CN201974905U - 一种基于地磁传感器的安全应用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于地磁传感器的安全应用装置，包括下位机和上位机，下位机包括地磁传感器电路、录音播放电路、无线发送电路、微处理器电路，下位机根据地磁传感器的输出数值进行物品移动的方向定位，触发录音播放电路示警，将方向信息经无线发送电路发送到上位机；上位机包括无线接收电路、示警电路、液晶电路、微处理器电路，上位机处理无线接收电路接收的信息，触发示警电路做出示警，触发液晶电路显示物品移动的方向。本实用新型能够获取物品移动信息，及时通知主人并进行示警，实现了对物品的精确定位跟踪和智能看管。

Description

一种基于地磁传感器的安全应用装置

技术领域

本实用新型涉及报警防盗和测量定位技术领域，尤其涉及一种基于地磁传感器的安全应用装置。

背景技术

目前个人物品安全是一个很严重的问题，以行李箱为例，有许多行李箱设计了在被盗之后的自锁功能。虽然偷盗者无法打开行李箱，但失主也无法找到自己的行李箱。有些防盗装置虽然装了报警装置，但无法实现对丢失物品的定位。实现运动跟踪技术主要有以下几种：

1、机械式示警和运动跟踪

机械式运动跟踪装置依据机械装置来跟踪和测量运动轨迹。这种技术的成本较低，精度也较高，能够实现实时测量，但缺点很明显，它必须借助于机械测量装置。显然，用于物品的防盗是追踪是很不合适的。

2、利用运动传感器示警和运动跟踪

这种物品跟踪方式主要是基于物品的加速度，通过积分运算取得该物体运动的跟踪。这种技术的主要问题在于测量速度和加速度传感器都属于惯性传感器，惯性传感器一个不可避免的缺点就是存在积累误差，这种误差被放大后最终会影响追踪结果，导致精度较差，甚至不可以测量。

3、GPS定位技术示警和跟踪

GPS技术是一个广泛用于军事和民用的定位跟踪装置，依托着在地球轨道运行的24颗卫星，通过终端电路与卫星装置的通信以及复杂的算法，民用可达到10m的精度，军事可达到1m的精度，随着定位装置衍生出的报警和跟踪功能已成为众多大型贵重物品的首选。

GPS的性价比是它很大的缺点，一般的产品都在千元以上，一般适用与大型的贵重物品，对个人及家居物品没有生存空间。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于地磁传感器的安全应用装置，该装置不但能够实现对物品的智能看管，防偷防盗，而且还能对丢失的物品进行精确的定位。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于地磁传感器的安全应用装置，包括下位机和上位机；

1.一种基于地磁传感器的安全应用装置，包括下位机和上位机，上位机与下位机通过无线传输连接，其特征在于：

所述下位机包括：

检测物品所在地的地磁场数值并输出到下位机微处理器电路的地磁传感器电路；

提前录制示警的录音，触发示警时播放的录音播放电路；

将物品移动的方向信息发送给上位机的无线发送电路；

根据地磁传感器电路的输出数值进行物品移动的方向定位，触发录音播放电路和无线发送电路的下位机微处理器电路；

所述地磁传感器电路、录音播放电路、无线发送电路分别与下位机微处理器电路电连接；

所述上位机包括：

接收下位机发送的信息，将接收的信息发送到上位机微处理器电路的无线接收电路；

采用蜂鸣器示警的示警电路；

将物品移动的方向显示在液晶屏幕上的液晶电路；

处理无线接收电路接收的信息，触发示警电路和液晶电路的上位机微处理器电路；

无线接收电路、示警电路、液晶电路分别与上位机微处理器电路电连接。

由于采用了以上技术方案，本实用新型具有以下优点及有益效果：

1)地磁传感器测量的是固定的地磁信号，不会产生类似于加速度传感器的积累误差。地磁信号作为一个稳定的参考值，使得测量误差大为减小。

2)地磁传感器的精度较大，并且自身定义X轴和Y轴，可以精确的测量地磁信号的变化。

3)无线电路采用中频信号，在保证传输速率的同时是的传输距离可达到室外150米。

4)在不增加外设电路的情况下通过微处理器实现方向定位，节约了生产成本并且控制了电路板的面积。

5)本装置较GPS全球定位装置在成本上有着不可比拟的优势，适合大面积推广。

附图说明

图1为本实用新型所述安全应用装置的上位机和下位机结构框图；

图2为本实用新型测量方向及定位原理图；

图3为本实用新型所述安全应用装置采用的地磁传感器MMC212xMG的工作原理图；

图4为本实用新型所述安全应用装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的实施方式做进一步的详细说明。

