一种基于气压式感应的汽车入侵检测系统及其实现方法与流程

本发明涉及汽车防盗系统及其防盗方法，尤其涉及一种基于气压式感应的汽车入侵检测系统及其实现方法。

背景技术：

随着经济的快速发展，汽车的保有量迅速增加，与此同时，汽车被盗的数量也呈上升趋势，因此，各种汽车防盗系统应运而生。目前汽车防盗手段已经非常多，特别是结合国内外相关技术及企业自主研发，已经具有了机械式、电子式、网络式等多种汽车防盗技术，然而这些防盗技术仅仅是针对于汽车整车被盗，即使出现车辆被盗也还有被找回的可能性。

在众多防盗产品中，主要是通过震动来触发报警，而这种方式容易受周围环境因素影响，如汽车从旁边经过、放鞭炮、打雷等等，很容易产生误报，并且在报警后发出高分贝的声音提醒，容易扰民。

中国专利CN101301880A公开了一种汽车防盗系统及其防盗方法，包括手机系统、气压传感器、定位系统机放大电路。气压传感器与放大电路连接，放大电路及定位系统均与手机系统连接，当汽车的车门被开启或车窗被破坏时，气压传感器感测车内的气压变化并产生气压变化信号进行放大信号，放大电路对气压传感器感测的气压变化信号进行方法，手机系统接收方法电路输出的信号并利用手机系统的实时通信功能向车主发出汽车被盗信息，定位系统发出汽车的位置信息以确定汽车当前位置便于实时跟踪汽车。但是该专利中无法确认气压变化是汽车开门导致，还是外界因素导致，误报率较大。目前也有通过从汽车OBD口(On-BoardDiagnostic,车载诊断系统)来获取车辆故障状态，如车门状态、后备箱状态，检测到异常后通过某种方式告知用户来采取措施。然而，由于汽车种类的繁多，各家在OBD口都一定程度上都采用了私有协议，这类产品的兼容性无法做到所有车辆都兼容，需要对不同车型做匹配、测试，消耗大量的研发时间，甚至于部分这类产品会导致汽车无法使用，这将给用户选择造成一定的困扰，反而给用户带来不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于气压式感应的汽车入侵检测系统及其实现方法，压力传感器检测汽车车厢内、后备箱内的空气压力变化，当满足汽车开门引起的压力变化条件时，启动入侵复核系统，进一步地通过微波传感器进行复核来确定是否为非法入侵的检测方法，并能够立即将该非法入侵信息告知用户以使用户及时采取应对措施，给用户提供生活安全服务。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于气压式感应的汽车入侵检测系统，包括单片机处理系统以及与单片机处理系统连接的车内气压检测系统、报警单元；

所述单片机处理系统包括单片机处理器，以及连接在单片机处理器外围的时钟振荡单元、供电单元、复位单元；

所述车内气压检测系统包括：

气压传感器，用于检测汽车内部的压力变化信号，并将压力变化信号转换为电压信号；

第一放大单元，其输入端与气压传感器的输出端连接，用于放大气压传感器检测到的车内压力变化的电压信号；

第一整形单元，其输入端与第一放大单元的输出端连接，用于对所述第一放大单元传送的电压信号进行整形；

还包括入侵复核系统，所述入侵复核系统包括：

微波传感器，用于检测汽车周围的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号；

第二放大单元，其输入端与微波传感器的输出端连接，用于放大微波传感器检测到的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号；

第二整形单元，其输入端与第二放大单元的输出端连接，用于对所述第二放大单元传送的电压信号进行整形；

所述第一整形单元和第二整形单元的输出端均与单片机处理器的中断触发端口连接，第一整形单元和第二整形单元输出的信号用于唤醒单片机处理器内部的A/D转换模块；

所述第一放大单元和第二放大单元的输出端均同时与单片机处理器的A/D转换端口连接，当单片机处理器内部的A/D转换模块被唤醒后，单片机处理器通过A/D转换端口采集第一放大单元或第二放大单元的模拟信号；

所述单片机处理器与微波传感器之间还设置有触发单元，当单片机处理器判断汽车内部的压力变化信号超过单片机处理器内部的设定值时，触发微波传感器工作，采集汽车周围的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号。

