技術說明書

1. 基本概念

很多昂貴的、具有高被盜風險的電子產品，如：電腦、打印機、顯示器、電視機、立體音響系統，在安裝以後就很少再被移動。本發明專利—-- 防盜電纜，則可以通過監測到電源插頭從電源插座裡拔出的物理動作，來防止這些貴重設備被盜。一旦防盜電纜插頭被盜賊從插座裡拔出，則啟動報警系統，而且被盜設備必須輸入一個正確的密碼才能投入使用。

2. 發明目標

這個發明的目標是要開發一個傳感系統，將其安裝在電源插頭裡。如果設備的電源插頭被從電源插座上拔掉，這個傳感系統就可以探測到，並同時啟動一個報警裝置。這個系統很難被盜賊破壞，也不影響用戶正常使用設備，並且也不會發生失誤報警。這個系統如果與電源集成在一起生產，那麼費用是不會太高的。在處於報警狀態時，整台設備不能工作，必須經過一些必要的設置後才能再使用。已經開發出兩代傳感器：第一代是使用機械式傳感器，設計簡單；第二代的傳感器使用了光學傳感技術，並且沒有活動部件，它非常堅固、帶自校正功能,可用於各種不同的插座類型，而且也隻使用了幾個並不昂貴的零件。

3. 詳細原理

在多數情形下昂貴的、具有高被盜風險的電子產品，如：電腦、打印機、顯示器（顯象管或液晶顯示器）、大屏幕電視機、立體音響系統，在安裝以後就很少再被移動。雖然已經開發出了很多防盜設備，但是它們都不同程度上有一些缺陷。比如：很昂貴、很難安裝、容易發生失誤報警（如：移動傳感器）、受到機械部分的侷限、甚至並非老練的小偷都能毫不費力地越過它們。本發明專利---防盜電纜，則通過監測設備電源插頭從電源插座上的物理移動來防止帶電電氣設備的竊盜行為。在電源插頭的插腳中，裝有光學或機械傳感器，它可以監測到當插頭從插座中拔出的動作，而且盜賊從插座外部是無法破壞的。這些傳感器所檢測到的信號通過電源線傳送到控制系統，當電源插頭從電源插座中被拔出時，內置的控制系統接到信號就會激活報警器，報警器會發出典型的報警聲音。另外，報警系統還有阻止這台被盜設備的正常工作的功能。必須解除報警，設備才能恢復正常。

當設備的防盜電纜被盜賊拔出插座時，報警系統就會啟動，只有將正確的密碼通過設備本身或一個外置遙控器發送給設備的控制系統，才能解除報警。即使重新把插頭插回電源插座中也不能解除報警，報警器會一直在鳴響，直至發送一個“解除密碼”給控制系統。報警系統還能監測到諸如：切斷電源線或從設備中拆掉電源線的動作。報警系統將不會因為停電而激活，也不會因為任何不需要從電源插座中拔掉電源插頭的設備移動而激活。這樣能有效地防止普通防盜傳感器普遍存在的一些誤報警問題。這個報警器能夠很容易地應用於所有的設備中。其中的一種方式是：報警器的電纜是獨立封閉的，這樣可以把它集成在標準的電源線內，而這些標準的電源線可以用于電腦、顯示器和其它許多電氣設備。如果報警器與可以使用遙控器的設備或者有內置通信線路的設備集成在一起，則可以降低成本。此外，在報警器的內置式使用方式中（或者這種報警器安裝在運行專用程序的電腦中時）如果進入報警狀態，就會激活一些嵌入在微控制器中的簡單的程序，起到阻止非法操作設備的功能，並且使報警器一直處於鳴叫狀態，直到輸入一個解除密碼。這樣，令被盜的設備無法使用，實質上也降低了盜竊的誘惑力。這種報警器還可以用在設備的運輸過程中，只有擁有密碼的人才能重新安裝該設備。當一種特別的多用途電源插頭板或電源延長線被移走時，都能激活與其連接的設備中的報警器。

4. 專利申請

二OOO年十一月二十一日，G. Chapman教授和M. Zaacks獲得由美國簽署的專利：“防盜電子電源線”（簡稱“防盜電纜”）；
二OO三年二月，申請加拿大專利；
二OO三年五月二十一日，獲得歐洲簽署的在英國、法國和德國承認的專利；
二OO六年，将獲得日本專利；
二OO五年九月三十日，G. Chapman教授和M. Zaacks獲得由新加坡簽署的專利：“防盜電子電源線”（簡稱“防盜電纜”）。

5. 技術細節

在前面的章節已經介紹了防盜電纜的基本概念和最先獲得的美國專利；在這一節，將介紹一下防盜電纜這個項目的最新進展 ---- 這就是光感防盜電纜。最先研發的是一個將機械傳感器安裝在電源插頭上的防盜電纜。它使用了裝有彈簧的絕緣的棒杆連接到一個微開關，當電源插頭插入插座通電時，棒杆被向後推，開關關掉。當電源插頭從電源插座上被拔掉時，彈簧就會推動棒杆向前（這樣就會和電源插座的底部保持有接觸）。同時，如果棒杆被向前推動得足夠距離（大約3-4 mm，要根據插座的具體情況，不同的插座有不同的距離），傳感器就會被激活。因此，當電源插頭仍然在電源插座裡時，激活傳感器這一動作就發生了。雖然這一設計很簡單但很可靠，不過它還是有些缺點：

      1.      機械部份令它有發生機械故障的機會；

      2.      機械部分的安裝比較複雜；

      3.      為了獲得最佳的開/關狀態位置，對於少數不同類型的電源插座，棒杆的位置需要做適當的調整。

      當然這類的調整已經設計在插頭中（一種簡單的螺旋式調整），用戶需要對少數的特別型號的電源插座進行這類調整。為了克服上面的限制、改進第一代傳感器的設計，萌發了第二代傳感器的設計計劃。

