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二OOO年十一月二十一日,G. Chapman教授和M. Zaacks获得由美国签署的专利;
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二OO三年二月,申请加拿大专利;
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二OO三年五月二十一日,获得欧洲签署的在英国、法国和德国承认的专利;
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二OO六年,将获批日本专利;
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二OO五年九月三十日,G. Chapman教授和M. Zaacks获得由新加坡签署的专利。
技术说明书
1. 基本概念
很多昂贵的、具有高被盗风险的电子产品, 如:电脑、打印机、显示器、电视机、立体音响系统, 在安装以后就很少再被移动。本发明专利—-- 防盗电缆,则可以通过监测到电源插头从电源插座里拔出的物理动作,来防止这些贵重设备被盗。一旦防盗电缆插头被盗贼从插座里拔出,则启动报警系统,而且 被盗设备必须输入一个正确的密码才能投入使用。
2. 发 明目标
这 个发明的目标是要开发一个传感系统,将其安装在电源插头里。如果设备的电源插头被从电源插座上拨掉,这个传感系统就可以探测到,并同时启动一个报警装置。这 个系统很难被盗贼破坏,也不影响用户正常使用设备,并且也不会发生失误报警。这个系统如果与电源集成在一起生产,那么费用是不会太高的。在处于报警状态 时,整台设备不能工作,必须经过一些必要的设置后才能再使用。已经开发出两代传感器:第一代是的机械式传感器,设计简单;第二代的传感器使用了光学传感技 术,并且没有活动部件,它非常坚 固、带自我校正功能,适用于各种不同的插座类型,而且也只使用了几个并不昂贵的零件。
3. 详 细原理
在多数情形下昂贵的、具有高被盗风险的电子产品, 如:电脑、打印机、显示器(显象管或液晶显示器)、大屏幕电视机、立体音响系统, 在 安装以后就很少再被移动。虽然已经开发出了很多防盗设备,但是它们都不同程度上有一些缺陷。比如:很昂贵、很难安装、容易发生失误报警(如:移动传感 器)、受到机械部分的局限、甚至并非老练的小偷都能毫不费力地越过它们。本发明专利---防盗电缆则通过监测设备电源插头从电源插座上的物理移动来防止 带电电气设备的窃盗行为。在电源插头的插脚中,装有光学或机械传感器,它可以监测到当插头从插座中拨出的动作,而且 盗贼从插座外部是无法破坏的。这些传感器所检测到的信号通过电源线传送到控制系统,当电源插头从电源插座中被拔出时,内置的控制系统接到信号就会激活报警 器,报警器会发出典型的报警声音。另外,报警系统还有阻止这台被盗设备的正常工作的功能。必须解除报警, 设备才能恢复正常。
当设备的防盗电缆被盗贼拔出插座时,报警系统就会启动,只有将正确的密码通过设备本身或一个外置遥控器发送给设备的控制系统,才能解除报警。即使重新把 插头插回电源插座中也不能解除报警,报警器会一直在鸣响,直至发送一个“解除密码”给控制系统。报警系统还能监测到诸如:切 断电源线或从设备中拆掉电源线的动作。报警系统将不会因为停电而激活,也不会因为任何不需要从电源插座中 拨掉电源插头的设备移动而 激活。这样能有效地防止普通防盗传感器普遍存在的一些误 报警问题。这个报警器能够很容易地应用于所有的设备中。其中的一种方式是:报警器的电缆是独立封闭 的,这样可以它把集成在标准的电源线内,而这些标准的电源线可以用于电脑、显示器和其它许多电气设备。如果报警器与可以使用遥控器的设备或者有内置通信线 路的设备集成在一起,则可以降低成本。此外,在报警器的内置式使用方式中(或者这种报警器安装在运行专用程序的电脑中时)如果进入报警状态,就会激 活一些驻留在微控制器中的简单的程序,起到阻止非法操作设备的功能,并且使报警器一直处于鸣叫状态,直到输入一个解除密码。这样,令被盗的设备无法使用,实质上也降低了 盗窃的诱惑力。这种报警器还可以用在设备的运输过程中,只有拥有密码的人才能重新安装该设备。当一种特别的多用途电源插头板或电源延长线被移走时,都能激活与其连接的设备中的报警器。
4. 专 利申请
5. 技 术细节
在前面的章节已经介绍了防盗电缆的基本概念和最先获得的美国专利;在这一节,将介绍一下防盗电缆这个项目的最新进展 ---- 这就是光感防盗电缆。最先研发的是一个将机械传感器安装在电源插头上的防盗电缆。它使用了装有弹簧的绝缘的棒杆连接到一个微开关,当电源插头插入插座通电时,棒杆被向后推,开关关 掉。当电源插头从电源插座上被拨掉时,弹簧就会推动棒杆向前(这样就会和电源插座的底部保持有接触)。同时,如果棒杆被向前推动得足够距离(大约3-4 mm,要根据插座的具体情况,不同的插座有不同的距离),传感器就会被激活。因此,当电源插头仍然在电源插 座里时,激活传感器这一动作就发生了。虽然这一设计很简单但很可靠,不过它还是有些缺点:
1. 机械部份令它有发生机械故障的机会;