进一步地，还包括与单片机处理器连接的传输单元，当汽车遭受外部入侵时，用于向用户发送警报信息。

优选地，所述气压传感器采用驻极体话筒。

再进一步地，所述第一放大单元与第二放大单元的电路结构相同，包括依次连接的信号放大电路和低通滤波电路，所述信号放大电路由第一运算放大器IC1A及其外围的若干电阻器、电容器、可调电位器组成；所述低通滤波电路由第二运算放大器IC1B滤波电路及其外围的若干电阻器、电容器组成；且所述第二运算放大器IC1B的输出端分别通过两个电阻器分支为两路输出信号，一路输出信号供给单片机处理器的A/D转换端口，另一路输出信号供给第一整形单元/第二整形单元。

更进一步地，所述第一整形单元与第二整形单元的电路结构相同，均包括上窗口比较器电路和下窗口比较器电路，所述上窗口比较器电路和下窗口比较器电路分别由第三运算放大器IC1C和第四运算放大器IC1D及其外围的若干电阻器、电容器组成；第一放大单元/第二放大单元的输出信号经由上窗口比较器电路、下窗口电路后分别向单片机处理器提供正向整形波形和负向整形波形。

本发明还提供了该汽车入侵检测系统的实现方法，包括以下步骤：

S1、车内气压变化检测：气压传感器采集汽车内部的压力变化信号，经过第一放大单元、第一整形单元后传送至单片机处理器；

S2、气压变化中断信号判断：单片机处理器若接收到第一整形单元发送的中断信号ST100，则执行步骤S3；否则，继续执行步骤S1；

S3、气压变化信号采集与判断：启动单片机处理器内部的A/D转换模块，采集第一放大单元的输出信号ST101；同时，单片机处理器检测第一整形单元输出的波形，并累计输出波形为低电平信号的时间ST102：若检测到第一整形单元230的输出波形超过1秒无变化，则执行步骤S4；否则，继续执行S3；

S4、汽车开门条件判断：单片机处理器判断第一整形单元输出波形为低电平信号的时间ST102内，第一放大单元的输出信号ST101是否满足汽车开门引起的气压变化条件：如果输出信号ST101满足汽车开门引起的气压变化条件，启动入侵复核系统，执行步骤S5；否则，继续执行步骤S3；

S5、入侵复核系统启动：微波传感器启动，采集汽车周围的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号,经过第二放大单元、第二整形单元后传送至单片机处理器；

S6、微波中断信号判断：单片机处理器判断是否接收到第二整形单元发送的中断信号ST110：如果接收到第二整形单元发送的中断信号ST110，则执行步骤S8；否则，继续执行步骤S6；

S7、微波信号采集与判断：启动单片机处理器内部的A/D转换模块，采集第二放大单元的输出信号ST111；同时，单片机处理器检测第二整形单元输出的波形，并累计输出波形为低电平信号的时间ST112：若接收到一次低电平信号之后输出波形超过1秒无变化，则执行步骤S8；否则，继续执行S7；

S8、人体移动条件判断：单片机处理器判断第二整形单元输出波形为低电平信号的时间ST112内，第二放大单元的输出信号ST111是否满足人体移动条件：如果输出信号ST111满足人体移动的条件，则表明当前汽车内部的气压变化量由人体开门导致，即汽车遭受外部入侵，则报警单元发出警报，并通过传输单元将警报信息发送至车主；如果输出信号ST111不满足人体移动的条件，则表明汽车未遭受外部入侵，无需发出警报。

进一步地，所述步骤S4中，当输出信号ST101满足汽车开门引起的气压变化条件时，通过触发单元启动微波传感器。

更进一步地，所述步骤S5中，当微波传感器启动后，单片机处理器优先处理第二放大单元以及第二整形单元的信号。

更进一步地，所述步骤S8中，单片机处理器对第二放大单元的输出信号ST111是否满足人体移动条件进行判断后，微波传感器暂停工作，直至被触发单元再次触发。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明的入侵检测系统通过气压传感器对汽车车内气压变化的检测，并通过微波传感器进行复核，能有效的解决汽车不同车型、厂家的个体差异，不受汽车结构本身的限制，有较好的通用性；同时，通过本发明所述的方法，不需要更改汽车上的线路，就能较好地实现汽车入侵检测，使用方便，通过气压与微波的双鉴复核的方法，有效降低误报，提高了入侵检测系统的可靠性。

