擬信號(hào)的帶寬全都限制在200hz以下，再將adxl202輸出的帶寬為200hz的數(shù)字和模擬信號(hào)分別經(jīng)過(guò)低通濾波和高通濾波，就可以獲得傾斜、振動(dòng)監(jiān)測(cè)所需帶寬的信號(hào)。 監(jiān)測(cè)汽車微小振動(dòng)所需信號(hào)由xfilt、yfilt端口獲得。由于在xfilt、 yfilt端口輸出的模擬信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過(guò)200hz低通濾波，需將信號(hào)經(jīng)10hz高通濾波，才能達(dá)到振動(dòng)監(jiān)測(cè)所需的10200hz

49、帶寬要求。另外，從xfilt、yfilt端口輸出的模擬信號(hào)無(wú)帶負(fù)載的能力，可以將帶通濾波后的信號(hào)送入電壓跟隨器，以提高其帶負(fù)載的能力。然后，將信號(hào)送入微處理器的a/d端口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)采樣定理，采樣頻率不能低于信號(hào)頻率的二倍，微處理器采樣頻率最少為400hz，即最少每2.5ms采樣一次。利用軟件積分器測(cè)量振動(dòng)的能量。將微處理記錄的16次振幅采樣值的絕對(duì)值求和，就可以得到40ms內(nèi)振動(dòng)的能量。如果這個(gè)絕對(duì)值之和超過(guò)設(shè)定的數(shù)字閉值，微處理器就可以進(jìn)行報(bào)警。3.2.3利用霍爾開(kāi)關(guān)器件對(duì)車門的開(kāi)關(guān)進(jìn)行監(jiān)測(cè)(1)霍爾效應(yīng)簡(jiǎn)介 當(dāng)電流垂直外磁場(chǎng)方向通過(guò)導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片時(shí)，在薄片垂直于電流和磁場(chǎng)方向的兩

50、側(cè)表面之間會(huì)產(chǎn)生電位差的現(xiàn)象，稱為霍爾效應(yīng)。所產(chǎn)生的電位差稱作霍爾電勢(shì)，它是由于運(yùn)動(dòng)載流子受到磁場(chǎng)力的作用(稱為洛侖茲力)，而在薄片兩側(cè)分別形成電子、正電荷的積累所致。圖3-6 霍爾效應(yīng)原理圖 如圖3-6所示的一塊長(zhǎng)為l，寬為，厚為d的n型半導(dǎo)體薄片，位于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的磁場(chǎng)中，b垂直于1。平面。沿1通電流i, n型半導(dǎo)體中的載流子電子將受到b產(chǎn)生的洛倫茲力fb的作用。在力fb的作用下，電子向半導(dǎo)體片的一個(gè)側(cè)面偏轉(zhuǎn)，在該側(cè)面上形成電子的積累，而在相對(duì)的另一側(cè)面上因缺少電子而出現(xiàn)等量的正電荷。在這兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生霍耳電場(chǎng)eh。由于存在eh，半導(dǎo)體片兩側(cè)面間出現(xiàn)電位差uh，稱為霍耳電勢(shì)。(2)霍爾開(kāi)

51、關(guān)器件a3210e的基本原理a3210e是allegro micro-systems公司出品的霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)器件。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)，開(kāi)關(guān)打開(kāi)，輸出電平為低，磁極遠(yuǎn)離時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，輸出電平為高電平。該類傳感器的功耗非常低，a3209e的功耗低達(dá)400 w，特別適合低功耗場(chǎng)合，在掌上電腦等電池供電的手持設(shè)備上有著廣泛的應(yīng)用。封裝形式有貼片式和單列直插式兩種，應(yīng)用溫度范圍-40+85oc。 該傳感器是在單一硅芯片上集成霍爾電壓發(fā)生器、微小信號(hào)放大器、斬波電路、鎖相器，以及場(chǎng)效應(yīng)管器件。當(dāng)外加磁場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)發(fā)生變化時(shí)，霍爾電壓發(fā)生器產(chǎn)生微小的電壓變化，經(jīng)斬波處

