带有热电传感器的计算机存在检测器

描述

计算机存在检测器

基于 Kemet SS-430L 热释电传感器

计算机存在检测器通过位于计算机键盘后面的非侵入式设备解决安全漏洞和温室气体排放问题。

在计算机解锁时离开您的计算机是许多处理机密信息的组织的重大安全漏洞，您只需在 PC 上按 Windows 徽标 + L 或在 Mac 上按 Command + Control + Q 即可离开。尽管如此简单，但经常忘记让任何等待机会执行他们无权执行或不想在其登录下被跟踪的操作的人访问计算机。让计算机无人看管的第二个方面是连接设备（如显示器、打印机和扬声器）打开数小时或数天会浪费电力，从而对温室气体排放和电力成本产生重大影响。

无需人工干预，计算机存在检测器 (CPD) 与键盘和鼠标串联连接，以持续监控距离键盘 1.5 米范围内是否有人。如果没有检测到存在，指示灯将闪烁 10 秒钟，表示如果没有检测到移动，计算机将被锁定。由于该设备对人体红外指纹的选择性敏感，它甚至可以检测到 1.5 米范围内的最轻微的移动，例如打字或手写。范围和非检测时间都可以调整以适应个别应用。在非检测时间过去后，将向计算机发送命令以锁定屏幕，要求用户输入密码才能重新访问。当用户长时间远离电脑时，

CPD 设计为整齐地放置在键盘后面，并包括一个前置 USB 端口，可轻松连接记忆棒或其他低功耗 USB 设备。鼠标和键盘线缆可以整齐地包裹在集成线缆管理器中，以减少桌面杂乱。

安装

设备背面有 2 个 USB-A 端口，用于连接键盘和鼠标。在连接插头之前，使用电缆管理槽将多余的电缆缠绕在 CPD 下，如图 2 所示。

将微型 USB 端口连接到 PC，如果前端端口用作手机充电器，可选 5 伏直流电源。

如果实施了外围电源控制，则提供一个 3.5 毫米立体声唱机插孔作为通用输出来激活您的受控电源板。该连接提供了一个常开和常闭的开关触点，可以连接到智能家居发射器或其他低压控制输入。

可以通过拧出传感器镜头并插入所需的范围镜头来调整覆盖范围。

手术

当您的计算机打开时，CPD 将不断扫描以查看是否在所选范围内检测到人。如果未检测到人员，则前面的 LED 将闪烁，表示如果未检测到移动，则计算机即将锁定。

在非检测时间过去后，CPD 将向计算机发送锁定命令，防止任何人在未先输入用户密码的情况下使用它。

硬件

CPD 中的电子设备包括四个主要部分。

• 凯美特接近传感器
• 微处理器控制
• USB 4 端口集线器
• 力量

Kemet 接近传感器

Kemet 接近传感器是一个独立模块 ( SS-430L )，它对人体发出的红外 (IR) 波长具有非常高的灵敏度，并且可以拒绝其他红外源。除了其选择性灵敏度外，它还能够通过不同的不透明材料进行检测，使其适用于您不希望传感器可见的应用，并且不受阳光等其他红外源的影响。

使用模拟万用表对传感器进行初步试验，以显示检测到运动时的脉冲，并逐渐添加 0.1 毫米厚的透明塑料片，直到达到所需的范围。我对几种塑料进行了试验，包括用于印刷外壳的 PLA，发现如图 3 所示的咖啡包盒中的窗口效果最好。将 5 张叠在一起的薄片实现了 1 米的合适范围。在成品中，将制作一个可互换的插件，以便轻松调整范围。

进行了额外的测试以确定来自传感器的放大信号是否适合连接到 ADC，这将允许范围基于信号的幅度。绕电路一探，发现传感器的模拟信号输入到微控制器，然后输出数字信号。图 4 显示了探测到的引脚，虽然它可以连接到 ACD，但在本项目中并未实现。

 

微处理器控制

Kemet SS-430 的数字输出连接到PIC18F14K50微处理器的数字输入，该微处理器根据在给定时间内未接收到检测脉冲的时间进行所有定时和控制。选择该处理器是因为它支持原生 USB、引脚数少且具有多个定时器。

 

 

RC4 上的 LED 输出驱动 WS2812 可编程 LED 用于状态指示，如图 7 所示，继电器输出由 RC5 驱动，如图 6 所示。

由于切换主供电设备可能需要特殊的安全认证，因此使用了干式继电器触点，该触点可以连接到无线电源控制器，例如Sonoff或适当额定值的硬接线继电器。

 