(2)本发明中第一放大单元和第二放大单元中通过可调电位器调整放大倍数，有效解决了因气压传感器、微波处传感器个体差异造成的放大信号不一致的情况，提高了精确度。

(3)本发明方法中微波传感器常态为待机状态，只有当气压传感器的气压变化信号满足汽车开门引起的气压变化条件后，触发单元才触发微波传感器启动，减少单片机处理器的运算负荷；而且，一旦微波传感器启动，单片机处理器优先处理第二放大单元、第二整形单元的信号，提高响应速度。

附图说明

图1是本发明的控制系统框图。

图2是本发明中第一放大单元的电路图。

图3是本发明中第一整形单元的电路图。

图4是本发明中压力传感器信号经过第一放大单元的波形示意图。

图5是图4中的放大信号经过第一整形单元后的波形示意图。

图6是本发明中单片机处理系统的电路图。

图7是本发明中触发单元的电路图。

图8是本发明的控制流程图。

附图中的部分零部件名称为：

110-单片机处理器，120-时钟振荡单元，130-供电单元，140-复位单元，210-气压传感器，220-第一放大单元，230-第一整形单元，300-报警单元，410-微波传感器，420-第二放大单元，430-第二整形单元，440-触发单元，500-传输单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种基于气压式感应的汽车入侵检测系统，包括：单片机处理系统、车内气压检测系统、入侵复核系统；所述单片机处理系统包括单片机处理器110，以及连接在单片机处理器110外围的时钟振荡单元120、供电单元130、复位单元140；

所述车内气压检测系统包括：

气压传感器210，用于检测汽车内部的压力变化信号，并将压力变化信号转换为电压信号；

第一放大单元220，其输入端与气压传感器210的输出端连接，用于放大气压传感器210检测到的反应车内压力变化的电压信号；

第一整形单元230，其输入端与第一放大单元20的输出端连接，用于对所述第一放大单元220传送的电压信号进行整形；

所述入侵复核系统包括：

微波传感器410，用于检测汽车周围的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号；

第二放大单元420，其输入端与微波传感器410的输出端连接，用于放大微波传感器410检测到的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号；

第二整形单元430，其输入端与第二放大单元420的输出端连接，用于对所述第二放大单元420传送的电压信号进行整形；

所述第一整形单元230和第二整形单元430的输出端均与单片机处理器110的中断触发端口连接，第一整形单元230和第二整形单元430输出的信号用于唤醒单片机处理器110内部的A/D转换模块；

所述第一放大单元220和第二放大单元420的输出端均同时与单片机处理器110的A/D转换端口连接，当单片机处理器110内部的A/D转换模块被唤醒后，单片机处理器110通过A/D转换端口采集第一放大单元220和第二放大单元420的模拟信号；

所述单片机处理器110与微波传感器410之间还设置有触发单元440，当单片机处理器110判断汽车内部的压力变化信号超过单片机处理器110内部的设定值时，触发微波传感器410工作，采集汽车周围的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号。

本发明的汽车入侵检测系统还包括与单片机处理器连接的报警单元300和传输单元500，当单片机处理器110根据车内气压检测系统和入侵复核系统的信号判定汽车遭受外部入侵时，通过报警单元300发出警报，同时通过传输单元500向用户发送信息。

气压传感器210采用驻极体话筒，驻极体话筒由驻极体薄膜和背极构成，驻极体薄膜上有自由电荷，当空气压力发生变化时驻极体薄膜会产生特定频率的振动，进而产生交变的电压信号，从而使得气压传感器210能够采集空气压力变化所产生的电压信号。

微波传感器410主要由微波振荡器和微波天线组成，微波振动器产生振荡微波信号后通过微波天线发射出去；由微波天线发射出的微波，遇到被测物体时将被吸收或反射，使微波功率发生变化。接收天线接收通过被测物体或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号。

