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，规划出一种依据加快度传感器的低功耗无线防盗器。提出仅经过2 个节点构建成最简略的无线传感器网络，传递PC 移动信息，告诉主人敏捷做出反响，防止笔记本的丢掉。经过硬件电路规划和软件编程烧写使整个网络得以驱动，并经过试验检验达到了预期的报警作用。处理了一般防盗器价格昂贵，体系杂乱，体积较大，时延较长的缺陷。
跟着社会经济的不断发展，笔记本日益遍及，随之带来的PC 安全防盗问题也日渐明显。在有些场合随身携带笔记本很不便利，例如在乘火车游览中，当主人去洗手间，此刻怎么防止、根绝小偷盗走笔记本是个亟待处理的问题。现在运用广泛的轿车防盗技能已很老练，但相对本钱较高，且无需考虑电源问题，而PC 防盗就必须处理这些问题;还要体积小，能随时安装在PC上。在此，提出仅运用2 个依据Simplici TI 通讯协议的节点（带有加快度传感器） 进行点对点通讯，完结防盗功用。
1 总体计划
体系规划计划十分简略。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） 的通讯间隔在几十米到几百米之间，一般为30 m ，因而一个节点就能够彻底掩盖整个车厢。在体系中只需2 个节点（不需PC 帮忙） ：节点1 作为发信者，节点2 作为收信者，组成最简略的网络，不需跳转。体系的结构简略，使得传输时延十分小，比较合适运用在上文中说到的场合。
1.1 计划施行
将火车车厢分为2 个区：1 区是PC 所在方位，即主人的座位，人未脱离时，1 区是安全的;2 区是车厢内除掉1 区的其他方位。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。计划施行过程如框图1所示。
施行过程：
（1） 小偷B 妄图移动电脑;
（2） 电脑的移动导致固定在上面的节点1 移动;
（3） 节点1 上的加快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 接纳到信息，经过预订程序判别速度PC 是否归于反常移动，若是则触发蜂鸣器进行报警，反之则不呼应;
（5） 主人A 听到报警后敏捷回到座位，防止PC丢掉。
1.2 防盗器原理
严格地讲， 体系只需2 个节点： 节点1 （固定） 是一个带有加快度传感器的无线传感模块，用于搜集、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，用于判别节点1 发送的速度信息是否超越既定阈值，以决议是否触发蜂鸣器进行报警。
抱负情况下火车在匀速行进时加快度为零，但在转弯、换轨等情况下将会有必定的三维加快度。设火车前进方向为x 轴、前进方向的左边为y 轴、上侧为z 轴。考虑到车体较长，铁轨较相等特色，且依据经历知，在正常转弯、换轨等情况下，车体主要为左右晃动和前后加快，上下轰动很少。若设x 轴加快度为a x ， y 轴加快度为a y ，z 轴加快度为a z ，则ax ， ay 均大于零，而az 接近于零。当PC 相对于火车停止时， 小偷若想移动它必然会在3 轴上都引起加快度，这样车体晃动引起的加快度会和人为移动引起的加快度叠加，然后搅扰判别给体系形成额定的核算担负。据此能够选用az 作为判别笔记本是否移动的判定目标， 因为一般情况下能够以为az 即为人为移动引起的加快度。
尽管车体轰动引起的az 能够近似为零， 但在一些特别情况下或许不为零。为了下降误报率， 体系设定必定的缓冲值，使得防盗器能包容一些车体轰动。可是为了能辨认人为移动，这个缓冲值又不能超越人为移动引起的加快度，即为体系的判定阈值。
现在经过简略试验获取数据来核算人为移动引起的az ： 随意从桌上拿起笔记本，重复10 次，记载短间隔10 cm） 所用时刻。得到10 组数据如表1 所示。
使用表中的数据可核算均匀用时（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。依据前文剖析， s =10 cm; v0 = 0 m⁄s ; t = 0.245 s。据式（1） 可核算出a ≈3.332 m⁄s2 ， 约为0.340 g ，即为az 。为了下降误报率和最大程度辨认人为移动PC ，把阈值折衷定为0.20 g。
2 硬件完成
体系只需2 个节点，因而网络构建具有简略、敏捷等特色，并且文章初次提出“随用随建”的概念。
2.1 节点规划
体系选用Chipcon 公司推出的单片、多频段、低功耗、超高频射频芯片CC1010。芯片选用0.35 μmCMOS 技能制成，内嵌高功能的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 收发电路的规划