52、理后送入放大器，再經(jīng)鎖相器鎖相后，由場(chǎng)效應(yīng)管輸出高低電平信號(hào)。斬波技術(shù)雖然可以提高信號(hào)的穩(wěn)定性，也會(huì)造成信號(hào)頻響的延遲，但由于a3210e系列傳感器采用了較高的采樣頻率，提高了采樣的速度，就相對(duì)減小了響應(yīng)延遲的影響。(3)a3210e的汽車防盜應(yīng)用方案 單個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)器件的原理圖如圖3-7所示。由于a3210e的功耗極低，最大工作電流小于3ma，可以由微處理器的i/o直接驅(qū)動(dòng)。在輸入端靠近芯片a3210e的位置處，應(yīng)設(shè)置c1=0.1f的旁路電容，可以減小外部噪聲和內(nèi)部斬波對(duì)傳感器信號(hào)的影響。輸出旁路電容c2為輸出的跳變信號(hào)提供能量。r1用于器件的保護(hù)。圖3-7 單個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)器件的應(yīng)用原理圖 霍爾

53、器件組的設(shè)計(jì)是將多個(gè)霍爾器件分布在汽車四個(gè)車門，將每個(gè)開(kāi)關(guān)器件的輸出信號(hào)送至器件組的局部決策中心進(jìn)行融合，這里將四個(gè)車門的警報(bào)等級(jí)看作相同，可以直接采用硬件進(jìn)行“或”運(yùn)算，得到融合結(jié)果送至中央處理模塊。信號(hào)處理電路的示意圖如3-8所示。如果認(rèn)為車的前后門的警報(bào)等級(jí)不同，可以將圖3-8中代表兩個(gè)前門的信號(hào)以及后門信號(hào)分別融合，然后將各自的結(jié)果送至中央處理模塊，中央處理模塊不同的權(quán)值進(jìn)行融合處理，具體處理方法可根據(jù)用戶的要求分別處理6。圖3-8 霍爾開(kāi)關(guān)器件的局部信息融合3.2.4利用熱釋電紅外傳感器對(duì)人體入侵進(jìn)行監(jiān)測(cè)(1)熱釋電紅外傳感器的基本原理 由于電石、酒石酸鉀鈉(羅謝爾鹽)、鈦酸鋇等晶體

54、受熱產(chǎn)生溫度變化時(shí)，其原子排列將發(fā)生變化，晶體自發(fā)極化，在其兩表面產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)。產(chǎn)生的電荷q與溫度t的關(guān)系為:q=pat (3-6)其中，p熱釋電系數(shù)，大小取決于晶體材料；a為晶體受熱表面積。熱釋電紅外線傳感器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型敏感元件。由于其獨(dú)特的優(yōu)越性，所以在近年來(lái)已被廣泛應(yīng)用于各種防盜報(bào)警器電路系統(tǒng)中。 熱釋電紅外線傳感器能將波長(zhǎng)為514m之間的紅外信號(hào)變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并能對(duì)自然界中的白光信號(hào)具有抑制作用。任何高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)放出紅外線，其表面的溫度越高，紅外輻射的峰值波長(zhǎng)就越短。人體可輻射出中心波長(zhǎng)為9l0m的紅外線，而用于人體檢測(cè)的紅外傳感器波長(zhǎng)靈敏度特性在0.220m范圍內(nèi)幾乎是穩(wěn)定不變的。在硅片表面上貼上截止波長(zhǎng)為710m的濾光片，于是就得到只對(duì)人體溫度范圍敏感的熱釋電紅外線傳感器。在被動(dòng)紅外探測(cè)器的警戒區(qū)內(nèi)，當(dāng)無(wú)人體移動(dòng)時(shí)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的只是背景溫度，當(dāng)人體進(jìn)人警戒區(qū)，熱釋電紅外感應(yīng)器感應(yīng)到的是人體溫度與背景溫度的差異信號(hào)，因此，熱釋電紅外傳感器探測(cè)的是感應(yīng)到的移動(dòng)物體與背景物體的溫度的差異。 在實(shí)際應(yīng)用中，單個(gè)傳感器的探測(cè)靈敏度仍然是比較低的，目前所用的光學(xué)透鏡大致有反射式、透射式和折射式三種。(