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无需视频监控或加速度传感器,RFID技术也能助力家庭安防

2020-10-16 来源:EEWORLD

本文编译自EDA,作者为Wei Wang,Cihan Asci及Sameer Sonkusale,来自马萨诸塞州塔夫茨大学电子和计算机工程系。


为了简化安装和操作,家庭安全系统必须能够无线监控,这包括监控周边安全、入侵检测,以及家中敏感区域的安全,如药箱、保险箱或其他贵重物品藏匿处。


虽然视频监控是可能的,但它需要复杂的图像处理和分析来检测未经授权的活动,同时也引起了对隐私的担忧。传统的运动传感器虽然消除了隐私问题,但它们需要电源和系统,这增加了产品的BOM成本。运动探测器还需要某种有线或无线接口将传感器的输出中继到云端。在许多情况下,摄像机和运动探测器还需要专业的安装,这使得它们对于许多成本敏感的应用来说不合算。


以下的设计理念提出了一种更适合消费者或小企业的替代解决方案:使用RFID标签技术实现低成本、无电池、易于安装的家庭安全系统。


RFID标签可作为一系列安全传感器的基础。通过将射频识别标签与簧片开关集成,可以制作出运动检测器。同样,可以用簧片开关代替冲击开关来开发冲击事件检测器。在这两种情况下,传感器开关连接在天线的两个端子和RFID芯片的两个端子之间。在此配置中,可根据开关状态启用或禁用RFID标签的操作。


这些传感器为图1所示的安全监控系统,提供了一个低成本、紧凑的解决方案。装有运动传感器的RFID标签可以贴在窗户、门和保险箱上,而震动感应标签可以贴在药箱上。商用RFID读卡器有两个功能:A)它检测由其运动或震动感应开关进入活动状态的任何传感器b)读卡器还向该区域注入低功率射频能量,当标签激活时为其供电。由于每个RFID标签都有自己唯一的ID,所以RFID阅读器知道检测到的活动发生在哪里。一旦捕获,活动数据就可以传输到云端进行分析,并在适当的时候通过智能手机或电子邮件警报通知用户。


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图1:带RFID安全监控设置的房间


传感器工作原理


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图2:功能图说明了冲击传感器和运动传感器的工作原理。


冲击和运动传感器的功能图,图2冲击传感器由RFID芯片、天线和冲击传感器(A)组成。在正常(未受干扰)状态下,金属球使冲击传感器(b)的两个触点短路。当外界变化引起传感器变化时,它的金属球不再使两个触点短路,从而允许天线接收射频功率,并传输信号(c)。运动传感器由射频识别芯片、天线和簧片开关(d)组成。在正常状态下,簧片开关由附近的磁铁保持在接通状态,这会使天线短路,从而阻止RFID芯片接收电源(e)。当磁铁被移除时,簧片开关转换到关闭状态,从而启用RFID设备(f)。


冲击检测器


如前所述,冲击传感器由一个RFID芯片和一个天线组成,如图2a所示。冲击开关由一个空腔和一个在内部滚动的小金属球组成。当冲击开关竖直放置时,球滚动到两个伸出空腔的导电触点上,形成一条导电路径(图2b)。如果传感器向另一个方向倾斜,则触点断开,这是检测运动或方向的简单方法。当用作安全传感器时,震动开关连接在天线的两个端子之间并垂直放置,以便在被动位置使它们短路。由此产生的短路破坏了RFID芯片和天线之间的阻抗匹配,阻止RFID标签发射信号。如果震动传感器倾斜,金属球会离开触点,使RFID标签接收电源并发射信号,然后由RFID阅读器读取。


运动传感器


图2d所示的运动传感器系统由RFID芯片、天线、簧片开关和磁铁组成。簧片开关是由两个铁磁柔性金属簧片触点组成的密封玻璃腔。开关的两个触点常开,直到磁场的存在使它们闭合(图2e)。当传感器移出磁铁附近时,其触点会恢复到图2f中所示的原始打开状态,从而启用RFID芯片并提醒读卡器标签已移动。如图1所示,在图1中,带有簧片开关的RFID标签贴在窗户上,磁铁贴在RFID标签附近的墙上。当窗口关闭时,磁铁将簧片开关保持在关闭位置,从而关闭天线并保持芯片关闭。当车窗向上或向下移动时,磁铁不再足够靠近,无法保持簧片开关闭合。此时,簧片开关恢复到打开位置,RFID标签激活。


传感器,智能系统


由于每个RFID标签都有自己唯一的ID,所以它可以与被监视的特定对象或位置相关联。RFID阅读器或基于云的安全应用程序可以使用这些信息来更多地了解事件的性质,包括识别可能的入侵者的数量、他们的位置以及对他们的活动做出一些推断。这样的分析也可以减少由宠物或其他善意干扰引起的错误警报的数量。


射频识别技术是一个很有前途的工具,用于创建健壮、可靠和低成本的安全系统。标签易于安装,不需要电池,确保了长期的可靠性。然而,在实际应用中,必须注意确保RFID读卡器的位置能够完全覆盖监视区域。商业化还需要开发“智能”RFID阅读器,该阅读器至少可以对RFID标签产生的活动进行第一层简单处理或分析。

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