传感器技术在防盗技术方面的应用

　　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。

　　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