基于M2M的防遺失報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

于繼明，樊繼標(biāo)，秦偉楠

(1.金陵科技學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211169; 2.江蘇省信息分析工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211169)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)概念的提出引發(fā)了繼互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的又一次高潮，受到了世界各國(guó)的高度重視。其核心部分是機(jī)器之間的互聯(lián)互通，即M2M(Machine to Machine)。M2M是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的底層平臺(tái)，是處理物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的信息交互通道[1-2]。生活中，人們經(jīng)常會(huì)遺失貴重的物品，造成財(cái)產(chǎn)損失及不必要的麻煩。研究設(shè)計(jì)一種通用的便于攜帶的防遺失設(shè)備，在物品處于監(jiān)管范圍之外時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，讓物品主人及時(shí)注意到物品在安全監(jiān)管范圍外有遺失風(fēng)險(xiǎn)，在很大程度上輔助人們挽回?fù)p失。本文圍繞這一問(wèn)題，采用Android藍(lán)牙串口通信協(xié)議，設(shè)計(jì)基于M2M的防遺失報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)物品超出10 m的監(jiān)管范圍時(shí)，防遺失報(bào)警系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

1 防遺失報(bào)警系統(tǒng)原理與方案設(shè)計(jì)

1.1 防遺失報(bào)警系統(tǒng)原理

基于M2M的防遺失報(bào)警系統(tǒng)，由兩個(gè)物理模塊組成：隨物品一起的防遺失模塊和手機(jī)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊)，兩個(gè)模塊之間可通過(guò)藍(lán)牙、WIFI等形式進(jìn)行M2M的信息交互。當(dāng)防遺失模塊與監(jiān)測(cè)模塊距離大于設(shè)定的監(jiān)管距離時(shí)，兩個(gè)部分同時(shí)發(fā)出報(bào)警信息，提醒物品監(jiān)管者當(dāng)心物品遺失。

1.2 防遺失報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

防遺失系統(tǒng)由防遺失模塊、監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊組成，如圖1所示。系統(tǒng)的通信交互采用藍(lán)牙2.0，實(shí)現(xiàn)防遺失模塊與監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊之間的M2M通信，藍(lán)牙2.0協(xié)議是目前手機(jī)生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)的配置。監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊采用基于A(yíng)ndroid 2.2的版本，基本上所有Android手機(jī)均能支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)防遺失模塊的監(jiān)測(cè)及一定條件下的報(bào)警功能。防遺失模塊硬件主要由3部分組成：藍(lán)牙通信模塊、信息處理模塊、聲音報(bào)警模塊。防遺失模塊與貴重物品綁定，系統(tǒng)啟用時(shí)，監(jiān)測(cè)報(bào)警(手機(jī)端)模塊與防遺失模塊通過(guò)藍(lán)牙進(jìn)行握手連接，保持連通交互。當(dāng)物品(綁定防遺失模塊)與監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊距離超過(guò)監(jiān)管范圍(本系統(tǒng)設(shè)置為10 m)時(shí)，監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊認(rèn)為物品處于監(jiān)管范圍之外，有遺失風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)出振動(dòng)或者聲音報(bào)警提示。防遺失模塊在與監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊“失聯(lián)”時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警功能，發(fā)出鳴叫及閃爍信號(hào)，引起物品監(jiān)管者注意，防遺失模塊的聲音報(bào)警功能可方便地向物品監(jiān)管者報(bào)告自身位置。

圖1 基于M2M技術(shù)的防遺失系統(tǒng)原理Fig.1 The anti-lost system based on M2M technology

2 防遺失報(bào)警模塊硬件設(shè)計(jì)

防遺失報(bào)警系統(tǒng)由防遺失模塊、監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊組成。監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊運(yùn)行于支持Android 2.2及以上版本的手機(jī)或智能終端，通信協(xié)議支持藍(lán)牙2.0標(biāo)準(zhǔn)，本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與測(cè)試終端為htc328手機(jī)。防遺失模塊由藍(lán)牙發(fā)射模塊、主控模塊、報(bào)警器組成，系統(tǒng)的硬件電路原理如圖2所示。

