應(yīng)用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)防盜功能

　　圖2 RF 收發(fā)部分的電路

　　圖中， C31為輸入匹配電容， L32為輸入匹配電感，同時(shí)L32還用于阻止直流偏置信號(hào)的輸入； C41、C42和L41共同實(shí)現(xiàn)發(fā)射輸出電路的匹配。通過CC1010內(nèi)部的發(fā)射/接收開關(guān)電路，使得收發(fā)器通過同一個(gè)50Ω的天線進(jìn)行發(fā)射/接收操作。L1 , C8和C9組成一個(gè)低通濾波器，用以濾除高頻諧波，并且增加了頻率的選擇性，其阻抗為50Ω。元器件參數(shù)既可以按照CC1010datasheet上所給的值，也可利用Chipcon公司的SmartRF Studio軟件得到。

　　2.1.2 CC1010 與加速度傳感器的接口電路設(shè)計(jì)

　　本無線采集系統(tǒng)采用了Freescale 公司最新推出的一款低成本、單芯片、三軸加速度傳感器MMA7260.該微型電容式加速傳感器融合了信號(hào)調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補(bǔ)償技術(shù)，提供了4 種加速度測(cè)量范圍，分別為±1.5 g , ±2 g , ±4 g 和±6 g.考慮到前文將閾值定為0.2 g ,故設(shè)置參數(shù)將測(cè)量范圍定為±1.5 g.在CC1010 與MMA7260 的接口中，首先要考慮噪聲問題。因?yàn)镸MA7260 內(nèi)部采用了開關(guān)電容濾波器， 有時(shí)鐘噪聲產(chǎn)生， 所以需要在MMA7260 的XOU T ,YOU T 和ZOU T 三個(gè)輸出端分別接RC 濾波器；其次要考慮電壓匹配問題，由于x , y , z 軸方向的電壓輸出是0.45~2.85 V ,CC1010 的ADC 最大輸入范圍是0~V DD .此處，V DD = 3.3 V ,其范圍恰好在ADC的輸入范圍之內(nèi)， 所以不用考慮額外的分壓電阻。CC1010 和MMA7260 的接口電路如圖3 所示。R31 / C31 , R41 / C41 , R51 / C51 用于濾除MMA7260 內(nèi)部采樣的開關(guān)噪聲，GS1 ,GS2 用于量程選擇。

　　圖3 CC1010 與加速度傳感器的接口電路

　　2.2裝置構(gòu)建

　　定義節(jié)點(diǎn)1啟動(dòng)模式為事件觸發(fā)模式，即節(jié)點(diǎn)經(jīng)常處于低功耗的休眠模式，當(dāng)節(jié)點(diǎn)在z軸向上有一定的移動(dòng)時(shí)，加速度傳感器能采集到加速度信息，便通知單片機(jī)激活節(jié)點(diǎn)為發(fā)送模式；當(dāng)節(jié)點(diǎn)靜止，即加速度傳感器采集到加速度為0時(shí)，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，以減少功耗，并在主人離開座位前，將節(jié)點(diǎn)1固定于PC上。

　　據(jù)調(diào)查，主人在火車上離開電腦的時(shí)間不會(huì)太久，故系統(tǒng)將節(jié)點(diǎn)2 （LED燈上并接蜂鳴片）設(shè)置為接收模式，板內(nèi)燒有一個(gè)判決程序：通過對(duì)火車晃動(dòng)引起加速度的收集及綜合分析，設(shè)定確定的閾值，閾值大于火車晃動(dòng)引起的加速度小于異常移動(dòng)引起的加速度。隨身攜帶節(jié)點(diǎn)2 ,只要筆記本一有異常移動(dòng)便會(huì)報(bào)警。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)只有2個(gè)，系統(tǒng)可以快速建立通信；而且節(jié)點(diǎn)尺寸為37.67 mm×25.80 mm ,適合車廂內(nèi)狹小的空間應(yīng)用。

