应用传感器技术实现防盗功能

发布者:平和梦想最新更新时间:2013-01-07 来源: 21IC 关键字:传感器技术  防盗功能  CC1010 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

  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。

  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。

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硬件实现

  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技术制成,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。[page]

  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。

图2  RF 收发部分的电路

  图中, C31为输入匹配电容, L32为输入匹配电感,同时L32还用于阻止直流偏置信号的输入; C41、C42和L41共同实现发射输出电路的匹配。通过CC1010内部的发射/接收开关电路,使得收发器通过同一个50Ω的天线进行发射/接收操作。L1 , C8和C9组成一个低通滤波器,用以滤除高频谐波,并且增加了频率的选择性,其阻抗为50Ω。元器件参数既可以按照CC1010datasheet上所给的值,也可利用Chipcon公司的SmartRF Studio软件得到。

  2.1.2  CC1010 与加速度传感器的接口电路设计

  本无线采集系统采用了Freescale 公司最新推出的一款低成本、单芯片、三轴加速度传感器MMA7260.该微型电容式加速传感器融合了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术,提供了4 种加速度测量范围,分别为±1.5 g , ±2 g , ±4 g 和±6 g.考虑到前文将阈值定为0.2 g ,故设置参数将测量范围定为±1.5 g.在CC1010 与MMA7260 的接口中,首先要考虑噪声问题。因为MMA7260 内部采用了开关电容滤波器, 有时钟噪声产生, 所以需要在MMA7260 的XOU T ,YOU T 和ZOU T 三个输出端分别接RC 滤波器;其次要考虑电压匹配问题,由于x , y , z 轴方向的电压输出是0.45~2.85 V ,CC1010 的ADC 最大输入范围是0~V DD .此处,V DD = 3.3 V ,其范围恰好在ADC的输入范围之内, 所以不用考虑额外的分压电阻。CC1010 和MMA7260 的接口电路如图3 所示。R31 / C31 , R41 / C41 , R51 / C51 用于滤除MMA7260 内部采样的开关噪声,GS1 ,GS2 用于量程选择。

图3 CC1010 与加速度传感器的接口电路

  2.2装置构建

  定义节点1启动模式为事件触发模式,即节点经常处于低功耗的休眠模式,当节点在z轴向上有一定的移动时,加速度传感器能采集到加速度信息,便通知单片机激活节点为发送模式;当节点静止,即加速度传感器采集到加速度为0时,节点自动进入休眠模式,以减少功耗,并在主人离开座位前,将节点1固定于PC上。

  据调查,主人在火车上离开电脑的时间不会太久,故系统将节点2 (LED灯上并接蜂鸣片)设置为接收模式,板内烧有一个判决程序:通过对火车晃动引起加速度的收集及综合分析,设定确定的阈值,阈值大于火车晃动引起的加速度小于异常移动引起的加速度。随身携带节点2 ,只要笔记本一有异常移动便会报警。由于节点数只有2个,系统可以快速建立通信;而且节点尺寸为37.67 mm×25.80 mm ,适合车厢内狭小的空间应用。

  通过随时随地修改C语言源代码和变换传感器模块(通过扩展插槽) ,还可以组建其他功能无线通信网:可以用1号板监视温度传感器变化,用2号板远程监视温度变化;可以增加无线节点板建设更复杂的多节点无线传感器网络(Simplici TI单个网络最多可以支持255个节点)。综上所述,可以定义“随用随建”为:通过几个简单的无线节点板和基本配置的PC ,随时随地快速组建一个基于Simplici TI通信协议的WSN ,实现信息的采集、处理、传输功能。它最大能容纳256个节点(包括网关) ,且可以随时修改源代码实现多种功能。这样既方便又最大程度地节省了成本和功耗。完成任务后,节点自动转入休眠模式,收回节点,按键关闭节点电源。

  3测试结果及分析

  通过测试从时延、功耗和误报率等几方面*价防盗器的性能。

  (1)时延。为了节能,开启节点电源后其处于休眠模式。经过大量的实验室测试,节点从休眠到工作激活的时延为15 ms ,设备搜索时延一般为30 ms ,活动设备信道接入时延为15 ms ,理想时延共60 ms ,但考虑到车厢内电磁环境复杂,影响传播因素较多,把时延定为0.1 s.

