传感器在笔记本防盗器中的应用.doc
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1、传感器在笔记本防盗器中的应用摘要:近年来针对笔记本等个人贵重物品被盗时有发生这一现状,设计出一种基于加速度传感器的低功耗无线防盗器。提出仅通过2 个节点构建成最简单的无线传感器网络,传递PC 移动信息,通知主人迅速做出反应,避免笔记本的丢失。通过硬件电路设计和软件编程烧写使整个网络得以驱动,并通过实验测验达到了预期的报警效果。解决了一般防盗器价格昂贵,系统复杂,体积较大,时延较长的缺点。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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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 ms ; t = 0.245 s。据式(1) 可计算出a 3.332 ms2 , 约为0.340 g
7、 ,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0.35 mCMOS 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IO 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。图2 RF 收发部分的电路图中, C31 为输入匹配
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- 关 键 词:
- 传感器 笔记本 防盗器 中的 应用
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