　　通過隨時(shí)隨地修改C語言源代碼和變換傳感器模塊（通過擴(kuò)展插槽） ,還可以組建其他功能無線通信網(wǎng)：可以用1號(hào)板監(jiān)視溫度傳感器變化，用2號(hào)板遠(yuǎn)程監(jiān)視溫度變化；可以增加無線節(jié)點(diǎn)板建設(shè)更復(fù)雜的多節(jié)點(diǎn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Simplici TI單個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持255個(gè)節(jié)點(diǎn)）。綜上所述，可以定義“隨用隨建”為：通過幾個(gè)簡單的無線節(jié)點(diǎn)板和基本配置的PC ,隨時(shí)隨地快速組建一個(gè)基于Simplici TI通信協(xié)議的WSN ,實(shí)現(xiàn)信息的采集、處理、傳輸功能。它最大能容納256個(gè)節(jié)點(diǎn)（包括網(wǎng)關(guān)） ,且可以隨時(shí)修改源代碼實(shí)現(xiàn)多種功能。這樣既方便又最大程度地節(jié)省了成本和功耗。完成任務(wù)后，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)轉(zhuǎn)入休眠模式，收回節(jié)點(diǎn)，按鍵關(guān)閉節(jié)點(diǎn)電源。

　　3測(cè)試結(jié)果及分析

　　通過測(cè)試從時(shí)延、功耗和誤報(bào)率等幾方面*價(jià)防盜器的性能。

　?。?）時(shí)延。為了節(jié)能，開啟節(jié)點(diǎn)電源后其處于休眠模式。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，節(jié)點(diǎn)從休眠到工作激活的時(shí)延為15 ms ,設(shè)備搜索時(shí)延一般為30 ms ,活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為15 ms ,理想時(shí)延共60 ms ,但考慮到車廂內(nèi)電磁環(huán)境復(fù)雜，影響傳播因素較多，把時(shí)延定為0.1 s.

　　（2）功耗。以433 MHz頻率為標(biāo)準(zhǔn)，在正常工作模式下，所有引腳都工作的電流消耗為14.8 mA ;睡眠模式下為0.2μA ;節(jié)能模式下為29.4μA.整個(gè)系統(tǒng)的大部分時(shí)間處于休眠節(jié)能模式，如果PC有人為移動(dòng)，就通過事件觸發(fā)機(jī)制再次喚醒該節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)。系統(tǒng)一旦進(jìn)人節(jié)能模式，通過電源管理電路，將除單片機(jī)、射頻模塊和硬件看門狗以外器件的供電切斷，這時(shí)只有硬件看門狗、單片機(jī)的串口中斷邏輯和射頻模塊消耗電能，可以最大限度地節(jié)約電能。

　?。?）誤報(bào)率。誤報(bào)率是系統(tǒng)最復(fù)雜、最難解決的問題。在此，提出利用判決程序、計(jì)算閾值，通過判斷是否超過閾值來決定是否報(bào)警，在大大降低了誤報(bào)率的同時(shí)，盡可能地避免漏報(bào)。

　　4結(jié)語

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。在此，基于WSN ,著眼解決筆記本等貴重物品的防盜問題，設(shè)計(jì)出微功耗筆記本防盜器。文章創(chuàng)新點(diǎn)在于：

　?。?）通過分析大量的火車晃動(dòng)所引起的x , y , z軸加速度數(shù)據(jù)和一般人移動(dòng)PC所引起的加速度數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計(jì)方法確定一個(gè)閾值。閾值大于火車正常晃動(dòng)加速度；小于人為移動(dòng)加速度。利用閾值編寫判決程序，判斷筆記本是否為異常移動(dòng)而進(jìn)行報(bào)警。

　?。?）提出了“隨用隨建”的概念，使網(wǎng)絡(luò)可以隨時(shí)隨地快速組建，大大地拓展了防盜器的應(yīng)用場合；采用事件觸發(fā)模式來激活節(jié)點(diǎn)，大大降低了節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)的功耗。