  (2)功耗。以433 MHz频率为标准,在正常工作模式下,所有引脚都工作的电流消耗为14.8 mA ;睡眠模式下为0.2μA ;节能模式下为29.4μA.整个系统的大部分时间处于休眠节能模式,如果PC有人为移动,就通过事件触发机制再次唤醒该节点的单片机。系统一旦进人节能模式,通过电源管理电路,将除单片机、射频模块和硬件看门狗以外器件的供电切断,这时只有硬件看门狗、单片机的串口中断逻辑和射频模块消耗电能,可以最大限度地节约电能。

  (3)误报率。误报率是系统最复杂、最难解决的问题。在此,提出利用判决程序、计算阈值,通过判断是否超过阈值来决定是否报警,在大大降低了误报率的同时,尽可能地避免漏报。

  4结语

  无线传感器网络被认为是21世纪最重要的技术之一。在此,基于WSN ,着眼解决笔记本等贵重物品的防盗问题,设计出微功耗笔记本防盗器。文章创新点在于:

  (1)通过分析大量的火车晃动所引起的x , y , z轴加速度数据和一般人移动PC所引起的加速度数据,利用统计方法确定一个阈值。阈值大于火车正常晃动加速度;小于人为移动加速度。利用阈值编写判决程序,判断笔记本是否为异常移动而进行报警。

