基于有限狀態(tài)機(jī)的車身防盜報警的實(shí)現(xiàn)
引言：
隨著汽車保有量的增長，汽車安全防盜問題愈加重要?，F(xiàn)在大部分車都實(shí)現(xiàn)了防盜報警（anti thief alarm,縮寫ATA）功能，主要是通過超聲波檢測的方式判斷是否存在非法進(jìn)入【1】，然后啟動聲光報警。這種方式可以有效檢測出非法進(jìn)入，但也存在誤報的可能，給周邊環(huán)境帶來很大的困擾。在筆者為某車型設(shè)計的集成式車身控制器中，通過檢測解鎖閉鎖動作、點(diǎn)火狀態(tài)、車身狀態(tài)和防盜狀態(tài)綜合判斷是否安全鎖車、是否暴力進(jìn)入以及是否非法點(diǎn)火，從而實(shí)現(xiàn)安全鎖車和防盜報警功能，本文首先介紹防盜報警單元（以下簡稱ATA）的工作原理及其狀態(tài)機(jī)的設(shè)計，然后介紹了聲光警示、安全鎖車的機(jī)制及其軟件實(shí)現(xiàn)。
ATA工作原理：
一個有效的ATA單元需要正確觸發(fā)報警警示動作，同時避免誤觸發(fā)報警給用戶帶來的不便，這是通過判斷是否正常進(jìn)入車內(nèi)和正常點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)的。
首先在進(jìn)行鎖車時，通過喇叭和轉(zhuǎn)向燈提示用戶安全鎖車，只有當(dāng)四門兩蓋狀態(tài)（四個車門開關(guān)、發(fā)動機(jī)蓋開關(guān)、行李箱開關(guān)）全部為關(guān)閉狀態(tài)且點(diǎn)火信號無效時才能安全鎖車。安全鎖車后進(jìn)入防盜狀態(tài)，對四門兩蓋狀態(tài)及點(diǎn)火信號進(jìn)行監(jiān)測【2】，如果未經(jīng)解鎖動作而檢測到車門或行李箱或發(fā)動機(jī)蓋被打開，則認(rèn)為是非法進(jìn)入，如果檢測到點(diǎn)火信號有效，則認(rèn)為是非法點(diǎn)火，這時通過喇叭和轉(zhuǎn)向燈啟動聲光報警，進(jìn)行解鎖動作或者在5秒中內(nèi)檢測到點(diǎn)火鑰匙ON/OFF切換兩次，停止報警回到正常狀態(tài)。ATA結(jié)構(gòu)如圖1所示：
圖1：ATA結(jié)構(gòu)示意圖
Figure 1:ATA Structure Schematic
ATA單元在鑰匙鎖車和解鎖動作下進(jìn)行門鎖控制的同時，以狀態(tài)機(jī)的形式實(shí)現(xiàn)防盜報警狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)，同時伴隨著一些警示動作向用戶提示當(dāng)前的車身狀態(tài)，下面首先對防盜報警狀態(tài)及其跳轉(zhuǎn)進(jìn)行分析，描述狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的過程，然后描述車身狀態(tài)警示動作的設(shè)計。
ATA狀態(tài)機(jī)設(shè)計：
根據(jù)汽車使用方式和安全防盜的需要，設(shè)計以下幾個狀態(tài)：正常狀態(tài)NORMAL、防盜狀態(tài)SECURITY、等待退出防盜狀態(tài)QUIT_SECURITY、報警狀態(tài)ALARM，正常狀態(tài)對應(yīng)汽車被正常使用的狀態(tài)，防盜狀態(tài)對應(yīng)安全鎖車后的狀態(tài)，等待退出防盜狀態(tài)是個中間暫態(tài)，對應(yīng)在防盜狀態(tài)中，用戶解鎖車門而不打開的情況，報警狀態(tài)對應(yīng)非法進(jìn)入或非法點(diǎn)火的狀態(tài)。下面以狀態(tài)機(jī)的方式介紹下這四種ATA狀態(tài)的跳轉(zhuǎn)。狀態(tài)圖如圖2所示：
圖2 ATA狀態(tài)圖
Figure 2:ATA State diagram