如图2所示，第一放大单元220包括信号放大电路和低通滤波电路；气压传感器210的气压变化信号InPut1经过电阻器R11、电容器C11做一次滤波处理后与基准电压VCC进行叠加，然后经由第一运算放大器IC1A、以及由电阻器R12、电阻器R13、电容器C12、电容器C13、可调电位器Rw1组成的放大倍数调整电路进行放大，放大倍数调整电路中电阻器R12作为负反馈，当因气压传感器个体差异以及其他因素导致在标准条件下放大信号不一致时，可通过可调电位器Rw1进行微调，确保放大后信号的一致性；以第二运算放大器IC1B为核心的低通滤波电路，将经由第一运算放大器IC1A放大的信号进行低通滤波，使得第一放大单元220的电压信号为所需频率范围内的电压信号；第二运算放大器IC1B的输出端分别通过电阻器R17、电阻器R18分支为两路输出信号，一路输出信号OutPut1与单片机处理器110的A/D转换端口连接，另一路输出信号OutPut2与下一级的第一整形单元230连接。

如图3所示,第一整形单元230通过上窗口比较器电路和下窗口比较器电路实现对第一整形单元230放大、滤波后的电压信号进行整形。第一放大单元220的输出信号OutPut2与第一整形单元的输入信号InPut2，上窗口比较器电路由第三运算放大器IC1C、电阻器R21、电阻器R22、电阻器R23组成，基准电压VCC经电阻器R21、电阻器R22分压后的窗口电压VTHH流入第三运算放大器IC1C与输入信号InPut2进行比较，第三运算放大器IC1C的输出信号经过电阻器R23后获得一正向整形波形OutPut3；同样的下窗口比较器电路由第四运算放大器IC1D、电阻器R24、电阻器R25、电阻器R26组成，基准电压VCC经电阻器R24、电阻器R25分压后的窗口电压VTHL流入第四运算放大器IC1D与输入信号InPut2进行比较，第四运算放大器IC1D的输出信号经过电阻器R26后获得一负向整形波形OutPut4。

经过第一放大单元220放大后的波形如图5所示，既是第一整形单元的输入信号InPut2的波形，也是单片机处理器110采集的气压变化放大信号波形；当InPut2≥VTHH，则上窗口比较器输出信号OutPut3为低电平；当InPut2<VTHH，则上窗口比较器输出信号OutPut3为高电平；当InPut2≤VTHL，则下窗口比较器输出信号OutPut4为低电平；当InPut2>VTHL，则下窗口比较器输出信号OutPut4为高电平；输出信号OutPut3、输出信号OutPut4的波形高低电平变化将传送给单片机处理器110，并产生中断信号来唤醒单片机处理器110，同时，单片机处理器110累计上、下窗口输出信号为低电平的波形图如图6所示。

第二放大单元420与第一放大单元220、第二整形单元430与第一整形单元230的电路结够相同，只需对电阻器、电容器的容阻值进行调整；第二放大单元420的两路输出信号分别为OutPut1’、OutPut2’，第二整形单元430的两路输出信号分别为OutPut3’、OutPut4’。

如图6所示，单片机处理器110的中断触发端口PA01、PA02分别与第一整形单元230的两路输出信号OutPut3、OutPut4相连接，另一中断触发端口PA04、PA05分别第二整形单元430的两路输出信号OutPut3’、OutPut4’相连接；单片机处理器110的A/D转换端口PA03与第一放大单元220的放大输出信号OutPut1相连接，A/D转换端口PA06与第二放大单元420的放大输出信号OutPut1’相连接。

如图7所示，触发单元440为一微波传感器410的使能控制单元，分别由电阻器R31、R32、R33、三极管Q31组成，单片机处理器110的触发信号InPut5经电阻器R31输入，当触发信号InPut5为高电平时三极管Q31不导通，从而输出信号为OutPut5为R33的下拉信号，也即低电平，微波传感器410不工作；当需要触发微波传感器410工作时，InPut5输入信号为低电平，三极管Q31导通，OutPut5输出信号为高电平，从而微波传感器410立即启动并搜素周围人体移动引起微波信号。

如图8所示，本发明还提供了该汽车入侵检测系统的实现方法，包括以下步骤：

S1、车内气压变化检测：气压传感器210采集汽车内部的压力变化信号，经过第一放大单元220、第一整形单元230后传送至单片机处理器110；

S2、气压变化中断信号判断：单片机处理器110若接收到第一整形单元230发送的中断信号ST100，则执行步骤S3；否则，继续执行步骤S1；

S3、气压变化信号采集与判断：中断信号ST100将单片机处理器110从休眠模式或者其他模式唤醒，单片机处理器110内部的A/D转换模块采集第一放大单元210的输出信号ST101；同时，单片机处理器110累计第一整形单元230上、下窗口比较器输出信号为低电平的时间ST102，当检测到整形单元输出波形超过1秒无变化，则执行步骤S4；否则，继续执行S3；

参考图5和图6的波形，分别记录图中标注的t1到t2的时间为dt1、t2到t3的时间为dt2、t3到t4的时间dt3、波形超时检测时间t4到t5的时间为timeout，即：

dt1＝t2–t1；

dt2＝t3–t2；

dt3＝t4–t3；

timeout＝t5–t4；

S4、汽车开门条件判断：当timeout时间超过1秒时，分别判断dt1、dt2、dt3是否都满足不同环境条件下测试的参考值范围，并结合从t1时间开始到t5时间段内单片机处理器A/D转换端口采集的信号ST101进行分析，验证这段时间段内的数据是否存在毛刺、波峰值、波谷值是否在允许的幅度范围内，并根据用户自行选择的灵敏度自动调节参考值，最终确定气压变化是否为汽车开门引起的气压变化条件：如果输出信号ST101满足汽车开门引起的气压变化条件，执行步骤S5；否则，继续执行步骤S3；

S5、入侵复核系统启动：微波传感器410常态为待机状态，只有当气压传感器210的气压变化信号满足汽车开门引起的气压变化条件后，单片机处理器110通过触发单元440触发微波传感器410启动，开始采集汽车周围的人体移动引起的频率变化所产生的电压信号,经过第二放大单元420、第二整形单元430后传送至单片机处理器110；

S6、微波中断信号判断：单片机处理器110接收到第二整形单元430发送的中断信号ST110，则执行步骤S8；否则，继续执行步骤S6；

S7、微波信号采集与判断：第二整形单元430发送的中断信号ST110将单片机处理器110从其他模式唤醒，优先处理第二放大单元420、第二整形单元430的信号，单片机处理器110内部的A/D转换模块开始采集第二放大单元430的输出信号ST111；同时，单片机处理器110累计第二整形单元430上、下窗口比较器输出为低电平信号的时间ST112，若检测到第二整形单元430输出波形超过1秒无变化，则执行步骤S8；否则，继续执行S7；

S8、人体移动条件判断：单片机处理器110对时间ST112内采集的第二放大单元420的输出信号ST111是否满足人体移动条件进行判断：如果输出信号ST111满足人体移动的条件，则表明当前汽车内部的气压变化量由人体开门导致，即汽车遭受外部入侵，则报警单元300可通过声或等作出相应的警示，同时，传输单元500将该报警信息通过无线通讯方式通知用户汽车遭受外部入侵，用户收到该入侵信息后及时采取应对措施；如果输出信号ST111不满足人体移动的条件，则表明汽车未遭受外部入侵，无需发出警报，继续检测。

当单片机处理器110对第二放大单元420的输出信号ST111是否满足人体移动条件进行判断后，微波传感器410再次回到待机状态，暂停工作，直至被触发单元440再次触发。

本发明的检测系统及方法通过单片机处理器对汽车内部的空气压力变化发生响应后，再通过微波传感器探测进行核实汽车内的空气压力变化是否是人为开门所引起的，避免如大风、放鞭炮、打雷、音爆等环境因素导致汽车内空气压力发生变化造成的误报警。本发明的方法可用于汽车车内物品防盗、车辆防盗上，同时也可以用于其他具有一定密封环境空间内的物品防盗。由于该检测方法对安装位置要求不高，只要空间内的空气变化能通过该装置，该入侵检测方法就能准确地检测到，因此，用户可以在任何地方方便地使用该装置。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。