應(yīng)用傳感器技術(shù)實現(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L32還用于阻止直流偏置信號的輸入; C41、C42和L41共同實現(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50Ω的天線進(jìn)行發(fā)射/接收操作。L1 , C8和C9組成一個低通濾波器,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
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調(diào)理、單極低通濾波器和溫度補償技術(shù),提供了4 種加速度測量范圍,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。因為MMA7260 內(nèi)部采用了開關(guān)電容濾波器, 有時鐘噪聲產(chǎn)生, 所以需要在MMA7260 的XOU T ,YOU T 和ZOU T 三個輸出端分別接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1啟動模式為事件觸發(fā)模式,即節(jié)點經(jīng)常處于低功耗的休眠模式,當(dāng)節(jié)點在z軸向上有一定的移動時,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)點為發(fā)送模式;當(dāng)節(jié)點靜止,即加速度傳感器采集到加速度為0時,節(jié)點自動進(jìn)入休眠模式,以減少功耗,并在主人離開座位前,將節(jié)點1固定于PC上。
據(jù)調(diào)查,主人在火車上離開電腦的時間不會太久,故系統(tǒng)將節(jié)點2 (LED燈上并接蜂鳴片)設(shè)置為接收模式,板內(nèi)燒有一個判決程序:通過對火車晃動引起加速度的收集及綜合分析,設(shè)定確定的閾值,閾值大于火車晃動引起的加速度小于異常移動引起的加速度。隨身攜帶節(jié)點2 ,只要筆記本一有異常移動便會報警。由于節(jié)點數(shù)只有2個,系統(tǒng)可以快速建立通信;而且節(jié)點尺寸為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號板監(jiān)視溫度傳感器變化,用2號板遠(yuǎn)程監(jiān)視溫度變化;可以增加無線節(jié)點板建設(shè)更復(fù)雜的多節(jié)點無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Simplici TI單個網(wǎng)絡(luò)最多可以支持255個節(jié)點)。綜上所述,可以定義“隨用隨建”為:通過幾個簡單的無線節(jié)點板和基本配置的PC ,隨時隨地快速組建一個基于Simplici TI通信協(xié)議的WSN ,實現(xiàn)信息的采集、處理、傳輸功能。它最大能容納256個節(jié)點(包括網(wǎng)關(guān)) ,且可以隨時修改源代碼實現(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)點自動轉(zhuǎn)入休眠模式,收回節(jié)點,按鍵關(guān)閉節(jié)點電源。
3測試結(jié)果及分析
通過測試從時延、功耗和誤報率等幾方面*價防盜器的性能。
?。?)時延。為了節(jié)能,開啟節(jié)點電源后其處于休眠模式。經(jīng)過大量的實驗室測試,節(jié)點從休眠到工作激活的時延為15 ms ,設(shè)備搜索時延一般為30 ms ,活動設(shè)備信道接入時延為15 ms ,理想時延共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.整個系統(tǒng)的大部分時間處于休眠節(jié)能模式,如果PC有人為移動,就通過事件觸發(fā)機(jī)制再次喚醒該節(jié)點的單片機(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。
?。?)誤報率。誤報率是系統(tǒng)最復(fù)雜、最難解決的問題。在此,提出利用判決程序、計算閾值,通過判斷是否超過閾值來決定是否報警,在大大降低了誤報率的同時,盡可能地避免漏報。
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)計出微功耗筆記本防盜器。文章創(chuàng)新點在于:
?。?)通過分析大量的火車晃動所引起的x , y , z軸加速度數(shù)據(jù)和一般人移動PC所引起的加速度數(shù)據(jù),利用統(tǒng)計方法確定一個閾值。閾值大于火車正?;蝿蛹铀俣?;小于人為移動加速度。利用閾值編寫判決程序,判斷筆記本是否為異常移動而進(jìn)行報警。
?。?)提出了“隨用隨建”的概念,使網(wǎng)絡(luò)可以隨時隨地快速組建,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,大大降低了節(jié)點和系統(tǒng)的功耗。
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