一種基于高精度微慣性傳感器的防盜報警系統的設計

徐陶祎，郝東，肖城逸

（武漢科技大學城市學院，武漢 430083）

0 引言

隨著社會經濟的快速發展，流動人口迅速增加，治安問題也變得日漸突出，家庭防盜早已成為社會熱議的話題。然而目前中國眾多家庭的安防還是主要依靠防盜門窗，這種安防設施不僅有礙美觀，并且在實際使用過程中暴露出諸如：容易遭到破壞、火災時不易逃生，功能單一，安防效果差等多種問題。現在市面上銷售的電子式防盜器，多為觸摸式、門磁式、紅外式、光電對射，接收或折射式。這幾類防盜產品大多價格昂貴、安裝不便并易產生干擾誤報漏報，人們迫切需要一種智能型經濟實用的家用防盜裝置。針對這一現狀，本團隊研發一款基于高精度陀螺儀MPU6050的小型家用遠程聯動安防裝置，具有結構簡單、便于攜帶安裝、成本低廉等優點。

1 系統結構設計

本系統自帶電源，外觀小巧輕薄，便于攜帶且易于拆裝。根據使用者需求，可將該設備安裝在防盜門、保險箱、臥室門窗甚至抽屜書柜等需要保護監控的地方，一旦檢測非合法用戶入侵，便可立即向主人發送信息預警。

1.1外觀結構

防盜報警器的外觀與傳統報警器單一的方形結構不同，其設計靈感來自于鉆石，采用風箏面切割造型提升外形美感，增加用戶體驗欲望。如圖1所示。

圖1 報警器外觀結構

報警器內置控制器和獨立電源用分層結構放置，大大減少產品的外形尺寸，便于用戶攜帶，跟換固定位置。整個裝置采用一體化結構，控制、電源、網絡、攝像頭機械結合，攝像頭與報警器本身的結合巧妙采用了易于用戶調節的旋轉拉伸結構。

1.2控制結構

該報警系統由主控制器MSP430、高精度微慣性傳感器MPU6050、獨立電源、互聯網短信息發送模塊“便攜式防盜報警裝置”的自動控制系統主要由MPU6050檢測部分、攝像頭拍攝部分。由中央控制器統一管理，通過網際網絡為用戶實現財產和安全等方面的防盜報警。

將報警器安裝到開關門上時，具體工作情景如下：當盜賊使用工具將門撬開之后，門打開并產生一定的加速度，MPU6050檢測到加速度有大幅度變化之后，可繼而驅動程序使攝像頭打開，開啟智慧自動拍攝，然后將拍攝后的照片通過SMTP協議發送到主人郵箱，主人看到之后可遠程通過訪問IP地址，驅動程序打開攝像頭，觀察房間內的狀況，若確認為盜竊情況，則可決定防盜報警過程完成。

2 硬件設計

2.1主控芯片

主控芯片為高性能16位單片機MSP430G2553，使用20引腳的TSSOP封裝。內置高速存儲器，工作電壓范圍為1.8～3.6V。主控電路如圖2所示，采用3.3V電壓供電，擁有UART、I2C接口、下載調試端口及上電復位端口。

圖2 MSP430G2553電路接線圖

2.2傳感單元結構

MPU6050傳感器是全球首例六軸運動處理傳感器芯片，它集成有三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計，以及一個可供擴展的數據運動處理器DMP，并且該傳感器的輸出為數字量，可直接傳送到主控單元中處理。利用MPU6050傳感器可以實時檢測報警器所安裝對象的三軸加速度或角度的變化，它和STM32單片機之間的通信采用400KHz的I2C接口，將MSP430G2553和MPU6050的SDA和SCL引腳對接，可實現傳感器和微處理器通信。

2.3無線單元結構

系統采用WSN-1101無線數據傳送模塊，是一款高穩定、低功耗的無線微功率數據手法模塊，應用于水電自動抄表系統、燈光智能控制以及智能家居管理等方面。該模塊具有尺寸小、靈敏度高、傳輸距離遠、可內部自動完成通訊協議轉換和數據收發控制等特點。WSN-1101無線模塊工作電壓為3～5.5V，工作頻段為433MHz，通訊協議轉換及射頻收發切換自動完成，可通過串口用戶可以對串口關聯、發射功率和工作信道進行控制。

圖3 MPU6050接線圖

3 軟件設計

本系統軟件部分是在與MSP430系列芯片開發配套的集成開發環境CCS上完成的，實現檢測加速度變化、拍照、發送郵件等功能，最終完成自動化防盜報警的全部過程。

該系統主要功能是控制處理器對傳感器數據采集和讀取操作主要過程為微控制器的初始化配置，無線模塊初始化配置，微慣性傳感器初始化配置，配置過程結束后的數據采集和郵件發送。可分為MCU控制程序和無線模塊兩大部分，軟件流程如圖4所示。將采集的數字信號通過閾值判定得到被保護對象出入侵入還是安全狀態，MSP430G2553將針對被保護對象入侵的現象，向主人郵箱發送拍攝照片，等待主人確認，若確認險情則打開系統中另一組隱蔽攝像頭查看被保護對象情況。

圖4 系統軟件流程圖

4 結語

本文設計開發了一種便攜式式防盜報警系統，該系統以MSP430G2553為主處理器，接收來自MPU6050傳感器的數據并進行分析判斷，并提出一種有效的檢測算法。該系統還設計了有效的檢測報警裝置，藍牙4.0模塊向匹配的Android手機發出報警信號，手機打開GPS，將所拍攝的照片信息通過郵件形式向預設的郵箱發送報警。實驗結果顯示，該設備安裝方便，對于非法闖入事件的判斷具有較高的準確性，能第一時間報告給主人。