校內(nèi)自行車防盜跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言
近年來(lái),隨著無(wú)線通訊,傳感器技術(shù)以及嵌入式計(jì)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(dāng)今活躍的研究領(lǐng)域[1]。物聯(lián)網(wǎng)由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成,通過(guò)無(wú)線通訊方式形成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息,并發(fā)送給觀察者。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事和民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)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(shè)備和設(shè)施,包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”的,如貼上RFID的各種資產(chǎn)、攜帶無(wú)線終端的個(gè)人與車輛等“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵?！盵3]。通過(guò)各種無(wú)線長(zhǎng)距離或短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、應(yīng)用大集成、以及基于云計(jì)算的SaaS營(yíng)運(yùn)等模式,提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬(wàn)物”的“高效、節(jié)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(jié)構(gòu),系統(tǒng)模式以及網(wǎng)絡(luò)體系和服務(wù)體系都成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[5]。本文把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入到校園自行車防盜系統(tǒng)中,給出了一套基于物聯(lián)網(wǎng)的校內(nèi)自行車防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,為校園內(nèi)自行車的管理提供保障。
物聯(lián)信息處理中心,結(jié)構(gòu)框圖如圖1:

傳感網(wǎng)絡(luò):傳感網(wǎng)絡(luò)是本系統(tǒng)的基本組成部分,采用ZigBee網(wǎng)絡(luò),被保護(hù)的物體上都含有一個(gè)由ZigBee節(jié)點(diǎn)和一個(gè)加速度傳感器組成的設(shè)備節(jié)點(diǎn),傳感網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)對(duì)進(jìn)入本網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行位置定位,設(shè)備節(jié)點(diǎn)會(huì)記錄位置信息,當(dāng)有人移動(dòng)自行車時(shí),加速度傳感器作出反應(yīng),觸發(fā)設(shè)備節(jié)點(diǎn)再次測(cè)算位置信息,當(dāng)位置發(fā)生一定程度的位移時(shí),即發(fā)送報(bào)警信息給ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器,同時(shí)本地作出報(bào)警反應(yīng)。在自行車被偷竊后,設(shè)備節(jié)點(diǎn)也會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)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(tái):感知平臺(tái)由ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器以及一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換平臺(tái)構(gòu)成,協(xié)議轉(zhuǎn)換平臺(tái)是由專門(mén)的MCU構(gòu)成。感知平臺(tái)作為信息匯聚節(jié)點(diǎn),負(fù)責(zé)把每個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯聚起來(lái),再利用TCP/IP協(xié)議,將數(shù)據(jù)通過(guò)有線或是無(wú)線的方式發(fā)送給物聯(lián)信息處理中心。
物聯(lián)信息處理中心:對(duì)感知平臺(tái)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,對(duì)報(bào)警信息作出反應(yīng),通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息傳遞給物主本人,同時(shí)將報(bào)警信息和物體的最新位置信息傳遞給學(xué)校保衛(wèi)處,啟動(dòng)相應(yīng)位置的監(jiān)控設(shè)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(kuò)充,作為全校物聯(lián)信息的數(shù)據(jù)處理中心,對(duì)全校范圍內(nèi)的傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理,真正實(shí)現(xiàn)感知校園、智慧校園。

3 硬件設(shè)計(jì)
校園自行車防盜系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的核心是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),按照系統(tǒng)中承擔(dān)的任務(wù)劃分,可劃分為一般的傳感節(jié)點(diǎn)和感知平臺(tái)。但這兩類只是略有不同,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(shè)計(jì)選用CC2430作為主處理器,CC243是一顆真正的系統(tǒng)芯片COMS解決方案,它結(jié)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(jí)小巧高效的8051控制器。CC2430的設(shè)計(jì)結(jié)合了8Kbyte的RAM以及強(qiáng)大的外圍模塊,在本設(shè)計(jì)中無(wú)需外擴(kuò)存儲(chǔ)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(cè)量加速度的裝置。裝置的工作原理基于熱對(duì)流,工作像其他加速計(jì)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(duì)流的任意性,加速計(jì)的每個(gè)方向都可能打破溫度的平衡而呈現(xiàn)出非線性,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(jì)上有兩個(gè)完全相同的加速度信號(hào)線分別用來(lái)測(cè)量X,Y軸的加速度。
它通過(guò)混合信號(hào)處理和集成IIC總線組成一個(gè)完整的傳感系統(tǒng)(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(zhuǎn)換。MXC6202xG/H/M/N芯片測(cè)量加速范圍±2g,工作在3.0V25℃環(huán)境下精度可達(dá)到g/512—g/128,動(dòng)態(tài)靜態(tài)加速都可測(cè)量。利用自行車被盜時(shí)有加速度的特點(diǎn),用AT89S51單片機(jī)采集傳感器的信息,通過(guò)一段時(shí)間來(lái)判斷自行車的被盜與否,然后將信息發(fā)送給無(wú)線裝置。