圖2 防遺失模塊電路原理Fig.2 The circuit of anti-lost module

2.1 藍(lán)牙發(fā)射模塊

防遺失模塊的藍(lán)牙發(fā)射模塊用于與監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊的終端藍(lán)牙信號(hào)連接及信息交互。本系統(tǒng)采用的藍(lán)牙發(fā)射模塊為HC06，支持無(wú)線(xiàn)收發(fā)，功率可調(diào)輸出，可實(shí)現(xiàn)10 m以?xún)?nèi)的安全距離設(shè)定，體積較小，可以設(shè)計(jì)成鑰匙飾物等小掛件，易于攜帶[3]。系統(tǒng)啟動(dòng)后，藍(lán)牙開(kāi)始根據(jù)設(shè)定的ID、密碼等信息，進(jìn)行初始化工作，并等待監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊的信號(hào)連接；在握手連接成功后，則進(jìn)入工作狀態(tài)，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間定時(shí)與手機(jī)端保持信息交互，以確定與監(jiān)測(cè)管理端保持在安全監(jiān)管范圍內(nèi)；當(dāng)設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)與監(jiān)測(cè)報(bào)警端“失聯(lián)”時(shí)，則向信息處理模塊發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)繼續(xù)保持待連接狀態(tài)。

2.2 主控模塊

主控制子功能模塊采用高性能的89C51芯片，功耗小，處理能力強(qiáng)。用于連接藍(lán)牙模塊、聲音報(bào)警模塊及閃光燈模塊。通過(guò)運(yùn)行片內(nèi)程序[4-5]，輸出設(shè)置信號(hào)，對(duì)藍(lán)牙模塊進(jìn)行設(shè)置，并對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，確定本模塊是否與監(jiān)測(cè)報(bào)警終端處于可監(jiān)管的安全距離。如果在工作狀態(tài)，處于安全距離，則無(wú)響應(yīng)，若處于“失聯(lián)”狀態(tài)，則燈光閃爍，同時(shí)驅(qū)動(dòng)聲音模塊發(fā)出報(bào)警聲音。

2.3 報(bào)警器模塊工作原理

報(bào)警功能模塊采用采用9012三極管驅(qū)動(dòng)，安裝方便。內(nèi)部帶震蕩源，在“失聯(lián)”狀態(tài)下，處理模塊輸出一個(gè)高電平，改變狀態(tài)到報(bào)警狀態(tài)。若恢復(fù)“聯(lián)通”狀態(tài)，則重輸出低電平，取消報(bào)警，恢復(fù)正常狀態(tài)。

3 防遺失報(bào)警系統(tǒng)工作流程

3.1 防遺失系統(tǒng)工作流程

防遺失模塊加電啟動(dòng)，需要人工打開(kāi)系統(tǒng)工作按鍵，系統(tǒng)初始化并等待連接防遺失監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊(手機(jī))，進(jìn)行等待狀態(tài)，指示燈閃爍；打開(kāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊(Android手機(jī)端)，點(diǎn)擊“連接”功能，搜索與驗(yàn)證防遺失模塊藍(lán)牙名稱(chēng)。選擇正確的藍(lán)牙名稱(chēng)，建立連接。手機(jī)驗(yàn)證防遺失模塊，輸入正確防驗(yàn)證密碼，系統(tǒng)進(jìn)入連接狀態(tài)，系統(tǒng)LED指示燈由閃爍變成常亮，如果密碼驗(yàn)證錯(cuò)誤，不能建立連接，系統(tǒng)LED指示燈保持閃爍狀態(tài)并發(fā)出同頻率的警報(bào)聲。