  (2)提出了“随用随建”的概念,使网络可以随时随地快速组建,大大地拓展了防盗器的应用场合;采用事件触发模式来激活节点,大大降低了节点和系统的功耗。

关键字:传感器技术  防盗功能  CC1010 引用地址:应用传感器技术实现防盗功能

上一篇:浅析可编程控制器(PLC)在内圆切割机中的应用
下一篇:S7-200 PLC在太阳能跟踪控制系统中的应用

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 22:30

传感器技术应用广有效提升安防智能化
    传感器是一种能感受信息,并实现将感受到的信息进行传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。   随着与传感器技术相关的各种软硬件技术的不断发展和进步,多传感器信息融合至今已形成和发展成为一门信息综合处理的专门技术,并很快推广应用到工业机器人、智能检测、自动控制、交通管理和医疗诊断等多种领域。在广泛应用的过程当中,多传感器信息融合技术也越来越受到人们的普遍关注。   多传感器信息融合技术的基本原理就像人的大脑综合处理信息的过程一样,将各种传感器进行多层次、多空间的信息互补和优化组合处理,最终产生对观测环境的一致性解释
[安防电子]
爱盛科技携最新磁传感器技术即将亮相2016上海中国电子展
迈向第88届的中国电子展暨上海亚洲电子展(AEES),将于2016年11月8日-11月10日在上海新国际博览中心举办,爱盛科技将于W1馆的1A103展位展出今年最新的地磁传感器产品及技术,并在现场设置技术人员提供技术交流及咨询服务。针对今年受到嘱目的无人机、VR、AR、及IoT应用,爱盛科技将展示其相关产品和技术,现场还将实地演示协助众多无人机工程师解决炸机及航向偏移问题的相关解决手法及材料。 爱盛科技董事长暨执行长赖孟煌介绍: 本次将展出全线产品,包括地磁传感器及电流传感模块,而以下三款产品都是得到市场认同或是对于市场需求响应,预计会有较大影响力的拳头产品。 无人机市占率最高的IST8310:采用3mmx3mm LGA包装,
[工业控制]
爱盛科技携最新磁<font color='red'>传感器技术</font>即将亮相2016上海中国电子展
传感器技术未来发展方向及战略目标解读
传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。在测试系统中,被作为一次仪表定位,其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息,并将其转换成另一形态的信息。 具体地说传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受(或响应)与检出功能,并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。如果没有传感器对被测的原始信息进行准确可靠的捕获和转换,一切准确的测试与控制都将无法实现,即使最现代化的电子计算机,没有准确的信息(或转换可靠的数据),不失真的输入,也将无法充分发挥其应有的作用。 传感器未来技术方展方向 1、MEMS工艺和新一代固态传感器微结构制造工艺:深反应离子刻蚀(DRIE)工艺或IGP工艺;封装工艺:如常温键合
[嵌入式]
意法半导体(ST)发布 iNEMO® 智能传感器技术
中国,2012年1月18日 ——横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商、世界最大的消费电子和便携设备MEMS(微机电系统)传感器供应商 意法半导体(STMicroelectronics,简称ST;纽约证券交易所代码:STM)今天推出一个内缝新的 ST iNEMO®多传感器运动协处理器的智能服装原型设计,这项设计能够识别用户身体的复杂运动,并将其快速、准确地转换成数字模型。iNEMO身体运动重构技术(iBMR) 可改善临床治疗和运动治疗以及增强实境应用的最终效果,例如,用户可以在自己的跑道上与世界长跑冠军并肩跑步。 通过在用户的大臂、小臂、大脚、小腿上各连接一个微型多传感器节点,在后背上连接两个多传感器节点(还可以手、脚或头
[传感器]
Acconeer 创新的 3D 传感器技术现通过 Digi-Key 全球发售
美国明尼苏达州锡夫里弗福尔斯市——Acconeer AB 与全球电子元器件分销商Digi-Key Electronics 签署了一项新的经销协议,其 A1 SRD 雷达传感器现通过 Digi-Key 面向全球现货发售。 A1 雷达传感器基于独特的专利技术,能以超低功耗实现毫米级精度。该传感器采用 PCR(脉冲相干雷达)技术,具有多项突出优点,例如只需消耗几微瓦功率即可实现极高范围的分辨率,同时还具备特有的可与其它设备整合的可能性。这款传感器精度高、电流消耗低,具有动作与手势识别和材料识别功能,而且易于整合。  Acconeer 首席执行官 Lars Lindell 表示,“我们非常高兴能与 Digi-Key 一同推出这款创
[半导体设计/制造]
阻抗测量方法在传感器技术中地应用
  实际应用中的电路元件要比理想电阻复杂得多,并且呈现出阻性、容性和感性特性,它们共同决定了阻抗特性。阻抗与电阻的不同主要在于两个方面。首先,阻抗是一种交流(AC)特性;其次,通常在某个特定频率下定义阻抗。如果在不同的频率条件下测量阻抗,会得到不同的阻抗值。通过测量多个频率下的阻抗,才能获取有价值的元件数据。这就是阻抗频谱法(IS)的基础,也是为许多工业、仪器仪表和汽车传感器应用打下基础的基本概念。   电子元件的阻抗可由电阻、电容或电感组成,更一般的情况是三者的组合。可以采用虚阻抗来建立这种模型。电感器具有的阻抗为j L,电容器具有的阻抗为1/j C,其中j是虚数单位, 是信号的角频率。采用复数运算将这些阻抗分量组合起来。阻抗的虚
[测试测量]
阻抗测量方法在<font color='red'>传感器技术</font>中地应用
智能家居及心脑健康监测中的传感器技术应用
11月21日,有中国科技第一展之称的2016深圳高交会闭幕。据悉,此次展会共37个国家23000多个项目参展和入库,参展人次达58.9万人,平均每个展位每天接待240位专业观众。   2016深圳高交会现场,中国联通展示智能家居模型及相关传感器设备。   在本届高交会现场,不少企业推出了智能家居、智能驾驶等物联网领域最新研发成果供观众体验,精准、细致是不少观众体验后的最大感触。   中国联通展出的“沃家总管”模型,吸引了不少客商与观众上前咨询。在现场,烟雾传感器、红外移动传感器、摄像头、门磁传感器等设备在该模型中一应俱全,提供的是覆盖整个家具的全套解决方案。其中,智能阀门机械手,还能在感知到水浸传感器、烟雾传感器等出现不安全因素的
[安防电子]
智能家居及心脑健康监测中的<font color='red'>传感器技术</font>应用
基于传感器技术的汽车挡风玻璃防雾系统研究
   挡风玻璃防雾的重要性   随着我国经济这几年来的迅速发展,一架汽车,对于我们老百姓来说,再也不是一件可望而不可求的事情了,根据统计,2008年我国汽车的销售量已经突破870万辆,但是在我国汽车工业高速发展,给人们带来方便和欢乐的同时,隐患也随之而来。2007年我国共发生道路交通事故327209起,造成81649人死亡,380442人受伤,直接财产损失12亿元,这样的道路事故发生率是远远超过了西方发达国家的平均水平,而在上面的道路事故发生的起因中,有相当一部分事故的发生是因为在冬天,或者下雨天的时候,由于挡风玻璃出现雾气造成司机视线模糊不清,从而引发了道路事故的发生。   当今,有很多型号的车都具备了“除雾档”按钮,对于
[嵌入式]
热门资源推荐
热门放大器推荐
  •  pdf文件传感器技术 (宋爱国)
  •  pdf文件传感器与检测技术 (胡向东)
  •  pdf文件传感器原理及检测技术 (梁福平)
  •  pdf文件无线传感器网络原理及应用 (唐宏)
  • 系统发生错误

    系统发生错误

    您可以选择 [ 重试 ] [ 返回 ] 或者 [ 回到首页 ]

    [ 错误信息 ]

    页面错误!请稍后再试~

小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved