一種車載劫持報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

0   引言

出租車、網(wǎng)約車等車輛服務(wù)作為大眾出行的方式之一，方便出行的同時(shí)也帶來了安全隱患。近年來網(wǎng)約車快速發(fā)展，但伴隨著乘車安全事件的頻繁發(fā)生，隨著用戶安防意識(shí)的提高，司機(jī)和乘客的人身安全問題目前已經(jīng)成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)^[1]。當(dāng)乘車人員安全受到威脅時(shí)，司機(jī)或乘客可主動(dòng)撥打報(bào)警電話或者求救電話進(jìn)行報(bào)警，但是當(dāng)受害人的行為受到限制不便撥打電話時(shí)，這種報(bào)警方式成功率較低，難以有效保障乘車安全。因此，有效的報(bào)警方法及裝置的設(shè)計(jì)成為新的研究熱點(diǎn)。

現(xiàn)有的啟用全球定位系統(tǒng)（GPS）進(jìn)行定位和“一鍵報(bào)警”應(yīng)用程序進(jìn)行報(bào)警的出租車，因?yàn)楦鞣N原因使GPS系統(tǒng)形同虛設(shè)，危急情況下GPS報(bào)警系統(tǒng)的按鈕無法真正實(shí)現(xiàn)隱蔽報(bào)警，用戶安全依舊沒有保障^[2]。滴滴出行在司機(jī)和乘客的應(yīng)用軟件（APP）客戶端分別設(shè)置“一鍵報(bào)警”模塊，但該方法需要司機(jī)或乘客在APP上點(diǎn)擊相應(yīng)的報(bào)警功能才能呼叫運(yùn)營方介入，報(bào)警方法仍然十分被動(dòng)。基于現(xiàn)有乘車安全報(bào)警方法所存在的缺陷以及局限。在本文中設(shè)計(jì)并研究了一種更加有效的車載劫持報(bào)警系統(tǒng)方案。

1   系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本車載劫持報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是當(dāng)司機(jī)或乘客在乘車過程中遇到危險(xiǎn)時(shí)，可以利用這個(gè)報(bào)警系統(tǒng)快速報(bào)警求救，盡快脫離危險(xiǎn)并保障個(gè)人安全。該系統(tǒng)具有報(bào)警、錄音取證、液晶屏顯示、蜂鳴器求救、煙霧噴發(fā)功能，由核心模塊、電源模塊、傳感模塊、報(bào)警模塊、救助模塊、錄音取證模塊六個(gè)部分構(gòu)成。該報(bào)警系統(tǒng)中，外力作用于傳感模塊后，經(jīng)過其中的壓力傳感器發(fā)送1個(gè)信號(hào)給核心模塊，位于核心模塊中的單片機(jī)接收到來自傳感模塊的信號(hào)后，實(shí)時(shí)處理并激活報(bào)警系統(tǒng)，并向報(bào)警模塊、救助模塊和錄音取證模塊發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相關(guān)執(zhí)行裝置工作。系統(tǒng)總體方案原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

2   系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 核心模塊

核心模塊主要執(zhí)行系統(tǒng)控制功能，并且通過串口完成其與其他功能模塊的通信。本設(shè)計(jì)中采用SPCE061A單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制芯片，它是一款由凌陽科技公司自行研發(fā)并推出的16位微處理器芯片，具有高集成度和優(yōu)越的性能，如功率損耗低、處理速度快等優(yōu)點(diǎn)，能非常容易且快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。此外，SPCE061A具備音頻轉(zhuǎn)換通道以及自動(dòng)增益控制電路（AGC），連接當(dāng)大電路后即可完成語音播放，是一款經(jīng)濟(jì)實(shí)用并且尤其適用于語音識(shí)別的單片機(jī)^[3]。

2.2 傳感模塊

傳感模塊主要由壓力傳感器和放大電路構(gòu)成，用于壓力的檢測和接收信號(hào)的放大。其中，壓力傳感器是對(duì)重量敏感的一種元器件，采用電橋平衡原理。其中的彈性元件在壓力的作用下產(chǎn)生彈性形變從而形成電壓信號(hào)，傳感器將電壓信號(hào)輸送到放大電路中，進(jìn)一步放大信號(hào)^[4]。LM386運(yùn)算放大電路可在單電源和雙電源條件下工作，且具有較寬的電壓工作范圍，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用LM386放大電路。

當(dāng)報(bào)警人按下報(bào)警系統(tǒng)的啟動(dòng)按鈕時(shí)，通過該模塊中的壓力傳感器感受到壓力信號(hào)后轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并經(jīng)過LM386放大電路后將電信號(hào)進(jìn)行放大處理，然后驅(qū)動(dòng)核心模塊，SPCE061A單片機(jī)發(fā)出指令激活報(bào)警模塊，使報(bào)警系統(tǒng)開始工作。

2.3 報(bào)警模塊

報(bào)警模塊按不同的功能分成110報(bào)警、液晶屏報(bào)警、蜂鳴器報(bào)警3個(gè)子系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)如下。

