基于 Android CONTIKI 系统的防盗报警器的设计与实现【100010813】

# 一种基于 CONTIKI 系统的防盗报警器的设计与实现 摘 要：贵重物品的防盗监测报警以及周边环境参数采集是现代社会安保和智能化生活的重要组成部分，也是物联网技术领域研究的课题之一。 在感应层，通过加速度传感器 + 陀螺仪的数据融合技术，设计了合理的检测算法，提高了移动检测的准确性。设计了温湿度采集模块，通过相关参数设置，当其温湿度达不到要求时，会自动产生报警。 在传输层，使用 LoRa 通信 +LoRa／因特网通信的方式。在 LoRa 网络中，网关节点负责汇聚监测节点发出的数据。通过 WiFi 模块将数据转发给云服务器，再由云服务器下发数据给手机客户端。 应用层上，在 Eclipse+ADT 环境下编写了连接下层 WiFi 模块数据的 Android 应用程序接口，只需要连接上云服务器，就可以通过控制端的按钮操作，发送相应的指令给监测节点，并获取监测节点上传的数据。 关键词：多传感器数据融合；LoRa；WiFi；安卓 APP；云服务器 # 一、绪论 ## 研究内容及意义 ### 1.1.1 研究背景及意义 电动车、自行车是方便人们短途出行的绝佳交通工具。人们在出门买菜、买生活用品、串门、踏青、骑行等等活动中，用到电动车和自行车。对于一些骑行爱好者来说，一辆山地车动辄四五千、多则三四万乃至十万多。每次骑行出去游玩，都要车不离身。不然一辆几千上万的山地车，即使上了锁，只需要一把液压钳，就可以剪断车锁，轻松偷走。对于一些电动车，大部分都配备了防盗报警器，但是在调查了市场上的防盗报警器后发现，大部分设计模式和交互都不理想，存在着误报、扰民、易拆卸破解、遥控距离短等缺点。 ### 1.1.2 主要研究内容 本文的主要研究内容是设计与实现基于物联网产业的传感器与通信技术，具体完成工作如下所示： 结合现代的人的生活方式和习惯，分析现有报警系统的优缺点，研究改进方案。 采取物联网的典型三层架构模型，分层设计各层要完成的功能和提供给上层的接口。 完成主控 MCU 的功能设计、外围传感器的选型组装、云服务器的配置、C/S 模式通信、Android 客户端设计。 对系统进行专业测试，根据测试结果，继续完善并维护系统，来确保系统的稳定性和兼容性。 ## 1.2 相关技术与模块介绍 ### 1.2.1 LoRa 概述 LoRa 是 LPWAN 通信技术中的一种，是美国 Semtech 公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前 LoRa 主要在全球免费频段运行，包括 433、868、915 MHz 等。LoRa 技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性[1]。 ### 1.2.2 WiFi 概述 WiFi（Wireless Fidelity）技术即 IEEE802.11 协议，无线接入和高速传输是 WIFI 的主要技术优点，其中 IEEE802.11b 最高速度为 11Mbps，IEEE802.11a 与 IEEE802.11g 的 最高速度为 54Mbps。现在多用的 IEEE802.11b 与 IEEE802.11g 设备使用的频段为 2.4~2.4835GHz 的免许可频段，在频率资源上不存在限制，因此使用成本低廉也成为了 WIFI 技术的又一大优势。WIFI 无线网络是由 AP（Access Point）和无线网卡组成的无线网络，组网方式较为简单。我们通常将 AP 称为网络桥接器或接入点，将能搜索到 WIFI 网络的地方称为热点区域，任何一个装有无线网卡的终端（现在主要的终端是笔记本电脑和带 WIFI 功能的智能手机）进入 WIFI 覆盖区域均可以通过 AP 来无线高速接入英特网。另外 IEEE802.11 规定的发射功率不超过 100 毫瓦，实际发射功率大约为 60-70 毫瓦。而手机的发射功率大约在 200 毫瓦至 1 瓦间，手持式对讲机则高达 5 瓦。所以总的来说 WIFI 技术是健康安全的[2]。 ### 1.2.3 Contiki 概述 Contiki 是一个小型的，开源的，极易移植的多任务电脑操作系统。它专门设计以适用于一系列的内存受限的网络系统，包括从 8 位电脑到微型控制器的。它的名字来自于托尔·海尔达尔的康提基号。Contiki 只需几 kilobyte 的代码和几百字节的内存就能提供多任务环境和内建 TCP/IP 支持。 ### 1.2.4 MPU6050 概述 MPU-6000（6050）为全球首例整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。MPU-6000（6050）的角速度全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec (dps)，可准确追踪快速与慢速动作，并且，用户可程式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g。产品传输可透过最高至400kHz的IIC或最高达20MHz的SPI（MPU-6050没有SPI）。MPU-6000可在不同电压下工作，VDD供电电压介为2.5V±5%、3.0V±5%或3.3V±5%，逻辑接口VDDIO供电为1.8V± 5%（MPU6000仅用VDD）。MPU-6000的包装尺寸4x4x0.9mm(QFN)，在业界是革命性的尺寸。其他的特征包含内建的温度感测器、包含在运作环境中仅有±1%变动的振荡器。 ### 1.2.5 物联网三层架构 物联网主要有三层架构:即:感知层、网络层和应用层。感知层主要实现采集信息,捕获信息和物体识别。网络层主要实现信息的传送和通信。应用层主要包括各种各样的应用[3]。 # 二、需求分析 ## 2.1 非机动车防盗报警 电动车、自行车是方便人们短途出行的绝佳交通工具。人们在出门买菜、买生活用品、串门、踏青、骑行等等活动中，用到电动车和自行车。对于一些骑行爱好者来说，一辆山地车动辄四五千、多则三四万乃至十万多。每次骑行出去游玩，都要车不离身。不然一辆几千上万的山地车，即使上了锁，只需要一把液压钳，就可以剪断车锁，轻松偷走。对于一些电动车，大部分都配备了防盗报警器，但是在调查了市场上的防盗报警器后发现，大部分设计模式和交互都不理想，存在着误报、扰民、易拆卸破解、遥控距离短等缺点。 ## 2.2 大型场馆展品防护报警 博物馆、科技馆、游乐场等一些贵重和不可触碰的展品，过去通常的做法是将展品锁在一个玻璃展柜里，或者派人员看守，或者是通过红外检测非法入侵。但是这种方式耗费人力物力，影响参观体验。且展品遭到非法入侵和触碰时，也不能通知到管理人员或者报警，还会带来误报问题，造成不必要的精力浪费。 ## 2.3 国家能源产所监测 粮库，油库，军火库等国家经济和军事稳定的核心场所，由于其特殊性质决定，不仅要防止非法入侵、盗窃等行为的发生，还需要能够获取到场所的环境参数，如温度，湿度，气压等环境参数值。通过对相关参数的获取，及时发现问题，避免造成灾难性的后果。 ## 2.4 家居生活防盗监测 家居生活中，遇到盗窃等问题，有摄像头防盗、红外防盗等技术手段，但摄像头的能耗、架设成本较高，且无法做到防盗报警功能，只能事后翻看录像，安保能力差。红外对射等防盗技术，误报率高，甚至蚊虫飞过也会造成系统误报警。 另外，当入侵和非法盗窃发生时，还要通过一定的技术手段，获取到事件发生的位置或者距离，以便相关人员追踪。 ## 2.5 系统优点概述 基于以上的实际需求，我们设计了基于多传感器数据融合和 LWPAN 的侦测报警系统。 该系统改