 

 

引脚 18 和 19 上的 USB 输出发送和接收 HID 命令，允许模拟键盘敲击以向计算机发送锁定命令并感应键盘何时被按下以解锁。这些引脚作为差分对路由到 USB 集线器。

USB 5 端口集线器

CPD 与外部世界的连接是通过一个 USB 接口以 4 端口集线器的形式加上单芯片上的 1 个上行链路。端口配置为 2 个用于背面的键盘和鼠标，1 个用于正面的 USB 密钥或低功率手机充电器，以及一个内部连接到微处理器以模拟键盘按下。然后上行链路将所有 4 个端口连接回计算机。该组件的 PCB 布局是设计中最具挑战性的方面，因为USB2514 IC 仅采用一个端子间距为 0.5mm BSC 的占位面积，如果您遵循 USB 2.0 规范，则具有非常特殊的要求用于 USB 差分对的路由。每对需要保持相同的长度并平行于整个路线。此外，它们需要具有标称 90Ω 阻抗，这相当于 27mil 的走线宽度和差分对之间的 5mil 间距。与其他轨道的间隙需要为 25mil，并且差分对下方的连续接地层。尝试尽可能接近这些设计规则，并尽可能靠近放置 9 个去耦电容器、晶体和电阻器，需要使用 0402 封装 (1005) 电容器和电阻器。从尺寸角度来看，典型的可伸缩铅笔直径为 0.5 毫米，与每个组件的宽度相同。折断几个 1mm 的长度，并以 0.5mm 的间距完美放置它们，这就是 1005 的工作方式。

除了管理所有 USB 通信外，USB2514还可以控制每个端口的供电。我使用MIC2005A限流 IC 来检测电流是否超过 500mA（图 9 中的 U5、6 和 7）。MIC2005Ai 的EN 引脚由USB2514的高电平有效输出控制，在OUT 上启用 5 伏。如果电流超过 500mA，则低电平有效 FLT 引脚会触发 USB2514 上的 OSCx 输入，这会将 PRTPWRx 拉低，从而禁用该端口上的电源输出，直到 USB 故障得到纠正。

 

建造

外壳

外壳设计为直接位于计算机键盘后面，传感器面向操作员，如图 10 所示。由于传感器具有非常宽的覆盖角度和对人体 IR 能量的高灵敏度，因此准确放置并不重要。

为了减少桌面杂乱，CPD 在其下方留有空间，以便通过将键盘和鼠标的多余 USB 电缆缠绕在底座周围来隐藏它们，只留下所需的长度，如图 11 所示。面向操作员的是一个状态指示器，用于记忆棒或其他低功耗设备和传感器窗口的备用 USB 端口。

 

印刷电路板

PCB 是两层板，所有组件都在顶层，大部分接地层在底部。包括电容器、电阻器和电感器在内的无源元件均来自 Kemet，USB 集线器 IC U4 周围使用了 1005 (0402) 封装，电路板的其余部分为 2012 (0805) 封装。大多数半导体来自 Microchip，并已被安排到电源、控制和 USB 区域，如图 12 所示。

控制器和 Kemet SS-430L 传感器的安装如图 13 所示。

 

 

 

 

 

软件

该软件是用 C 语言为 PIC18F14K50 微控制器编写的，并在两个主循环中运行，如图 16 所示。

主要代码由检测传感器脉冲的中断、以 1 秒间隔计时的定时器和 USB 发送/接收驱动。

循环 1通过中断不断检查运动，并在每个滴答时增加变量 countSeconds 中的时间计数。

如果检测到移动，则时间计数重置为 0。如果在 PRE_WARN_TIME 中定义的时间段内未检测到移动，LED 将闪烁以警告挂起的屏幕锁定并且时间计数设置为 0。如果没有移动在 NO_MOTION_TIME 中定义的时间之前检测到锁屏键盘组合通过 USB 发送到计算机，并且流将被交给循环 2。

循环 2再次将变量 countSeconds 设置为 0，准备计数到 POWER_DOWN_TIME。当此时间过去时，驱动外部电源控制设备的继电器打开。不断检查按键。定时器 2 将开始对外围设备计时，如果没有按下任何键，并且定时器 2 已过，外围设备将关闭。循环将继续等待按键，然后外围设备上电并将控制返回给循环1。