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，一起L32 还用于阻挠直流偏置信号的输入; C41 、C42 和L41 一起完成发射输出电路的匹配。经过CC1010 内部的发射⁄接纳开关电路，使得收发器经过同一个50 Ω 的天线进行发射⁄接纳操作。L1 ， C8 和C9 组成一个低通滤波器，用以滤除高频谐波，并且添加了频率的挑选性，其阻抗为50 Ω。元器材参数既能够依照CC1010datasheet 上所给的值，也可使用Chipcon 公司的SmartRF Studio 软件得到。
2.1.2 CC1010 与加快度传感器的接口电路规划
本无线搜集体系选用了Freescale 公司最新推出的一款低本钱、单芯片、三轴加快度传感器MMA7260。该微型电容式加快传感器交融了信号调度、单极低通滤波器和温度补偿技能，供给了4 种加快度丈量规模，别离为±1.5 g ， ±2 g ， ±4 g 和±6 g。考虑到前文将阈值定为0.2 g ，故设置参数将丈量规模定为±1.5 g。在CC1010 与MMA7260 的接口中，首先要考虑噪声问题。因为MMA7260 内部选用了开关电容滤波器， 有时钟噪声发生， 所以需要在MMA7260 的XOU T ，YOU T 和ZOU T 三个输出端别离接RC 滤波器;其非必须考虑电压匹配问题，因为x ， y ， z 轴方向的电压输出是0.45～2.85 V ，CC1010 的ADC 最大输入规模是0～V DD 。此处，V DD = 3.3 V ，其规模恰好在ADC的输入规模之内， 所以不必考虑额定的分压电阻。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 用于量程挑选。
图3 CC1010 与加快度传感器的接口电路
2.2 设备构建
界说节点1 发动形式为事情触发形式，即节点常常处于低功耗的休眠形式，当节点在z 轴向上有必定的移动时，加快度传感器能搜集到加快度信息，便告诉单片机激活节点为发送形式;当节点停止，即加快度传感器搜集到加快度为0 时，节点主动进入休眠形式，以削减功耗，并在主人脱离座位前，将节点1 固定于PC 上。
据调查，主人在火车上脱离电脑的时刻不会太久，故体系将节点2 （LED 灯上并接蜂鸣片） 设置为接纳形式，板内烧有一个判定程序：经过对火车晃动引起加快度的搜集及归纳剖析，设定确认的阈值，阈值大于火车晃动引起的加快度小于反常移动引起的加快度。随身携带节点2 ，只需笔记本一有反常移动便会报警。因为节点数只需2 个，体系能够快速树立通讯;并且节点尺度为37.67 mm &TImes;25.80 mm ，合适车厢内狭小的空间运用。
经过随时随地修正C 言语源代码和改换传感器模块（经过扩展插槽） ，还能够组成其他功用无线通讯网：能够用1 号板监督温度传感器改变，用2 号板长途监督温度改变;能够添加无线节点板建造更杂乱的多节点无线传感器网络（Simplici TI 单个网络最多能够支撑255 个节点） 。综上所述，能够界说“随用随建”为：经过几个简略的无线节点板和根本装备的PC ，随时随地快速组成一个依据Simplici TI 通讯协议的WSN ，完成信息的搜集、处理、传输功用。它最大能包容256 个节点（包含网关） ，且能够随时修正源代码完成多种功用。这样既便利又最大程度地节省了本钱和功耗。完结任务后，节点主动转入休眠形式，回收节点，按键封闭节点电源。
3 测验成果及剖析
经过测验从时延、功耗和误报率等几方面价防盗器的功能。
（1） 时延。为了节能，敞开节点电源后其处于休眠形式。经过很多的试验室测验，节点从休眠到作业激活的时延为15 ms ，设备查找时延一般为30 ms ，活动设备信道接入时延为15 ms ，抱负时延共60 ms ，但考虑到车厢内电磁环境杂乱，影响传达要素较多，把时延定为0.1 s。
（2） 功耗。以433 MHz 频率为规范，在正常作业形式下，一切引脚都作业的电流耗费为14.8 mA ;睡觉形式下为0.2μA ;节能形式下为29.4μA。整个体系的大部分时刻处于休眠节能形式，假如PC 有人为移动，就经过事情触发机制再次唤醒该节点的单片机。体系一旦进人节能形式，经过电源办理电路，将除单片机、射频模块和硬件看门狗以外器材的供电堵截，这时只需硬件看门狗、单片机的串口中止逻辑和射频模块耗费电能，能够最大极限地节省电能。
（3） 误报率。误报率是体系最杂乱、最难处理的问题。在此，提出使用判定程序、核算阈值，经过判别是否超越阈值来决议是否报警，在大大下降了误报率的一起，尽或许地防止漏报。
4 结语
无线传感器网络被以为是21 世纪最重要的技能之一。在此，依据WSN ，着眼处理笔记本等贵重物品的防盗问题，规划出微功耗笔记本防盗器。文章立异点在于：
（1） 经过剖析很多的火车晃动所引起的x ， y ， z 轴加快度数据和一般人移动PC 所引起的加快度数据，使用计算办法确认一个阈值。阈值大于火车正常晃动加快度;小于人为移动加快度。使用阈值编写判定程序，判别笔记本是否为反常移动而进行报警。
（2） 提出了“随用随建”的概念，使网络能够随时随地快速组成，大大地拓宽了防盗器的运用场合;选用事情触发形式来激活节点， 大大下降了节点和体系的功耗。
