在安防監控系統大多采用視頻或運動傳感器方案設計的背景下，本設計實例提出了一種更適合許多消費者和小型企業需求的替代解決方案：使用RFID標簽技術來實現低成本、無電池且易于安裝的家庭安防系統。
為了簡化安裝與操作，現代家庭安防系統必須要能通過無線進行環境監控。監控范圍包括外圍安防、入侵檢測，以及房屋內敏感區域的安防，例如藥品容器、保險箱或其他貴重物品所隱藏的地方。
盡管可以采用視頻監控，但是卻需要通過復雜的圖像處理與分析來檢測未經授權的活動，而且會引起隱私擔憂。傳統的運動傳感器可以消除隱私問題，但是卻需要輔以電源和支持性電子裝置，因此會增加產品的BOM成本。運動探測器還需要有某種有線或無線接口，以便將傳感器的輸出轉發到云端。在許多情況下，攝像頭和運動探測器需要進行專業安裝，因此對許多成本敏感的應用而言不太經濟。
本設計實例提出了一種更適合許多消費者和小型企業需求的替代解決方案：使用RFID標簽技術來實現低成本、無電池且易于安裝的家庭安防系統。
RFID標簽可以用來實現一系列魯棒的安防傳感器。運動探測器可以通過將RFID標簽與磁簧開關集成在一起來制作。同樣，可以通過用磁簧開關代替沖擊開關來制作沖擊事件探測器。在這兩種情況下，傳感器開關都連接在天線的兩個端子之間以及RFID芯片的兩個端子之間。在這個配置中，RFID標簽的工作是根據開關的ON或OFF狀態啟用或禁用的。
上述傳感器為圖1所示的安防監控系統提供了一種低成本、小尺寸的解決方案。配備運動傳感器的RFID標簽可以粘貼到窗戶、門和保險箱上，而震動感應標簽可以粘貼到藥盒上。商用RFID閱讀器具有兩個功能：a）用于檢測通過運動或震動感應開關激活的任何傳感器；b）還用于為該區域提供低功耗RF輻射，而在標簽激活時為其供電。由于每個RFID標簽都有自己唯一的ID，因此RFID閱讀器就知道所檢測到的活動發生在哪里。一旦捕獲到活動數據，就可以將其傳輸到云端進行分析，并在適當的時候通過智能手機或電子郵件警報通知用戶。
圖1：使用RFID標簽的安防監控。
傳感器工作原理
圖2中的工作原理圖說明了震動傳感器和運動傳感器的工作機制。
圖2：震動傳感器由RFID芯片、天線和震動傳感器組成（a）。在正常（不受干擾）狀態下，金屬球會使震動傳感器的兩個觸點短路（b）。當傳感器受到干擾時，其金屬球不再使兩個觸點短路，從而使天線能夠接收電能而用于RFID芯片并傳輸其信號（c）。運動傳感器由RFID芯片、天線和磁簧開關組成（d）。在正常狀態下，磁簧開關由附近所貼的一塊磁鐵保持在ON狀態。這會使天線短路，從而阻止RFID芯片接收電能（e）。磁鐵脫落后，磁簧開關轉換為OFF狀態，從而啟用RFID器件（f）。
震動探測器
如前所述，震動傳感器由RFID芯片和天線組成，如圖2a所示。震動開關由一個空腔及其內部的一個滾動的微小金屬球所組成。當將震動開關直立放置時，球會滾動到兩個伸出空腔的導電觸點上，從而形成導電通路（圖2b）。如果將傳感器朝另一個方向傾斜，則觸點就會斷開，這樣就形成了檢測運動或方向的簡單方法。當用作安防傳感器時，沖擊開關是連接在天線的兩個端子之間并直立放置，這樣就能將它們短路在其無源位置。所產生的短路破壞了RFID芯片與天線之間的阻抗匹配，從而阻止了RFID標簽輻射信號。如果將震動傳感器傾斜，則金屬球將會從觸點上移開，這樣RFID標簽就能夠接收電能并輻射信號，然后由RFID閱讀器所讀取。
運動傳感器
圖2d中所示的運動傳感器系統由一個RFID芯片、一根天線、一個磁簧開關和一個磁鐵所組成。磁簧開關在密封的玻璃腔中由兩個鐵磁柔性金屬簧片觸點所組成。開關的兩個觸點為常開，直到磁場的存在而使它們閉合（圖2e）。當將傳感器移到磁鐵作用范圍以外時，其觸點將返回到初始開路狀態（如圖2f所示），從而啟用RFID芯片并警告閱讀器標簽已移動。圖1中對此進行了插圖說明，例如，將帶有磁簧開關的RFID標簽固定在窗戶上，而將磁鐵貼在RFID標簽附近的墻上。當窗戶關閉時，磁鐵使磁簧開關保持在短路位置，從而使天線處于分流狀態，進而使芯片處于非活動狀態。當將窗戶向上或向下移動時，磁鐵遠離而不足以使磁簧開關保持短路狀態。此時，磁簧開關恢復到開路位置，RFID標簽就變為活動狀態。
傻瓜傳感器與智能系統
由于每個RFID標簽都有自己的唯一ID，因此可以將其與要監控的特定對象或位置相關聯。 RFID閱讀器或基于云的安防應用可以使用這個信息來了解有關事件性質的更多信息，包括識別可能入侵者的數量、他們的位置，以及對他們的活動進行一些推斷。這樣的分析還可以減少由寵物或其他善意干擾所引起的錯誤警報的數量。
RFID技術是一種可創建魯棒、可靠且低成本安防系統的有前途的工具。標簽易于安裝，不需要電池，因此可確保其長期可靠性。但是，在實際應用中必須格外小心，以便確保RFID閱讀器的位置能夠完全覆蓋所監控的區域。其商業化還需要開發“智能”RFID閱讀器，而至少可以對RFID標簽所產生的活動進行第一層處理。
Wang Wei、Cihan Asci和Sameer Sonkusale就職于美國塔夫茨大學（位于馬薩諸塞州梅德福）電氣與計算機工程系。
（原文鏈接：Security monitoring system uses RFID tags，由趙明燦編譯）
本文為《電子技術設計》2020年12月刊雜志文章，版權所有，禁止轉載。免費雜志訂閱申請點擊這里。
責編：Gavin
您可能感興趣
