基于RFID無線傳感網(wǎng)智能安防系統(tǒng)的設(shè)計

韓萬強+史少輝+吳海濱+張明軒

摘 要：利用RFID和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建了一種包括智能門禁管理、智能人員管理、智能巡檢、智能安防等全方位、多功能的智能安防系統(tǒng)。從系統(tǒng)功能和系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了基于RFID技術(shù)的智能門禁系統(tǒng)和基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的信息采集系統(tǒng)，具體給出了從信息采集到智能化管理的實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：RFID；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；智能安防；門禁系統(tǒng)

中圖分類號：TN393 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）03-0010-04

0 引 言

RFID技術(shù)作為二十一世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ氖蠹夹g(shù)之一，是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。近年來，它的發(fā)展帶來了巨大的市場機遇。RFID技術(shù)與應(yīng)用已經(jīng)形成一個具有強大生命力的新興產(chǎn)業(yè)，它涉及信息、先進制造、材料、裝備及工藝等諸多前沿和高技術(shù)領(lǐng)域的交叉融合技術(shù)群，涵蓋面廣、滲透力強，對諸多產(chǎn)業(yè)都帶來重大影響。特別是在企業(yè)軟件領(lǐng)域，RFID將是繼ERP、CRM、J2EE之后的又一新的增長點。

微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS ）、片上系統(tǒng)（System on Chip，SOC）、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)，是一種全新的信息獲取平臺，能夠?qū)崟r監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，并將這些信息發(fā)送到網(wǎng)關(guān)節(jié)點，以實現(xiàn)復(fù)雜的指定范圍內(nèi)目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，有著廣闊的應(yīng)用前景[1]。

研究利用各種安全手段保證信息的安全：利用RFID技術(shù)實現(xiàn)門禁管理的智能化和數(shù)字化；將職工信息寫入電子標簽實現(xiàn)人-電子標簽-人員信息的匹配，從而實現(xiàn)對人員信息的動態(tài)管理；使巡檢員方便快捷地對信息進行采集、管理和查詢，從而實現(xiàn)智能巡檢；將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入到安全管理中，實現(xiàn)對環(huán)境信息的監(jiān)測，設(shè)計使用活動消息模塊實現(xiàn)信息的發(fā)送與接收，使用信息采集接口讀取廠區(qū)環(huán)境的溫度與濕度、煙霧等各種信息，使用低功耗監(jiān)聽模塊實現(xiàn)節(jié)點節(jié)能，通過計算機USB接口完成對數(shù)據(jù)信息的采集和處理，實現(xiàn)人機對話，從而實現(xiàn)安全防護的智能化管理。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本報警系統(tǒng)設(shè)計時，把企業(yè)分為辦公區(qū)、生產(chǎn)制造區(qū)、倉儲區(qū)3個部分，每個區(qū)域再設(shè)置入門區(qū)和工作區(qū)。圖1所示是本系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)在每個入門區(qū)放置RFID讀卡器，工作人員攜帶含有RFID電子標簽的卡采用射頻方式刷卡進出入工作區(qū)，讀卡器通過光纖交換機將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器的監(jiān)控平臺，把工作人員信息利用智能管理模塊錄入至服務(wù)器，對異常情況啟動應(yīng)急平臺進行處理。在每個工作區(qū)的一些固定物體及某些重要位置貼上無源RFID標簽，巡檢人員利用PDA讀卡器進行巡邏，監(jiān)測到周圍有RFID標簽時，讀取RFID標簽，利用通信模塊將值發(fā)至服務(wù)器的監(jiān)控平臺。

在企業(yè)所有可能出現(xiàn)安全隱患的區(qū)域部署無線傳感器節(jié)點，用于監(jiān)測所需的參數(shù)（溫度、濕度、火警等），一旦監(jiān)測到異常情況（如火災(zāi)、漏水等），立即通過通信模塊發(fā)送到服務(wù)器的監(jiān)控平臺等待處理，如遇特殊情況啟動應(yīng)急平臺直接利用提前設(shè)置的電話號碼通知相關(guān)人員或報警。同時，在特定區(qū)域還要部署高清攝像頭，實現(xiàn)全天可視化的監(jiān)測。

