智能尘埃战术边境监视探测、分类和跟踪敌人入侵使用声学- Magnetic-Thermal-Vibration签名

基肖尔Kumar S1, r . Senthil Kumar博士2

PG学生,电气电子工程系,Saveetha工程学院,印度钦奈。
教授,电气电子工程系,Saveetha工程学院,印度钦奈。

文摘

国家安全面临的最大威胁是“恐怖主义”通过边界渗透。在克什米尔和孟加拉国等重要的边境地区正规军甚至卫星不能监测这些入侵的恐怖分子监控面积相当大,相当复杂。这个项目提供了一个创新的和有效的解决这个问题。这个项目的目标是设计一个下一代智能超小尘埃像无线传感器微粒有多个机载传感器和控制器,它有能力探测敌人入侵跨越国界和战场。成千上万的这些智能微尘可以部署在一个大区域在几个小时内由一个或两个人。这些微粒可以自己形成一个网络,是规模较小,迅速部署,无线连接外部世界。他们检测入侵和分类成车辆或个人和团体。车载硬件包括各种传感器振动/地震、磁、声、热签名认可,一个单片机处理这些传感器值和一个无线电收发器通信通过无线网络。系统(智能尘埃)处理传感器读数,分类目标和跟踪历史可以从图形液晶显示器连接在中央监控单元。中央监测节点作为父节点的点对点无线网络模型。 The dust motes communicate with central parent node using wireless radio network.

关键字

微尘,敌人入侵检测、传感器、无线传感器网络

介绍

入侵检测是一个主要的问题在这个应用程序中。及时发现入侵是非常敏感的部分在检测入侵。大范围地形或入侵发生时很难探测到,因为测量这些地区通过男人成为一个艰巨的任务。入侵检测在给定的应用程序通常处理对象的检测和分类在人类或车辆或组和追踪敌人的入侵。敌人入侵识别、分类和跟踪通过使用下一代智能超小尘埃像无线传感器微粒有多个机载传感器和控制器,它有能力探测敌人入侵跨越国界和战场。这些智能微尘的传感器和控制器。

成千上万的这些智能微尘可以越过边境部署在几个小时内由一个或两个人。这些微粒小如图1所示,可迅速部署,它们构成了一个网络本身,给结果通过无线连接外部世界。车载硬件由等多种传感器振动/地震、磁、声和热签名认可,和单片机为处理这些传感器值和无线电收发器通信通过无线网络。mote包含所有这些硬件称为尘埃微粒。父mote(控制节点)由一个控制器和一个图形显示的跟踪可以查看历史。

中央监测节点作为父节点和连接在一个点对点无线网络模型。如果有故障/ mote不工作我们很容易识别并纠正所有微粒在点对点网络连接。

如图2所示。M1、M2、M3、M4、M5 M6, M7代表的微粒由不同的传感器和控制器,检测和分类的入侵和发送信息到父节点通过无线通信。

二世。讨论

本文的目的是实现一个边境入侵检测系统使用小型、廉价传感器节点可以离开无人值守,很难检测到,因为他们的大小。我们不使用大型昂贵的设备进行监控,可以覆盖更大的区域,因为如果该设备被禁用,有意无意,这将导致数据不可用。

在传感器网络的一个主要缺点指出电池供电。需要经常更换电池和相应的人力资源这个任务所需的使用传感器网络面临的一个重大障碍。领域的最新进展为传感器节点显示的想法使用基于mobile-host无线能量传输系统提供电力。无线传输能量的移动主机有能力根据传感器节点。无线微波传输能量被接收天线,转换为直流电源整流电路,并存储在一个存储介质为传感器节点提供所需的能量。同时,传感器节点的能量可以回收。持久的动力资源的传感器有:太阳能、温度梯度、振动和压力变化。上述方法将非常有助于解决关键问题的权力无线传感器领域。

使用传感器网络边界监视一个加分点,整个边境地区不需要一定覆盖。地形可以帮助降低成本,因为有些地区将无法访问,因此传感器节点不需要在这些领域蔓延。尽管建筑整个边境围栏是一种选择,有几个与之相关的困难。例如,在构建一个篱笆有必要确保栅栏并没有在任何地方坏了。使用电动栅栏将是一个巨大的开销。此外,如果一个栅栏构造,它必须建造。传感器网络有优势在这里的地形可能是辅助节点不需要放置无处不在。

