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应用传感器技术实现防盗功能

作者:时间:2012-12-20来源:网络收藏

0引言

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/159613.htm

  随着社会经济的不断发展,笔记本日益普及,随之带来的PC安全问题也日渐显着。在有些场合随身携带笔记本很不方便,例如在乘火车旅行中,当主人去洗手间,此时如何防止、杜绝小偷盗走笔记本是个亟待解决的问题。如今广泛的汽车已很成熟,但相对成本较高,且无需考虑电源问题,而PC就必须解决这些问题;还要体积小,能随时安装在PC上。在此,提出仅使用2个基于Simplici TI通信协议的节点(带有加速度)进行点对点通信,完成防盗

  1总体方案

  系统设计方案非常简单。一般来讲火车车厢全长26.6 m ,而无线网络(wireless sensor net2works ,WSN)的通信距离在几十米到几百米之间,一般为30 m ,因此一个节点就可以完全覆盖整个车厢。在系统中只有2个节点(不需PC协助) :节点1作为发信者,节点2作为收信者,组成最简单的网络,不需跳转。系统的结构简单,使得传输时延非常小,比较适合在上文中提到的场合。

  1.1方案实施

  将火车车厢分为2个区:1区是PC所在位置,即主人的座位,人未离开时,1区是安全的;2区是车厢内除去1区的其余位置。当主人因事进入2区时,1区将成为盲区, PC也将变得不安全。方案实施步骤如框图1所示。

方案实施步骤

  实施步骤:

  (1)小偷B企图移动电脑;

  (2)电脑的移动导致固定在上面的节点1移动;

  (3)节点1上的加速度获取速度信息,节点1上的RF芯片将速度信息发送出去;

  (4)节点2接收到信息,通过预定程序判断速度PC是否属于异常移动,若是则触发蜂鸣器进行报警,反之则不响应;

  (5)主人A听到报警后迅速回到座位,避免PC丢失。

  1.2防盗器原理

  严格地讲,系统只有2个节点:节点1 (固定)是一个带有加速度的无线传感模块,用于采集、处理速度信息,然后射频芯片将信息发送出去;节点2 (移动)是一个带有蜂鸣器的无线传感模块,用于判断节点1发送的速度信息是否超过既定阈值,以决定是否触发蜂鸣器进行报警。

  理想情况下火车在匀速行驶时加速度为零,但在转弯、换轨等情况下将会有一定的三维加速度。设火车前进方向为x轴、前进方向的左侧为y轴、上侧为z轴。考虑到车体较长,铁轨较平等特点,且根据经验知,在正常转弯、换轨等情况下,车体主要为左右晃动和前后加速,上下震动很少。若设x轴加速度为a x , y轴加速度为a y ,z轴加速度为a z ,则ax , ay均大于零,而az接近于零。当PC相对于火车静止时,小偷若想移动它势必会在3轴上都引起加速度,这样车体晃动引起的加速度会和人为移动引起的加速度叠加,从而干扰判断给系统造成额外的计算负担。据此可以选用az作为判断笔记本是否移动的判决对象,因为一般情况下可以认为az即为人为移动引起的加速度。

  虽然车体震动引起的az可以近似为零,但在一些特殊情况下可能不为零。为了降低误报率,系统设定一定的缓冲值,使得防盗器能包容一些车体震动。但是为了能识别人为移动,这个缓冲值又不能超过人为移动引起的加速度,即为系统的判决阈值。

  现在通过简单实验获取数据来计算人为移动引起的az :随意从桌上拿起笔记本,重复10次,记录短距离10 cm)所用时间。得到10组数据如表1所示。

10组数据

利用表中的数据可计算平均用时(单位: s) 为:t = (0.25 + 0.24 + 0.23 + 0.22 + 0.22 + 0.23 +0.20 + 0.28 + 0.30 + 0.28) / 10 = 0.245位移公式如式(1) :

  式中:s,v0,a均为z轴上的向量。根据前文分析,s =10 cm;v0 = 0 m/ s;t = 0.245 s.据式(1)可计算出a≈3.332 m/ s2,约为0.340 g,即为az.为了降低误报率和最大程度识别人为移动PC,把阈值折衷定为0.20 g.

  2硬件

  系统只有2个节点,因此网络构建具有简单、迅速等特点,而且文章首次提出“随用随建”的概念。

  2.1节点设计

  系统采用Chipcon公司推出的单片、多频段、低功耗、超高频射频芯片CC1010.芯片采用0.35μmCMOS制成,内嵌高性能的8051微控制器、33通道10位ADC、4个定时器、2个PWM、2个UART、SPI及26个通用I/ O等。

  2.1.1 CC1010与天线间的RF收发电路的设计

  RF收发部分的电路如图2所示。


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