2 可視化門禁系統(tǒng)模塊的硬件設(shè)計

門禁系統(tǒng)主要包括射頻卡、讀卡器、電機、攝像頭、報警器、門禁控制機、數(shù)據(jù)采集器、通訊接口、后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。門禁控制機主要由讀卡器、MCU及電控鎖（繼電器）組成。門禁系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2 可視化門禁系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)

工作人員出入時，門禁機的前端讀卡器讀入員工卡（RFID卡片）的數(shù)據(jù)，由通訊串口經(jīng)由網(wǎng)線將數(shù)據(jù)發(fā)至服務(wù)器，服務(wù)器訪問數(shù)據(jù)庫記錄刷卡信息，并且與已錄信息進行比對核對開門權(quán)限，再返回指令給門禁機MCU，進而控制電機做出反應(yīng)，當合法訪問時MCU將啟動電控鎖開門，非法訪問MCU將啟動報警器報警。非員工訪問時，由保安進行手動開門，門禁機將返回給服務(wù)器，服務(wù)器記錄手動開門的歷史。

為防止相鄰設(shè)備相互干擾并降低成本， RFID讀寫器可以選擇HF頻段?？紤]到門禁系統(tǒng)中進出持卡人員對系統(tǒng)識別距離的要求（1 m以內(nèi)），結(jié)合系統(tǒng)的讀取速度、成本、防沖撞功能以及對環(huán)境、水、金屬的敏感度等，本系統(tǒng)采用13.56 MHz的頻段。該頻段在其他領(lǐng)域（如二代身份證、學生鐵路優(yōu)惠票證等）已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟性高[2]。系統(tǒng)所使用的主要單元及作用如下：

（1）IC射頻卡：存儲個人信息，相當于個人身份證，當刷卡顯示信息正確時才允許持卡人通過；

（2）讀卡器：通過電腦將多媒體卡作為移動存儲設(shè)備進行讀寫的接口設(shè)備；

（3）步進電機：將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的；

（4）攝像頭：又稱為電腦相機、電腦眼等，是一種視頻輸入設(shè)備，用于實時監(jiān)控；

（5）報警器：當有人員非法進入時，用來報警，提示管理人員注意；

（6）MCU：微控制單元（Micro Control Unit），是將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數(shù)器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制；

（7）電控鎖：一個由繼電器控制的機械鎖裝置，當刷卡顯示信息正確時，電控鎖打開，允許持卡人進入；

（8）數(shù)據(jù)采集器：它是將條碼掃描裝置與數(shù)據(jù)終端一體化，帶有電池可離線操作的終端電腦設(shè)備。具備實時采集、自動存儲、即時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸功能。為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的真實性、有效性、實時性、可用性提供了保證；

（9）通訊接口：使用USB轉(zhuǎn)TTL將門禁系統(tǒng)與電腦連接起來；

（10）后臺數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：當持卡人刷卡時，用來檢測卡中信息是否正確，并將數(shù)據(jù)進行處理。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 智能人員管理模塊

本系統(tǒng)中的Access數(shù)據(jù)庫主要用于建立人員信息數(shù)據(jù)庫。控制和檢測程序等則用于管理數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行添加、刪除、保存、取消功能的為數(shù)據(jù)庫管理模塊，擁有方便的讀卡、發(fā)卡、補卡以及回收的功能和操作方式。圖3所示是智能人員管理模塊的結(jié)構(gòu)圖。

