畢慶生

摘要：為了滿足現(xiàn)在社會的安全性問題，本文設(shè)計(jì)了一種新型的圍欄報警系統(tǒng)。利用三軸加速度傳感器、單片機(jī)以及藍(lán)牙模塊構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)對圍欄進(jìn)行振動的測量。當(dāng)振動幅度達(dá)到預(yù)先設(shè)置的閾值，即滿足報警狀態(tài)，藍(lán)牙模塊會將信號送回，報警器報警從而達(dá)到保護(hù)預(yù)防非法份子進(jìn)行非法攀爬圍欄的目的。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目的明確，設(shè)計(jì)精巧，在實(shí)際應(yīng)用中有著很廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：振動檢測；加速度傳感器；單片機(jī)；藍(lán)牙通信模塊

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）32-0212-02

當(dāng)今社會，安全問題越來越受到社會人命的關(guān)注，例如大多數(shù)小區(qū)的圍欄安全性能不夠，雖然有視頻監(jiān)控，但是難免會有監(jiān)控死角，給不法分子以可乘之機(jī)，能夠輕易地越過這道保護(hù)小區(qū)人民生活財產(chǎn)安全的屏障，給人民造成巨大的損失，也給社會帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。據(jù)報道，曾有一小區(qū)一個月內(nèi)連續(xù)被盜五次，給居民直接造成數(shù)十萬的經(jīng)濟(jì)損失，甚至有小區(qū)居名夜間在臥室都曾目擊到犯罪分子的身影！這不僅給小區(qū)居名的生命財產(chǎn)安全帶來巨大的威脅，同時也給社會抹上一層令人難安的陰影。因此小區(qū)的圍欄安全性問題尤為重要，制作一套完善的圍欄警報裝置是相當(dāng)必要的。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

為了解決這一問題，本文做出如下的設(shè)計(jì)：從力學(xué)角度來講，首先建立起受力分析的坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)在圍欄的重心位置。但是重心的位置并非是固定不變的，而是隨著圍欄的運(yùn)動狀態(tài)不同而發(fā)生改變。由于在日常生活中圍欄的重心位置變化不大，同時為了便于研究，在這里認(rèn)為重心的相對位置是不發(fā)生改變的，空間一點(diǎn)P的位置可以用坐標(biāo)表示。坐標(biāo)系的位置和方向如圖1 所示。圍欄遭到攀爬就會發(fā)生振動與變形，振動說明有運(yùn)動加速度的產(chǎn)生，變形說明圍欄的姿態(tài)發(fā)生過細(xì)微的變化；三軸加速度傳感器可以通過檢測被檢測物的加速度有無變化來判斷被檢測物有無運(yùn)動的產(chǎn)生，通過P點(diǎn)在三軸的方位變化的檢測可以得出被檢測物的具體方位變化，因此設(shè)計(jì)一套以三軸加速度傳感器，單片機(jī)，通信模塊以及報警器組成的圍欄報警系統(tǒng)。在圍欄上每隔兩米的距離安裝一個三軸加速度傳感器，每個傳感器之間相連用以供電和通信，最后與單片機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)某一處三軸加速度傳感器檢測到該點(diǎn)圍欄有運(yùn)動的產(chǎn)生和方位的變化，就會將此變化信號傳給單片機(jī)，單片機(jī)會對變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷出圍欄是否遭到攀爬，若遭到攀爬，則由藍(lán)牙模塊將報警信號送給小區(qū)保安室的報警器，發(fā)出警報。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件的選型

首先傳感器選取的是ADXL343三軸加速度傳感器，ADXL343是一款具有多功能3軸、數(shù)字輸出、低g MEMS加速度計(jì)，可以精確的檢測出被檢測物有無運(yùn)動的發(fā)生，同時價格便宜，應(yīng)用性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)通過檢測圍欄有無加速度的發(fā)生來檢測其有無運(yùn)動的發(fā)生，同時還可以通過檢測圍欄的方位來得出其是否發(fā)生傾斜。單片機(jī)選取的是具有ARM系列最新、最先進(jìn)構(gòu)架的Cortex-M3內(nèi)核的STM32，因?yàn)镾TM32擁有優(yōu)異的實(shí)時性能、杰出的功耗控制以及出眾的外設(shè)，并且價格便宜。藍(lán)牙模塊選取的是HC-05主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)可以分為兩個部分，第一部分為檢測裝置，由ADX343、STM32以及藍(lán)牙發(fā)送模塊構(gòu)成，放于圍欄之上。通過ADXL343檢測出圍欄有無加速度的產(chǎn)生以及其方位狀態(tài)；由STM32檢測出來，判斷圍欄有沒有振動產(chǎn)生，若判定沒有發(fā)生振動，則繼續(xù)檢測；若判定有震動產(chǎn)生則說明需要報警，將報警信號由藍(lán)牙發(fā)送模塊發(fā)送出去。第二部分為報警裝置，由藍(lán)牙接收模塊和報警器構(gòu)成。當(dāng)藍(lán)牙接收模塊接收到報警信號的，驅(qū)動報警器發(fā)出警報。如圖2所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件主要是指對STM32的編程，首先配置好STM32的IO口，并且設(shè)置好閾值。開始實(shí)時監(jiān)測三軸加速度傳感器讀取的圍欄的加速度信號，將此信號與閾值進(jìn)行比較，若未超過閾值，則認(rèn)為圍欄沒有被攀爬。一旦圍欄的加速度信號超過了閾值，則判定圍欄被攀爬了，STM32隨即將報警信號傳給藍(lán)牙發(fā)送模塊。

本設(shè)計(jì)在軟件上針對各種誤報干擾設(shè)計(jì)出相對應(yīng)的解決方案。首先對于風(fēng)力的干擾，由于風(fēng)力造成的圍欄晃動較小，只需要將閾值設(shè)置高一點(diǎn)即可，但是閾值也不宜設(shè)置得過高，以免給犯罪分子可乘之機(jī)。第二，對于小孩以及路人無意識觸碰、無惡意的攀爬，本設(shè)計(jì)在報警器報警的同時，會同時有揚(yáng)聲器發(fā)聲進(jìn)行警告，讓觸碰者退開，同時也能驚走犯罪分子。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

隨機(jī)以不同的力道攀爬圍欄十次，來進(jìn)行對圍欄的警報器的準(zhǔn)確性檢測，實(shí)驗(yàn)為每次都能準(zhǔn)確的檢測出有人在攀爬圍欄，結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)圍欄警報器能夠準(zhǔn)確的檢測出圍欄有沒有被攀爬。結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的圍欄警報器具有生產(chǎn)成本低，準(zhǔn)確性能好等優(yōu)點(diǎn)，滿足當(dāng)前市場的要求，有很好的發(fā)展和使用前景。

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