2. 机械部分的安装比较复杂;
3. 为了获得最佳的开/关状态位置,对于少数不同类型的电源插座,棒杆的位置需要做适当的调整。
当然这类的调整已经设计在插头中(一种简单的螺旋式调整),用户需要对少数的特别型号的电源插座进行这类调整。为了克服上面的限制、改进第一代传感器的设计,萌发了第二代传感器的设计计划。
6.第 二代传感器(光感防盗电缆)
在 已批准的专利中,已经涵盖了使用光学传感器来探测电源插头从电源插座中的拔出的情况。第二代传感器最重要的优点是:它是非机械式系统,系统中没有活动部 件,并且仍然保留第一代传感器的全部优点。二OO三年正式开始研制把光学传感器技术应用到防盗电缆中。将一个由红外发光二极管和光电晶体三极管组成的红外线传感器安装在三脚电源插头的地线插脚,即可实现用光学传感器来探测电源插头的物理移动。当电源插座表面的光反射率因电源 插头拨出而 改变,光电晶体三极管的输出电平由于反射光量的变化而相对地改变。因此,当插头被拨掉时,我们就能探测到光电晶体三极管输出电平的变化并触发报 警 器。由于光电传感器被镶嵌在插头的接地插脚,所以当传感器还留在电源插座时(即插头被拨掉前)就能探测到这一移动,从而最大限度地防止被破坏或被迷惑。
在这个原型中,使用了商业用的低成本而又适合用于安放在电源插头的插脚中的红外发光二极管和光电晶体三极管传感器(大约只需$1.00/个)。对超过十种不同类型的电源插座(从黑色到彩色到白色)进行测试,测量当插头从插座中拨出时的传感器的性能。从而归纳出一个设计和算法,它可以检测出传感器的 位置在所有插座中的很小的变化(甚至几毫 米)。于是,在一个很小的印刷电路板上镶嵌一个和两个传感器的模型诞生了。
7. 商业模型
为了演示光感防盗电缆性能,制造了一个商用模型。工作原理和第二代的传感器是一样的,但在体积上就大大地减少了、而性能却大大地增强了。如图1 所示,在商用电缆的模型中,在连接电源插头插脚的末端的光电传感器和控制器,可以适用于标准的电源插头。这种光学传感器恰好能镶嵌在标准电源插头的接地插脚上,传感器和控制器集成 在一块简单的印刷电路板上,而控制器就安置在一个11 x 11 mm的区域。图2显示了光电传感器和控制板镶嵌在标准电源插头的插脚中的情形。图2显示出带有防盗插头的电缆。请注意在插头末端的两个微小连接器,它们是通过一个经过改造的插座跟设备端 主控制器联系的。图3显 示出设备端主控制器,它是内置在含有设备电源插座的盒子里。设备的电源插座是标准尺寸但有些轻微的改造,以便放置一条能与防盗插头末端的传感器通信用的线 路。这条线路也为光电传 感器和从属控制器提供电源,从而令靠近墙端的插头中的传感器的体积比较早时研制出来模型大大减少。值得注意的是这种设计保留 了在设备端的主控制器和插头末端的从属控制器之间的通信,因此,拨掉插头或切断电源线都会导致激活报警器。
| 图1:防盗插头,已集成了传感器和从属控制器而又恰好能放进的校准插头的防盗插头。 |
图2:防盗设备端插头,请注意插头上另外的通信连接器。 |
图3:主控制器及被保护设备的插座端的商业模型。 |
光学系统是对所有插座自校正的,当插头插进插座时激活传感器,这时传感器为插座做光学参数的初始校准 (需要8秒),值得注意的是当传感器是在插座里面的时 候,这些值将不会有很较大的变化;报警与否每秒测试十次,这种设计是很稳定的,它不受插座本身的移动或电源插头的插入而影响,只有从电源插座中拨出插头才 会影响它。最坏的情况是一个具有插脚23mm长的电源插头最多移动不能超过4mm,否则会引起报警器鸣响。这样,在电源插头从插座里拨出 前, 就一定会激活报警器。
对这种商用的模型做 了几个重要的改进。防盗电缆的主控制器已转移到使用它的设备内,这样明显地减小了电源线中的传感器的体积和零件数目;这样还可以使整个防盗系统共用一个独 立的后备电池供电,这个后备电源在报警状态下能提供超过三十小时的供电,在停电状态下能提供大约六十小时的供电、如果使用更先进的节能程序, 还可以延长供电时间。这些后备电源可从设备供电系统充电,因此它们不需要更换。这种主控制器内置于使用它的设备中的另外一个特性就是在报警状态时切 断与设备连接的电源,这样在主控制器的协助下,设备就不可能再运作了。
请注意:这种商用模型是为演示而设计的,所以这种模型的体积远远大于任何系统的要求。事实上,内置防盗 电缆主控 制器所需的器件有90%已经存于在大多数设备中,只需再添加几个零件就可以了。例如:模型的电源会改为使用设备本身的电源。所使用的微控制器也很简 单、便宜(少于$0.5一个)但速度适宜。也就是说,最理想的方式是在设备中的典型的微控制器中加入程序来取代主控 制器。
8. 结论
如专利所述,光电传感器已经成功替代第一代的机械式传感器,在消除了机械式传感器的所有的限制的同时仍然保留了第一 代传感器所具有的优点。防盗电缆的商用模型在大大地减小了集成在插头末脚的传感器和控制器的体积的同时,还保留了光电传感器的所有优点而且又为主控制器增加了许多功能:
1. 光电传感器没有活动部件,排除了出现机械故障的潜在可能;
2. 光电传感器只使用随处都可找到的零件和印刷电路板技术,这样可以降低生产成本;
3. 光电探测器对于所有类型的电源插座都是自校正的、排除了调整的需要。