圖3 系統(tǒng)工作流程Fig.3 The working system

3.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警工作過(guò)程

當(dāng)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊與防遺失模塊連接完成，建立實(shí)時(shí)通信之后，進(jìn)入正常工作狀態(tài)；系統(tǒng)狀態(tài)由正常工作狀態(tài)轉(zhuǎn)化為非正常狀態(tài)時(shí)，說(shuō)明監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊(手機(jī)端)與防遺失模塊斷開(kāi)連接，防遺失模塊發(fā)送警報(bào)信號(hào)，系統(tǒng)啟動(dòng)聲音警報(bào)模塊發(fā)出警報(bào)聲，向物品主人提醒并通過(guò)聲音報(bào)告本身位置；監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊也同時(shí)發(fā)出振動(dòng)或者聲音報(bào)警，提示物品正在面臨遺失風(fēng)險(xiǎn)。如果要解除報(bào)警功能，手動(dòng)關(guān)閉防遺失模塊電源或者關(guān)閉手機(jī)藍(lán)牙功能即可。

4 防遺失報(bào)警系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

基于M2M的防遺失報(bào)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)是M2M通信與交互技術(shù)。在防遺失模塊與監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊之間，根據(jù)應(yīng)用需求，自動(dòng)進(jìn)行握手連接和身份認(rèn)證，并根據(jù)實(shí)時(shí)的連接狀態(tài)進(jìn)行信息的交互，以及正常與非正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

4.1 防遺失模塊信息處理軟件算法設(shè)計(jì)

防遺失模塊軟件部分功能主要是89C51編程，完成系統(tǒng)初始化，并根據(jù)當(dāng)前連通狀態(tài)，判斷報(bào)警條件進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化，并判斷報(bào)警條件，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能或者恢復(fù)正常狀態(tài)。部分功能實(shí)現(xiàn)如下：

Anti_loss_init(Led,Buzzer,Buffer);//初始化防遺失報(bào)警模塊，//Led初始化燈的狀態(tài)，Buzzer報(bào)警狀態(tài)，Buffer 常駐數(shù)據(jù)區(qū)，設(shè)置防遺失模塊藍(lán)牙開(kāi)啟狀態(tài)

Anti_loss_judge(Led,Buzzer,Buffer,State)

//判斷是否系統(tǒng)兩部分“失聯(lián)”，若“失聯(lián)”則驅(qū)動(dòng)LED閃爍，同時(shí)模塊報(bào)警；

while(1)

{

delayms(time);//系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)間隔

Monitor_Buffer() //對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)分析，確定其所處狀態(tài)：等待連接、連接、失聯(lián)

Alert(Buzzer);//根據(jù)狀態(tài)報(bào)警；

SetState()//清除數(shù)據(jù)位，進(jìn)入下一輪數(shù)據(jù)采集。

}

4.2 監(jiān)測(cè)報(bào)警端(手機(jī)端)軟件算法設(shè)計(jì)

防遺失監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊(手機(jī)端)軟件主要功能：本地(主)藍(lán)牙端口檢測(cè)與管理操作；查詢(xún)從藍(lán)牙設(shè)備；與從藍(lán)牙設(shè)備建立連接，匹配藍(lán)牙密鑰并驗(yàn)證；鏈接完成之后，實(shí)現(xiàn)手機(jī)與防丟失系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互。

Anti_loss_Android_init(Buffer);//初始化監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊，綁定按鈕動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽(tīng)服務(wù)端口，打開(kāi)通用唯一識(shí)別碼UUID(Universally Unique Identifier)服務(wù)

public void onCreate(buffer) //設(shè)置基本參數(shù)

super.onCreate(UUID);//創(chuàng)建UUID服務(wù)

setContentView(R.layout.main);//啟動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)警界面，顯示菜單內(nèi)容

judgeblutooth(_bluetooth == null)//檢測(cè)并自動(dòng)打開(kāi)本地藍(lán)牙設(shè)備

{

openblutooth_device(_blutooth)

return;