另一个问题,考虑使用传感器节点的节点将被放置。如果传感器空投所需的传感器数量就会高得多。可以解决此问题通过部署传感器在几个小时内由一个或两个人。地形中,节点可以放置手动短距离旅行乘坐直升飞机(如果道路是不存在的)。如果地形很难访问,那么空气下降是一个选项或更先进的技术使用激光枪射击和传感器在地面也可以使用。

三世。相关工作

先前的研究已经完成入侵检测领域的边界;在图像边界附近拍摄的相机可以处理来检测边界入侵。光纤电缆可以埋在边境附近的地面,光脉冲在发送到地面由于入侵者的运动可以被监视和处理来检测入侵。但是摄像机的部署和维护成本或光纤电缆高,因此这些方法可能不是可行的监测的边界太大像印度支那边境。

研究如何使用小型、低成本的无线传感器微粒监测不同的环境设置和名胜古迹例如,栖息地的监控,监控也被火山活动等。研究如何有效地部署传感器以达到最大的覆盖面积。传感器也被用于监视边境但通常价格昂贵,而且使用的传感器有一个要求,一个观察者可以分析数据收集的传感器和做决定。

在这个项目中我们使用各种传感器包括控制器一起称为微粒用于探测、分类和跟踪入侵发生在边境。

四、智能尘埃网络的体系结构

2重要的系统包括微粒(i)尘埃微粒,它由不同的传感器和控制器从传感器读取的值和一个收发器将这些数据发送到中央父节点。(2)中央监控mote,它包含一个无线收发器接收的数据从尘埃微粒,发送和液晶显示器,所有的跟踪可以查看历史。

图3所示。显示了智能除尘系统的示意图,其中包含尘埃微粒和中央监控尘埃。

诉的硬件设计

该系统的硬件主要分为两个部分。一个是尘埃微粒由不同的传感器来识别特定类型的入侵发生在该区域。第二个是中央监控控制所有的尘埃微粒和跟踪入侵

图4 (a)展示了框图的尘埃微粒由几种传感器,手臂Cortex-M3内部控制器和IEEE 802.15.4无线发射机提供服务发送数据的中央监控尘埃。中使用的不同的传感器灰尘微粒是1。热传感器运动2。磁传感器3。振动传感器4。声学传感器。

中使用的热传感器灰尘微粒PIR sensor-Passive红外传感器。PIR传感器主要用于检测人类。人类排放一定数量的红外辐射吸收的PIR识别人类的入侵。这里使用磁传感器是MEMS磁强计。这是用来识别车辆入侵,也用作金属探测器。在这个项目中使用硬件使用磁力计来检测入侵。

这里使用振动传感器是MEMS加速度计进而有能力检测振动发生在群人试图干扰或大型车辆运行越过边境。声学传感器用于检测声波在边境。MEMS麦克风用于检测这么小的音频。这个麦克风用于利用敌人在边境的消息。

所有这些传感器值被发送到单片机中尘埃微粒和值是读取和发送到中央父Mote通过无线通信,因此,中央监控Mote跟踪入侵历史的显示

视图(b)的框图说明了中央监控mote,由手臂皮层M3控制器、液晶显示、MiWi收发器和一个蜂鸣器。

这个中央监控mote接收数据的传感器值通过无线通信从尘埃微粒叫做MiWi和跟踪历史的液晶显示器。以防紧急情况,提出了一个通过蜂鸣器报警连接到控制器报警情况。

关于传感器和MiWi协议的详细描述如下所示。

答:热传感器

热传感器是用来检测入侵产生的热量在边境或整个地区。一个被动红外传感器是用于开发这个应用程序。PIR使用传感器也称为被动红外传感器来检测入侵通过吸收的红外发射物体。每个对象往往会发出一定数量的红外光谱。

另一个重要因素是,PIR传感器可以很容易地放置在一个无线传感器节点。应用主要集中在检测人类入侵者在安全地区。人体产生的热量。红外发射从人类范围从8到14μm范围。窗户可能是作为一个过滤器,限制波长8 - 14μm,是最接近人类发出的红外辐射。这些值被发送到菲涅耳透镜,然后到达PIR。

PIR传感器产生的值发送到控制器通过ADC值产生以来PIR传感器模拟值。一旦值满足控制器开始处理价值和发送数据到中央监控尘埃。

b .磁传感器

MEMS磁强计在这个应用程序中用于测量磁场的强度和方向。通过计算磁场的强度,我们可以确定入侵类型,无论是武器或工具。这些磁力计被用作金属探测器在这个应用程序中。他们能够检测金属以及能够检测大型对象,如军事坦克或重型军用车辆。

