一种基于高精度微惯性传感器的防盗报警系统的设计

徐陶祎，郝东，肖城逸

（武汉科技大学城市学院，武汉 430083）

0 引言

随着社会经济的快速发展，流动人口迅速增加，治安问题也变得日渐突出，家庭防盗早已成为社会热议的话题。然而目前中国众多家庭的安防还是主要依靠防盗门窗，这种安防设施不仅有碍美观，并且在实际使用过程中暴露出诸如：容易遭到破坏、火灾时不易逃生，功能单一，安防效果差等多种问题。现在市面上销售的电子式防盗器，多为触摸式、门磁式、红外式、光电对射，接收或折射式。这几类防盗产品大多价格昂贵、安装不便并易产生干扰误报漏报，人们迫切需要一种智能型经济实用的家用防盗装置。针对这一现状，本团队研发一款基于高精度陀螺仪MPU6050的小型家用远程联动安防装置，具有结构简单、便于携带安装、成本低廉等优点。

1 系统结构设计

本系统自带电源，外观小巧轻薄，便于携带且易于拆装。根据使用者需求，可将该设备安装在防盗门、保险箱、卧室门窗甚至抽屉书柜等需要保护监控的地方，一旦检测非合法用户入侵，便可立即向主人发送信息预警。

1.1外观结构

防盗报警器的外观与传统报警器单一的方形结构不同，其设计灵感来自于钻石，采用风筝面切割造型提升外形美感，增加用户体验欲望。如图1所示。

图1 报警器外观结构

报警器内置控制器和独立电源用分层结构放置，大大减少产品的外形尺寸，便于用户携带，跟换固定位置。整个装置采用一体化结构，控制、电源、网络、摄像头机械结合，摄像头与报警器本身的结合巧妙采用了易于用户调节的旋转拉伸结构。

1.2控制结构

该报警系统由主控制器MSP430、高精度微惯性传感器MPU6050、独立电源、互联网短信息发送模块“便携式防盗报警装置”的自动控制系统主要由MPU6050检测部分、摄像头拍摄部分。由中央控制器统一管理，通过网际网络为用户实现财产和安全等方面的防盗报警。

将报警器安装到开关门上时，具体工作情景如下：当盗贼使用工具将门撬开之后，门打开并产生一定的加速度，MPU6050检测到加速度有大幅度变化之后，可继而驱动程序使摄像头打开，开启智慧自动拍摄，然后将拍摄后的照片通过SMTP协议发送到主人邮箱，主人看到之后可远程通过访问IP地址，驱动程序打开摄像头，观察房间内的状况，若确认为盗窃情况，则可决定防盗报警过程完成。

2 硬件设计

2.1主控芯片

主控芯片为高性能16位单片机MSP430G2553，使用20引脚的TSSOP封装。内置高速存储器，工作电压范围为1.8～3.6V。主控电路如图2所示，采用3.3V电压供电，拥有UART、I2C接口、下载调试端口及上电复位端口。

图2 MSP430G2553电路接线图

2.2传感单元结构

MPU6050传感器是全球首例六轴运动处理传感器芯片，它集成有三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速度计，以及一个可供扩展的数据运动处理器DMP，并且该传感器的输出为数字量，可直接传送到主控单元中处理。利用MPU6050传感器可以实时检测报警器所安装对象的三轴加速度或角度的变化，它和STM32单片机之间的通信采用400KHz的I2C接口，将MSP430G2553和MPU6050的SDA和SCL引脚对接，可实现传感器和微处理器通信。

2.3无线单元结构

系统采用WSN-1101无线数据传送模块，是一款高稳定、低功耗的无线微功率数据手法模块，应用于水电自动抄表系统、灯光智能控制以及智能家居管理等方面。该模块具有尺寸小、灵敏度高、传输距离远、可内部自动完成通讯协议转换和数据收发控制等特点。WSN-1101无线模块工作电压为3～5.5V，工作频段为433MHz，通讯协议转换及射频收发切换自动完成，可通过串口用户可以对串口关联、发射功率和工作信道进行控制。

图3 MPU6050接线图

3 软件设计

本系统软件部分是在与MSP430系列芯片开发配套的集成开发环境CCS上完成的，实现检测加速度变化、拍照、发送邮件等功能，最终完成自动化防盗报警的全部过程。

该系统主要功能是控制处理器对传感器数据采集和读取操作主要过程为微控制器的初始化配置，无线模块初始化配置，微惯性传感器初始化配置，配置过程结束后的数据采集和邮件发送。可分为MCU控制程序和无线模块两大部分，软件流程如图4所示。将采集的数字信号通过阈值判定得到被保护对象出入侵入还是安全状态，MSP430G2553将针对被保护对象入侵的现象，向主人邮箱发送拍摄照片，等待主人确认，若确认险情则打开系统中另一组隐蔽摄像头查看被保护对象情况。

图4 系统软件流程图

4 结语

本文设计开发了一种便携式式防盗报警系统，该系统以MSP430G2553为主处理器，接收来自MPU6050传感器的数据并进行分析判断，并提出一种有效的检测算法。该系统还设计了有效的检测报警装置，蓝牙4.0模块向匹配的Android手机发出报警信号，手机打开GPS，将所拍摄的照片信息通过邮件形式向预设的邮箱发送报警。实验结果显示，该设备安装方便，对于非法闯入事件的判断具有较高的准确性，能第一时间报告给主人。