传感器在笔记本防盗器中的应用

0 　引　言

随着社会经济的不断发展,笔记本日益普及,随之带来的PC 安全防盗问题也日渐显著。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。如今应用广泛的汽车防盗技术已很成熟,但相对成本较高,且无需考虑电源问题,而PC 防盗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(带有加速度传感器) 进行点对点通信,完成防盗功能。

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 ,而无线传感器网络(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,比较适合应用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。

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 上的加速度传感器获取速度信息,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) 是一个带有加速度传感器的无线传感模块,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。