基于地磁传感器的安全应用装置是一种小型化的可随身携带的高精度报警装置，它分为上位机和下位机两部分。

上位机为用户手持端，实现的功能有：无线数据接收，对用户发出警告，液晶显示物品移动方位。上位机包含微处理器电路、无线接收电路、示警电路和液晶电路。

下位机为数据采集、处理和发送端，实现的功能有：接收地磁传感器采集到的数据、判断物品是否被移动、判断物品移动的方向、无线数据发送、播放录音示警。下位机包含地磁传感器电路、微处理器电路、无线发送电路和录音播放电路。

下面介绍上位机的具体结构：

1)微处理器(MCU)电路：

上位机微处理器电路是上位机的控制和处理核心，使用AT89C52单片机作为主控制器。主要的功能有：处理无线接收电路接收的数据，并且做出相应的方向判断；接收到无线接收电路的信息后，控制蜂鸣器示警电路向用户做出示警；同时在液晶屏幕上显示物品移动的方向信息。

2)无线接收电路：

PT2272无线接收电路实现上位机的无线数据接收，PT2272为四通道接收端口，对应于PT2262的发送端口，PT2272将接收的数据发送到MCU，MCU将传输过来的信号进行处理。

3)示警电路：

从便携性和实用性考虑，上位机示警方式我们采用了蜂鸣器示警，以达到及时通知用户的目的。

4)液晶电路：

液晶电路的主要功能是为用户提供直观的方向提示，在MCU电路处理由无线接收电路接收的数据后，将对应的方向显示在液晶屏幕上。

下位机的具体结构为：

1)地磁传感器电路：

用于扰动的检测和角度的测量。具体实现原理如下：地磁传感器检测二维地磁信号，地磁传感器本身定义了一个X轴和Y轴，X轴和Y轴方向传感器的核心采用了导磁合金薄膜制作成的各向异性磁阻，当被测磁场垂直地加在薄膜的边缘上导致磁畴旋转和改变角度，这个改变又导致薄膜的电阻发生变化。根据外设电路，由于电阻变化可输出变化的电压。电路中内设的A/D转换器分别将X轴信号通道和Y轴信号通道的模拟信号转换为数字信号，得到的数字信号通过I2C总线输出，产生X，Y两个数值。

我们从地磁传感器直接读出的X轴和Y轴的值HX和HY均是非负值。因为这个地磁传感器芯片没法输出负值，所以芯片输出值是将X轴和Y轴的真实值加上一个固定偏移Offset，所以输出的X轴和Y轴的真实值等于芯片输出值减Offset，Offset理论值为2048。由于地磁传感器周围存在磁干扰(硬磁干扰、软磁干扰)，使得所测的当地磁场是当地的地磁场和当地的干扰磁场的矢量和。为了提取所要测量的当地地磁场，还需要进一步校准程序。校准的方法是在测量之前水平将磁传感器旋转1圈，得到XY轴的最大最小值HXmax，H Xmin和HYmax，HYmin，从而求出以下几个参量的真实值：

HXSensitivity＝(HXmax-HXmin)/2

HYSensitivity＝(HYmax-HYmin)/2

HXOffset＝(HXmax+HXmin)/2

HYOffset＝(HYmax+HYmin)/2

HXcal＝(HX-HXOffset)/HXSensitivity

HYcal＝(HY-HYOffset)/HYSensitivity

该装置利用地磁传感器检测二维地磁信号，产生HX，HY两个数值，当传感器受到外界的扰动或者移动时，其磁场的数值将会产生变化，利用变化的数值即可判断是否有人想偷走你的物品。