}

public void anti_loss_find&connect( ) // 搜尋防遺失模塊，連接與證

{ //開(kāi)始搜索

_bluetooth.startDiscovery(); //搜尋防遺失模塊

Dispaly_result(info); //顯示搜尋結(jié)果

}

_bluetooth_Discovery(bluethoonstate) //根據(jù)當(dāng)前的搜索狀態(tài)確定是否連接

try{

_socket=_device.createRfcommSocketToServiceRecord 如果狀態(tài)正確，創(chuàng)建服務(wù)

(UUID.fromString(Uuidstring));//設(shè)置UUID串碼

//Open_local_bluetooth()//打開(kāi)本地藍(lán)牙設(shè)備

Display("打開(kāi)服務(wù)成功");

}

catch(IOException e){ //處理出錯(cuò)信息

dispay("打開(kāi)服務(wù)不成功"+errorcode);

return;

}

4.3 軟件界面設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)用需求，創(chuàng)建一個(gè)易用美觀(guān)的用戶(hù)界面，可以為用戶(hù)提供更舒適的操作體驗(yàn)。防遺失報(bào)警系統(tǒng)手機(jī)端用戶(hù)界面設(shè)計(jì)主頁(yè)面用的是線(xiàn)性布局控件(LinearLayout)布局方式。系統(tǒng)界面如圖4所示。列表視圖圖標(biāo)選項(xiàng)欄列舉了防丟失系統(tǒng)的查詢(xún)和取消兩項(xiàng)列表項(xiàng)。為每個(gè)按鈕都綁定相應(yīng)的監(jiān)測(cè)服務(wù)功能，可以通過(guò)用戶(hù)界面的形式來(lái)管理開(kāi)關(guān)藍(lán)牙等操作。

圖4 手機(jī)端監(jiān)測(cè)報(bào)警軟件界面Fig.4 The interface of mobile phone monitor-alarm software

監(jiān)測(cè)報(bào)警(手機(jī)端)界面中，“查找設(shè)備”可以查詢(xún)到其設(shè)定范圍內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備，并以列表的形式顯示；“選擇設(shè)備”需要選擇與本系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備，如果選擇搜索到的其它設(shè)備，則連接用戶(hù)識(shí)別碼時(shí)會(huì)失敗，選擇防遺失模塊，則可以進(jìn)行身份驗(yàn)證狀態(tài)，進(jìn)入下一步“連接”操作?！斑B接”功能，需要輸入密碼驗(yàn)證，確認(rèn)后進(jìn)入工作狀態(tài)。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩個(gè)物理模塊之間是否處于監(jiān)管范圍內(nèi)，如果有遺失風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則兩個(gè)模塊將同時(shí)做出響應(yīng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)M2M技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛[6]，基于M2M的狀態(tài)檢測(cè)與信息交互，在無(wú)人值守的應(yīng)用中，給人們生活帶來(lái)極大的方便。本文根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)出一種基于M2M的防遺失報(bào)警系統(tǒng)，能有效的防止綁定物品的遺失。系統(tǒng)體積小巧，便于攜帶，操作簡(jiǎn)單，方便實(shí)用。本系統(tǒng)也可應(yīng)用在安防、停車(chē)場(chǎng)出入口管理等場(chǎng)景。

[1]郭利新,何思橋,樊自甫.基于物聯(lián)網(wǎng)M2M技術(shù)的電子藥瓶監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].廣東通信技術(shù),2011,31(10):45-48

[2] 王預(yù).物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展及應(yīng)用研究[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào),2010，26(3):31-35

[3] 何國(guó)泉,李躍忠,黃志紅.基于HCI層的單片機(jī)對(duì)藍(lán)牙模塊的控制[J].科技廣場(chǎng),2005(1):43-46

[4] 吳敏,劉旭明.基于A(yíng)T89S52單片機(jī)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào),2013,29(3):29-33

[5] 田亮,何培祥,李慶東,等.新型智能紅外線(xiàn)防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].激光與紅外,2006,36(7):580-581

[6] 喬玉潔,徐軍庫(kù).M2M的發(fā)展?fàn)顩r與未來(lái)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2012,39(z1):80-82