硬件使用磁力仪来检测入侵的边界。MEMS磁强计规模非常小,可以很轻易与控制器,形成界面上的尘埃微粒。磁强计的值发送到控制器进行处理,一旦它被发送到中央处理监控mote跟踪。

c .振动传感器

加速度计作为振动传感器在这个项目。该加速度计用于测量振动和冲击。这个加速度是正确衡量重力。重力引力。

MEMS加速度计中使用这个应用程序,因为它们是小和容易界面上的他们很容易部署。因为它们是非常小的能耗很低,使得他们更有效率比较现有的系统。这里使用硬件MEMS加速度计来检测重运动发生的土地由于群人的运动或运动的大型车辆。一旦检测是确定了它在处理控制器通过无线连接和发送到控制微粒。

d .声学传感器

声学传感器能够识别声波。MEMS麦克风目标所有音频应用程序体积小、高音质、可靠性和可购性是关键要求。

industry-unique MEMS麦克风设计,创新的塑料包装,提供苗条形式因素,和耐久性优于传统的金属盖设备。模拟和数字输入顶部和底部港口解决方案是可用的。通常的输出音频传感器将一个模拟值,因此它处理控制器通过ADC和加工值发送到中央监控mote跟踪通过无线连接的目的。

大肠MiWi P2P协议

MiWi P2P是芯片设计的无线协议内部基于IEEE 802.15.4标准的无线个人区域网络提供服务。这个协议是专为数据传输速率低、短距离低功耗无线传感器

协议提供可靠的直接无线通信通过一个用户友好的编程接口。MiWi P2P协议栈支持明星和点对点无线网络的拓扑结构,适用于简单,短程无线节点到节点通信。在这个项目中使用点对点无线网络模型。此外,堆栈提供睡眠节点,active-scan和energy-detect特性同时支持电池供电设备的低功耗的要求。MiWi协议在2.4 GHz频段工作。

MRF24J40MA无线收发机用于灰尘和中央监控mote之间传输数据的。中使用的流程图MiWi无线协议是图6所示。

最初的传感器的硬件初始化探测敌人入侵和尘埃微粒之间的连接和中央监控mote建立。每当有敌人入侵尘埃微粒的传感器被触发,将数据发送到中央监控mote通过这个连接。

应用程序使用Arm开发Cortex-M3控制器。LPC1313FBD48基于Arm皮层控制器用于高水平集成和低功率消耗。这个控制器有能力在72 MHz频率工作,有32 kb的闪存和可以连接多达42通用设备。

一旦发现敌人入侵,来自尘埃微粒的信息发送和接收在中央监控mote,它显示在液晶显示器连接在中央监控尘埃。跟踪历史可以存储和显示可以查看。跟踪历史包含所有入侵,如人类的入侵,群体,车辆入侵等。

程序编码的方式如果有任何入侵然后触发特定的传感器和ADC值给出示例中生成和转换的值数字值。这些值在给定控制器处理和信息被发送到中央监控模式通过MiWi协议。代码是在嵌入式C语言编写的。最初MiWi系统中,传感器的接口。

最小的线路图是图7所示。此电路显示了随着PIR LPC1313FBD48是界面上的传感器得到的值并显示在液晶显示器中。

同样的入侵的读数变化当单个和多个微粒。现在阅读分析了从单一的尘埃和微粒的近似值。

Fig.8 (a)表明传感器的工作状态在一个尘埃微粒,如果没有入侵发生在一个特定的地方或区域。如果我没有入侵数据保持不变。e预定义的值的设置而编写的程序。

如果没有入侵之后会有一个不同的阅读。阅读取决于入侵类型。如果一个人入侵发生传感器中的值将低比较车辆入侵。Fig.8 (b)显示了传感器的工作状态在一个尘埃微粒是否有入侵。

七世。结论和未来的工作

总之,敌人入侵检测结合的传感器与控制器给定的应用程序界面上的。在这个应用程序中热传感器、振动传感器、磁传感器和声学传感器是用来检测敌人入侵像人类或一组人员和车辆入侵。通过使用这个应用程序,人生可以保存到更大的程度上,因为这些微粒的敌人入侵和跟踪工作。这个应用程序拥有低成本的比较早期的技术。

功耗成为一个轻微的问题,可以通过使用太阳能电池在未来纠正。以及更多的传感器可以界面的控制器做更多的检测。可以减少灰尘微粒的大小更大的方式通过减少控制器的大小10毫米的大小可以用来实现这一目标。

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