校內自行車(chē)防盜跟蹤系統的設計

1 引言
近年來(lái),隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)通訊,傳感器技術(shù)以及嵌入式計算等技術(shù)的不斷進(jìn)步,推動(dòng)了低成本、低功耗的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,促使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為當今活躍的研究領(lǐng)域[1]。物聯(lián)網(wǎng)由部署在監測區域內大量的廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)組成,通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊方式形成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統,其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中感知對象的信息,并發(fā)送給觀(guān)察者。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )在軍事和民用領(lǐng)域都有廣闊的應用前景[2]。物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無(wú)處不在的末端設備和設施,包括具備“內在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統、樓控系統、家庭智能設施、視頻監控系統等和“外在使能”的,如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無(wú)線(xiàn)終端的個(gè)人與車(chē)輛等“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵?！盵3]。通過(guò)各種無(wú)線(xiàn)長(cháng)距離或短距離通訊網(wǎng)絡(luò )實(shí)現互聯(lián)互通、應用大集成、以及基于云計算的SaaS營(yíng)運等模式,提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測、定位追溯、報警聯(lián)動(dòng)、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線(xiàn)升級、統計報表、決策支持、領(lǐng)導桌面等管理和服務(wù)功能,實(shí)現對“萬(wàn)物”的“高效、節能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營(yíng)”一體化[4]。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù),體系結構,系統模式以及網(wǎng)絡(luò )體系和服務(wù)體系都成為當前的研究熱點(diǎn)[5]。本文把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到校園自行車(chē)防盜系統中,給出了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的校內自行車(chē)防盜系統的設計方案,為校園內自行車(chē)的管理提供保障。
物聯(lián)信息處理中心,結構框圖如圖1:

傳感網(wǎng)絡(luò ):傳感網(wǎng)絡(luò )是本系統的基本組成部分,采用ZigBee網(wǎng)絡(luò ),被保護的物體上都含有一個(gè)由ZigBee節點(diǎn)和一個(gè)加速度傳感器組成的設備節點(diǎn),傳感網(wǎng)絡(luò )負責對進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò )的設備節點(diǎn)進(jìn)行位置定位,設備節點(diǎn)會(huì )記錄位置信息,當有人移動(dòng)自行車(chē)時(shí),加速度傳感器作出反應,觸發(fā)設備節點(diǎn)再次測算位置信息,當位置發(fā)生一定程度的位移時(shí),即發(fā)送報警信息給ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器,同時(shí)本地作出報警反應。在自行車(chē)被偷竊后,設備節點(diǎn)也會(huì )實(shí)時(shí)測算自己在傳感網(wǎng)絡(luò )中的最新位置信息,并上傳給信息處理中心。
感知平臺:感知平臺由ZigBee網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調器以及一個(gè)協(xié)議轉換平臺構成,協(xié)議轉換平臺是由專(zhuān)門(mén)的MCU構成。感知平臺作為信息匯聚節點(diǎn),負責把每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )的數據匯聚起來(lái),再利用TCP/IP協(xié)議,將數據通過(guò)有線(xiàn)或是無(wú)線(xiàn)的方式發(fā)送給物聯(lián)信息處理中心。
物聯(lián)信息處理中心:對感知平臺傳送來(lái)的數據進(jìn)行分析處理,對報警信息作出反應,通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )將報警信息傳遞給物主本人,同時(shí)將報警信息和物體的最新位置信息傳遞給學(xué)校保衛處,啟動(dòng)相應位置的監控設備,并派出安保人員進(jìn)行處理。此外,物聯(lián)信息處理中心還可以進(jìn)一步擴充,作為全校物聯(lián)信息的數據處理中心,對全校范圍內的傳感網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行管理,真正實(shí)現感知校園、智慧校園。

3 硬件設計
校園自行車(chē)防盜系統硬件設計的核心是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設計,按照系統中承擔的任務(wù)劃分,可劃分為一般的傳感節點(diǎn)和感知平臺。但這兩類(lèi)只是略有不同,硬件上并無(wú)本質(zhì)不同,都是這幾大部分(如圖2)。

(1) 微型處理器
本設計選用CC2430作為主處理器,CC243是一顆真正的系統芯片COMS解決方案,它結合一個(gè)高性能2.4GHz DSSS射頻收發(fā)器核心和一顆工業(yè)級小巧高效的8051控制器。CC2430的設計結合了8Kbyte的RAM以及強大的外圍模塊,在本設計中無(wú)需外擴存儲器,它的低成本,低功耗的特點(diǎn)也是采用本處理器的重要原因。
(2) 信息采集模塊
此處選擇的是美新加速度傳感器,它是按照CMOS工藝集成的雙軸測量加速度的裝置。裝置的工作原理基于熱對流,工作像其他加速計一樣,不同在于它是一個(gè)氣泡在MEMSIC裝置中。一個(gè)單一的熱源懸浮在單晶硅中的密閉的空間,成組熱電偶等間距的分布在熱源的四周。在沒(méi)有加速度時(shí),熱源四周的溫度階梯一樣,所以所有電偶處的溫度相同,熱電偶輸出電壓也就一樣。由于熱對流的任意性,加速計的每個(gè)方向都可能打破溫度的平衡而呈現出非線(xiàn)性,由于溫度變化,所以四個(gè)熱電偶輸出地電壓就不同。不同的加速與輸出地不同電壓成直接比例關(guān)系。加速計上有兩個(gè)完全相同的加速度信號線(xiàn)分別用來(lái)測量X,Y軸的加速度。
它通過(guò)混合信號處理和集成IIC總線(xiàn)組成一個(gè)完整的傳感系統(工作時(shí)序圖如圖3),可以直接和微處理器連接而不再需要A/D轉換。MXC6202xG/H/M/N芯片測量加速范圍±2g,工作在3.0V25℃環(huán)境下精度可達到g/512—g/128,動(dòng)態(tài)靜態(tài)加速都可測量。利用自行車(chē)被盜時(shí)有加速度的特點(diǎn),用AT89S51單片機采集傳感器的信息,通過(guò)一段時(shí)間來(lái)判斷自行車(chē)的被盜與否,然后將信息發(fā)送給無(wú)線(xiàn)裝置。