在四門兩蓋全閉、點(diǎn)火信號無效的條件下，鑰匙遙控閉鎖或前門閉鎖，ATA進(jìn)入SECURITY狀態(tài)，此時啟動對車身狀態(tài)和解鎖動作的監(jiān)測；在SECURITY狀態(tài)下檢測到四門兩蓋打開或點(diǎn)火信號有效，進(jìn)入ALARM狀態(tài)，這時啟動聲光報警，在SECURITY狀態(tài)下解鎖，進(jìn)入QUIT_SECURITY狀態(tài)；QUIT_SECURITY是一個中間暫態(tài)，它至多維持20s時間，超時則自動閉鎖并再次進(jìn)入SECURITY狀態(tài)，這樣可以防止用戶誤按遙控解鎖鍵帶來的安全性問題，如果在此期間車門打開，則進(jìn)入NORMAL狀態(tài)；在ALARM狀態(tài)下，報警一個循環(huán)后檢測到四門兩蓋全閉且點(diǎn)火信號無效，返回SECURITY狀態(tài)，也可以通過解鎖或者在5S內(nèi)點(diǎn)火信號ON/OFF切換兩次而進(jìn)入正常狀態(tài)。具體代碼設(shè)計在此不再贅述。
ATA警示動作：
由ATA狀態(tài)機(jī)可以看出，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的條件為解鎖閉鎖動作、四門兩蓋狀態(tài)和點(diǎn)火信號，ATA需要在狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的過程中根據(jù)這些條件進(jìn)行相應(yīng)的提示和警示【3】。
在鎖車時，根據(jù)四門兩蓋狀態(tài)以及點(diǎn)火信號，判斷是否可以安全鎖車，如果可以，則執(zhí)行閉鎖動作，同時轉(zhuǎn)向燈閃爍一次、喇叭鳴響一次；如果四門兩蓋存在打開或微開的狀況，不執(zhí)行閉鎖動作，同時轉(zhuǎn)向燈閃爍三次、喇叭鳴響三次，提示車主檢查某個未關(guān)上的車門或行李箱或發(fā)動機(jī)蓋。解鎖則比較簡單，轉(zhuǎn)向燈閃爍兩次以示區(qū)別即可。
在安全鎖車進(jìn)入防盜狀態(tài)后，BCM進(jìn)入低功耗模式，同時使能四門兩蓋及點(diǎn)火信號的開關(guān)中斷喚醒功能，當(dāng)存在非法進(jìn)入或非法點(diǎn)火的情況，會通過四門兩蓋或點(diǎn)火信號的開關(guān)狀態(tài)體現(xiàn)出來，這時喚醒CPU，同時啟動聲光報警-轉(zhuǎn)向燈閃爍、喇叭鳴叫40s，循環(huán)四次，退出報警狀態(tài)則停止聲光報警。
對于四種ATA狀態(tài)，則通過一個功率非常小的報警LED燈的閃爍方式進(jìn)行區(qū)分，NORMAL狀態(tài)下LED熄滅，SECURITY狀態(tài)和ALARM狀態(tài)采取周期為4s、占空比為10%的PWM方式閃爍，在暫態(tài)QUIT_SECURITY狀態(tài)下，LED以200ms為周期快速閃爍。
下面給出喇叭警示相關(guān)的代碼，其中喇叭控制DrivePort和時間計時部分的代碼TimerStart和TimerStop【4】等在此不再贅述。
void HornTweet(HornOper mode)
{
if(SILENCE==mode){
if(SILENCE!=Alarm_spkr_cyout){
DrivePort(ALARM_SPKR_OUT,DRIVEOFF);
TimerStop(SPKR_FLASH_MS);
TimerStop(SPKR_PERIOD_3S);
TimerStop(SPKR_SHOUT_30MS);
Alarm_spkr_cyout=SILENCE;
}
}else if((TWEETONCE==mode)||(TWEETTWICE==mode)||(TWEET3TIMES==mode)){
if(mode!=Alarm_spkr_cyout){
DrivePort(ALARM_SPKR_OUT,DRIVEON);