其中最重要的就是如何确定磁场数值变化的阈值，阈值的选取直接影响装置的灵敏度，其值太小会产生误报警，其值太大又容易给小偷可乘之机。所以，在这个值的确定上我们在算法中反复修改实测，直到最后达到令人满意的效果。

2)微处理器(MCU)电路：

下位机微处理器电路同样使用AT89C52单片机作为主控制器，由于此单片机本身没有I2C总线接口，所以采用两个I/O口来分别虚拟I2C总线的数据线SDA和时钟线SCL。HX，HY通过I2C传输到单片机上。单片机在下位机中起到判断、计算和控制的作用。单片机用于接收地磁传感器的检测数值、设定扰动产生的阈值、计算转动的角度、触发报警以及将得到的信息经无线电路传输到上位机。

下位机微处理器电路还可以实现方向定位，根据地磁传感器输出的HX值和HY值，采用相应的算法实现。使用算法是本实用新型的创新之处，而使用算法来定位的目的是避免了新的外设硬件电路减少本实用新型的体积和成本。

定位原理见图(2)，在本实用新型开始运行时(在无磁场干扰的情况下)，检测到的一组HX和HY数据，根据该组数据可以计算出地磁南极与地磁传感器X轴的方向夹角α，将本数据作为以后方向判断的对照数据。在后续的数据测量中，若阈值的变化超出了设定值，则被判定为物品被移动，根据地磁传感器不断的检测地磁信号，即不断输出的HX和HY值，可以判断出于传感器X轴方向的夹角α°，与初始值α进行判断，根据夹角的变化可以判断出移动的方向。

3)录音播放电路：

录音播放电路用于下位机报警，下位机的报警是用来震慑小偷。我们采用录音播放电路，使其更加个性化，符合年轻人追求时尚和独特的心理。它可以事先根据用户喜好录好音，当扰动产生时就会播放，如录好的“小偷小偷快助手”。当有小偷时触发报警，播放录音。这也是本实用新型的创新独特之处，目的是实现个性化并且达到示警的目的。

4)无线发送电路：

PT2262无线发送电路实现下位机的数据传送。采用四个通道传输，不同的通道代表不同的转移方向包括东西南北四个方向，而任何一个通道有信号传送过来就会触发上位机的报警装置工作。PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚，设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。

地磁传感器我们采用美新的MMC212xMG(工作电路见图(3))。各向异性磁阻传感器MMC212xMG是双轴磁传感器，是带有片上信号处理并集成了I2C总线的完整的传感装置，允许电路直接与微处理器相连而不需要A/D转换器或定时器。它可以测量±2×10-4T的磁场范围，并在25℃，3V时灵敏度为512×104计数/T。

本装置具体工作流程图如图(4)所示，首先开启上下位机，下位机在开始阶段得到一个初始化的方向夹角α，接着一直检测地磁信号变化。若有变化，启动下位机报警，同时判断夹角变化以判断方位，并且通过无线发送的方式将数据发送到上位机；上位机一直在检测下位机的发送信号，若有，判断发送信号，并且上位机进行示警，并由液晶显示移动方向。

Claims (1)

1.一种基于地磁传感器的安全应用装置，包括下位机和上位机，上位机与下位机通过无线传输连接，其特征在于：

所述下位机包括： 

检测物品所在地的地磁场数值并输出到下位机微处理器电路的地磁传感器电路；

提前录制示警的录音，触发示警时播放的录音播放电路；

将物品移动的方向信息发送给上位机的无线发送电路；

根据地磁传感器电路的输出数值进行物品移动的方向定位，触发录音播放电路和无线发送电路的下位机微处理器电路；

所述地磁传感器电路、录音播放电路、无线发送电路分别与下位机微处理器电路电连接；

所述上位机包括：

接收下位机发送的信息，将接收的信息发送到上位机微处理器电路的无线接收电路；

采用蜂鸣器示警的示警电路；

将物品移动的方向显示在液晶屏幕上的液晶电路；

处理无线接收电路接收的信息，触发示警电路和液晶电路的上位机微处理器电路；

无线接收电路、示警电路、液晶电路分别与上位机微处理器电路电连接。

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