1）110報(bào)警

110報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)基于GSM模塊。采用Siemens公司推出的高性能GSM模塊TC35i實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送。TC35i GSM模塊具有功耗低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，支持RS232串口，并且提供短信服務(wù)等功能，通過AT指令進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)接口可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)^[5]。系統(tǒng)中設(shè)計(jì)這部分模塊的作用主要體現(xiàn)在當(dāng)壓力傳感器獲取到信息并輸送到核心模塊后，SPCE061A單片機(jī)控制TC35i GSM模塊發(fā)送求助短信給110進(jìn)行報(bào)警。

此外，系統(tǒng)還采用GPS、北斗雙定位^[6]，給接警人員提供車輛所在位置的經(jīng)緯度信息，方便出警人員快速定位、提高解救效率。

2）液晶屏與聲音報(bào)警

液晶屏報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于車載液晶顯示屏，當(dāng)接收到來自核心模塊的信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)液晶屏使其對(duì)外顯示“SOS”等字樣的求救信號(hào)，引起周邊注意來幫助救援。聲音報(bào)警功能則通過蜂鳴器裝置來實(shí)現(xiàn)，蜂鳴器裝置收到相應(yīng)指令后驅(qū)動(dòng)程序并發(fā)聲，利用聲音引起周圍司機(jī)和行人的注意，從而起到震懾作用。

在這一報(bào)警模塊中，110報(bào)警和液晶屏報(bào)警均設(shè)計(jì)為一級(jí)報(bào)警系統(tǒng)，只要用戶啟動(dòng)了車載報(bào)警系統(tǒng)，則實(shí)時(shí)開啟報(bào)警模塊中的這兩個(gè)子系統(tǒng)完成隱蔽式報(bào)警。若干分鐘后，若還未得到任何救援，則啟動(dòng)第二級(jí)報(bào)警，即蜂鳴器報(bào)警，開啟蜂鳴器能快速引起附近人的注意，爭取救援。

2.4 救助模塊

救助模塊中主要設(shè)計(jì)了1個(gè)煙霧裝置，由光耦器件、繼電器、煙霧噴發(fā)器等部件構(gòu)成。啟動(dòng)報(bào)警后，核心模塊中的SPCE061A利用其IOA15引腳驅(qū)動(dòng)光耦器件工作，繼電器線圈部分得電、觸點(diǎn)開關(guān)閉合，進(jìn)而煙霧噴放裝置開啟[5]。設(shè)置這一模塊的目的是，迷惑劫匪誤以為車輛發(fā)生故障，也可以通過煙霧來干擾劫匪的行動(dòng)，為受害人提供自救或者他救的機(jī)會(huì)。

2.5 錄音模塊

錄音模塊的功能是進(jìn)行現(xiàn)場錄音，保留證據(jù)。該模塊的硬件電路主要由音頻輸入和音頻輸出兩部分組成[5]。

1）音頻輸入電路。由駐極體話筒和單片機(jī)的內(nèi)置AGC電路所構(gòu)成的錄音模塊。工作原理是：將模擬音頻信號(hào)通過駐極體話筒轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，濾除直流成分后，利用單片機(jī)的內(nèi)置放大器放大音頻信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)AGC電路隨時(shí)跟蹤并監(jiān)視放大器輸出的信號(hào)電平，適時(shí)調(diào)整放大器增益以保證最佳電平進(jìn)入A/D電路。

2）音頻輸出電路。由喇叭和LM386放大電路構(gòu)成音頻播放模塊。這部分的工作原理是：將由錄音模塊所錄制并存儲(chǔ)在寄存器中的數(shù)字信號(hào)讀取出來，利用SPCE061A中內(nèi)置的DAC將數(shù)字音頻信號(hào)還原成為模擬音頻信號(hào)，輸入功率放大電路之后，模擬音頻信號(hào)得到放大，從而驅(qū)使喇叭發(fā)聲。

3   系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

車載劫持報(bào)警系統(tǒng)在用戶按下報(bào)警鍵后電源接通，系統(tǒng)自行啟動(dòng)，即報(bào)警模塊、救助模塊和錄音模塊開始工作。系統(tǒng)啟動(dòng)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)啟動(dòng)流程

由圖2可見，報(bào)警系統(tǒng)是否開啟由傳感模塊中是否檢測到壓力信號(hào)所決定。當(dāng)存在壓力作用時(shí)，經(jīng)過壓力傳感器轉(zhuǎn)化為可用并且可輸出的電信號(hào)，并經(jīng)由放大電路放大，激活核心模塊，報(bào)警系統(tǒng)正式啟動(dòng)，再由核心模塊同時(shí)激活報(bào)警模塊、救助模塊以及錄音模塊。報(bào)警系統(tǒng)的工作流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)工作流程

4   結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一種具備110報(bào)警、液晶屏報(bào)警、聲音報(bào)警、煙霧噴發(fā)以及錄音取證等求救方式的多功能車載劫持報(bào)警系統(tǒng)。文章首先介紹了系統(tǒng)的整體構(gòu)架以及需要實(shí)現(xiàn)的功能，然后從硬件和軟件實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)闡述。本文中所設(shè)計(jì)的車載劫持報(bào)警系統(tǒng)適用于出租車或網(wǎng)約車司機(jī)和乘客遭遇危險(xiǎn)的情況，具備多種求救方式，因此能夠盡可能地在危險(xiǎn)來臨時(shí)保障個(gè)人的乘車安全。

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（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志社2020年12月期）