6.第二代傳感器（光感防盜電纜）

在已批准的專利中，已經涵蓋了使用光學傳感器來探測電源插頭從電源插座中的拔出的情況。第二代傳感器最重要的優點是：它是非機械式系統，系統中沒有活動部件，並且仍然保留第一代傳感器的全部優點。二OO三年正式開始研製把光學傳感器技術應用到防盜電纜中。將一個由紅外發光二極管和光電晶體三極管組成的紅外線傳感器安裝在三腳電源插頭的地線插腳，即可實現用光學傳感器來探測電源插頭的物理移動。當電源插座表面的光反射率因電源插頭拔出而改變，光電晶體三極管的輸出電平由於反射光量的變化而相對地改變。因此，當插頭被拔掉時，我們就能探測到光電晶體三極管輸出電平的變化並觸發報警器。由於光電傳感器被鑲嵌在插頭的接地插腳，所以當傳感器還留在電源插座時（即插頭被拔掉前）就能探測到這一移動，從而最大限度地防止被破壞或被迷惑。

在這個原型中，使用了商業用的低成本而又適合用于安放在電源插頭的插腳中的紅外發光二極管和光電晶體三極管傳感器（大約隻需$1.00/個）。對超過十種不同類型的電源插座（從黑色到彩色到白色）進行測試，測量當插頭從插座中拔出時的傳感器的性能。從而歸納出一個設計和算法，它可以檢測出傳感器的位置在所有插座中的很小的變化（甚至幾毫米）。於是，在一個很小的印刷電路板上鑲嵌一個和兩個傳感器的模型誕生了。

7. 商業模型

為了演示光感防盜電纜的性能，製造了一個商用模型。工作原理和第二代的傳感器是一樣的，但在體積上就大大地減少了、而性能卻大大地增強了。如圖1 所示，在商用電纜的模型中，在連接電源插頭插腳的末端的光電傳感器和控制器，可以適用於標準的電源插頭。這種光學傳感器恰好能鑲嵌在標准電源插頭的接地插腳上，傳感器和控制器集成在一塊簡單的印刷電路板上，而控制器就安置在一個11 x 11 mm的區域。圖2顯示了光電傳感器和控制板鑲嵌在標準電源插頭的插腳中的情形。圖2顯示出帶有防盜插頭的電纜。請注意在插頭末端的兩個微小連接器，它們是通過一個經過改造的插座跟設備端主控制器聯繫的。圖3顯示出設備端主控制器，它是內置在含有設備電源插座的盒子裡。設備的電源插座是標準尺寸但有些輕微的改造，以便放置一條能與防盜插頭末端的傳感器通信用的線路。這條線路也為光電傳感器和從屬控制器提供電源，從而令靠近牆端的插頭中的傳感器的體積比較早時研製出來模型大大減少。值得注意的是這種設計保留了在設備端的主控制器和插頭末端的從屬控制器之間的通信，因此，拔掉插頭或切斷電源線都會導致激活報警器。

圖1：防盜插頭，已集成了傳感器和從屬控制器而又恰好能放進的校准插頭的防盜插頭。

圖2：防盜設備端插頭，請注意插頭上另外的通信連接器。

圖3：主控制器及被保護設備的插座端的商業模型。

光學系統是對所有插座自校正的，當插頭插進插座時激活傳感器，這時傳感器為插座做光學參數的初始校準（需要8秒），值得注意的是當傳感器是在插座裡面的時候，這些值將不會有很較大的變化；報警與否每秒測試十次，這種設計是很穩定的，它不受插座本身的移動或電源插頭的插入而影響，只有從電源插座中撥出插頭才會影響它。最壞的情況是一個具有插腳23mm長的電源插頭最多移動不能超過4mm，否則會引起報警器鳴響。這樣，在電源插頭從插座裡拔出前，就一定會激活報警器。

對這種商用的模型做了幾個重要的改進。防盜電纜的主控制器已轉移到使用它的設備內，這樣明顯地減小了電源線中的傳感器的體積和零件數目；這樣還可以使整個防盜系統共用一個獨立的後備電池供電，這個後備電源在報警狀態下能提供超過三十小時的供電，在停電狀態下能提供大約六十小時的供電、如果使用更先進的節能程序，還可以延長供電時間。這些後備電源可從設備供電系統充電，因此它們不需要更換。這種主控制器內置於使用它的設備中的另外一個特性就是在報警狀態時切斷與設備連接的電源，這樣在主控制器的協助下，設備就不可能再運作了。

請注意：這種商用模型是為演示而設計的，所以這種模型的體積遠遠大於任何系統的要求。事實上，內置防盜電纜主控制器所需的器件有90%已經存於在大多數設備中，隻需再添加幾個零件就可以了。例如：模型的電源會改為使用設備本身的電源。所使用的微控制器也很簡單、便宜（少於$0.5一個）但速度適宜。也就是說，最理想的方式是在設備中的典型的微控制器中加入程序來取代主控制器。

8. 結論

如專利所述，光電傳感器已經成功替代第一代的機械式傳感器，在消除了機械式傳感器的所有的限制的同時仍然保留了第一代傳感器所具有的優點。防盜電纜的商用模型在大大地減小了集成在插頭末腳的傳感器和控制器的體積的同時，還保留了光電傳感器的所有優點而且又為主控制器增加了許多功能：

    1.  光電傳感器沒有活動部件，排除了出現機械故障的潛在可能；

    2.  光電傳感器隻使用隨處都可找到的零件和印刷電路板技術，這樣可以降低生產成本；

    3.  光電傳感器對於所有類型的電源插座都是自校正的、排除了調整的需要。