基于有限狀態(tài)機(jī)的車身防盜報警的實現(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)入以及是否非法點火，從而實現(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)和正常點火實現(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，如果檢測到點火信號有效，則認(rèn)為是非法點火，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)入或非法點火的情況，會通過四門兩蓋或點火信號的開關(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，有很好的實用價值和借鑒意義。