if(TWEETONCE==mode){
TimerStart(SPKR_FLASH_MS,360,0,1);
}else if(TWEETTWICE==mode){
TimerStart(SPKR_FLASH_MS,360,0,3);
}else if(TWEET3TIMES==mode){
TimerStart(SPKR_FLASH_MS,360,0,5);
}
Alarm_spkr_cyout=mode;
}
}
}
安全鎖車
安全鎖車是ATA單元的一個重要組成部分，如圖2所示，它也是進(jìn)入防盜狀態(tài)的關(guān)鍵觸發(fā)條件。在四門兩蓋全閉、點(diǎn)火信號無效的條件下，按下遙控閉鎖開關(guān)或轉(zhuǎn)動前門鑰匙孔可以觸發(fā)安全鎖車。為了避免誤鎖車，需要對前門鑰匙閉鎖開關(guān)和遙控閉鎖開關(guān)進(jìn)行一定的消抖和過濾，同樣的情況也適用于解鎖操作，誤解鎖對于汽車安全的影響不言而喻【5】。
對于ATA單元來說，前門鑰匙閉鎖開關(guān)是一個物理開關(guān)信號，遙控閉鎖開關(guān)按下時每隔一定周期會發(fā)送相應(yīng)的RF報文，在一定時間間隔內(nèi)檢測是否存在遙控閉鎖開關(guān)按下的RF報文可以判斷該開關(guān)是按下狀態(tài)還是松開狀態(tài)，把它們統(tǒng)一為開關(guān)信號，邏輯上對應(yīng)以下三個變量：switch_state開關(guān)狀態(tài)、swon_event無效到有效的變化、swoff_event有效到無效的變化【6】，需要閉鎖開關(guān)維持150ms的按下時間，才認(rèn)為是有效的閉鎖信號，該部分的消抖程序原理是統(tǒng)計開關(guān)按下的維持時間是否超過150ms，程序如下所示：
CountOver=CountTimes(FRONTDOORKEY_LOCK_SWITCH,FRONTDRKEY_LOCK_150MS,&Fdkey_lock150ms_validtimes);
if(1==CountOver){
CountOver=0;
if(1==Fdkey_lock150ms_validtimes){
Fdkeydrivdr_lk_signal=1;
}
Fdkey_lock150ms_validtimes=0;
}else{
;
}
CountTimes函數(shù)如下所示：
uchar CountTimes(SwId SwitchId,TimerId TmId,uchar* ValidTimes)
{
uchar CountOver;
CountOver=0;
if(1==Sw[SwitchId].swon_event){
TimerStart(TmId,150,0,1);
}else if(1==Sw[SwitchId].swoff_event){
TimerStop(TmId);
}else{
;
}
if(1==TM[TmId].overflow_flag){
TM[TmId].overflow_flag=0;
CountOver=1;
if(ON==Sw[SwitchId].switch_state){
(*ValidTimes)++;
}else{
;
}
}else{
;
}
return CountOver;
}
當(dāng)開關(guān)按下，啟動150ms的定時器，定時器超時，CountOver=1，這時判斷開關(guān)在此150ms期間的有效次數(shù)ValidTimes是否為1，便可以判斷是否有效的閉鎖信號。
結(jié)語
本文設(shè)計的ATA單元以人機(jī)操作和汽車狀態(tài)兩個方面交互推進(jìn)車身防盜報警狀態(tài)的流轉(zhuǎn)，邏輯嚴(yán)密，功能設(shè)計合理，準(zhǔn)確報警并有效避免了誤報，是一個很好的防盜報警解決方案，有很好的實(shí)用價值和借鑒意義。
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