圖3 智能人員管理模塊結(jié)構(gòu)圖

人員信息管理難點在于人員的信息量大、出入頻繁，光靠人工進行記錄工作量很大，且容易出錯。研究利用RFID技術(shù)，將人員的相關(guān)信息寫入電子標簽中，可以實現(xiàn)“人-電子標簽-人員信息”完全匹配，從而實現(xiàn)對人員信息的動態(tài)管理。該模塊的軟件設(shè)計具體分為兩個方面：其一是人員、人事信息的維護，與公司、工廠的人員、人事相一致，主要是保存整個公司的人員信息。人事人員信息的組織模式可以按照公司的組織結(jié)構(gòu)來安排，與工廠的人事信息相對應(yīng)，以各級部門為組織，記錄人員的各項屬性，包括姓名、工號、職位、各類權(quán)限、工作時間、休息時間、所持RFID卡的編號等等。對人員進行廠區(qū)以及設(shè)備的訪問授權(quán)的記錄備案。為檔案管理，實現(xiàn)對人員信息的增、刪、改、查等一系列的信息維護；其二則是考勤管理，就是利用門禁機的記錄數(shù)據(jù)，為人事部門提供考勤記錄，系統(tǒng)可以給出考勤報表。

3.2 模塊的系統(tǒng)設(shè)計

采用基于RFID射頻識別技術(shù)構(gòu)建人員管理系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，整個軟件系統(tǒng)采用三層體系結(jié)構(gòu)，最底層是數(shù)據(jù)服務(wù)層，負責數(shù)據(jù)的物理存儲；中間層是應(yīng)用邏輯服務(wù)層，負責實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)與面向?qū)ο笾g的邏輯轉(zhuǎn)換、交互；最上層為系統(tǒng)應(yīng)用層，是用戶進行信息管理等日常操作的應(yīng)用平臺。

系統(tǒng)構(gòu)建時引入驗證碼技術(shù)、密碼加密技術(shù)及數(shù)據(jù)備份技術(shù)，從而防止不法用戶軟件頻繁注冊、惡意攻擊，同時，當系統(tǒng)受到攻擊或其他原因丟失數(shù)據(jù)時，可以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，保證網(wǎng)站在一些人為攻擊或意外情況下的相對安全。系統(tǒng)采取RBAC（基于角色的訪問控制），以確保數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)的安全性[3]。

3.3 模塊的系統(tǒng)配置

整個系統(tǒng)服務(wù)器端采用32位Windows XP Server操作系統(tǒng)或64位Windows Server 2003，支持虛擬內(nèi)存管理，支持多任務(wù)、多進程和多線程，支持多種類型服務(wù)器配置。

客戶機采用Windows 2000/XP/ Vista/ Windows 7。

以JSP為前端，Oracle數(shù)據(jù)庫為后臺，支持ANSI/ISO SQL-89、ANSI/ISO SQL-92標準，支持中文漢字內(nèi)碼，符合雙字節(jié)編碼；支持主流廠商的硬件平臺及操作系統(tǒng)平臺；具有良好的伸縮性；具有良好的系統(tǒng)故障的容錯能力；支持主流的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（TCP/IP、IPX/SPX）[4]；具有良好的開放性，支持異種數(shù)據(jù)庫的互訪；支持多服務(wù)器協(xié)同技術(shù)、事務(wù)處理完整性控制技術(shù)等；支持聯(lián)機事務(wù)處理（Online Transaction Processing，OLTP）；開發(fā)工具容易使用、開發(fā)效率高、維護方便。

采取Browser/Server的訪問模式，系統(tǒng)架設(shè)于服務(wù)器上，客戶端通過瀏覽器接入Internet網(wǎng)絡(luò)連接至服務(wù)器，通過用戶名密碼驗證進行使用。

4 智能巡檢模塊

智能巡檢模塊的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 智能巡檢模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4.1 系統(tǒng)功能

4.1.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝于PDA移動設(shè)備采集器中，用于進行現(xiàn)場設(shè)備射頻標簽識讀及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。巡檢人員可依據(jù)操作提示進行巡檢操作，或者根據(jù)設(shè)備狀態(tài)問題進行回答，或者直接輸人設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)進行抄表記錄。

4.1.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)安裝于數(shù)據(jù)管理工作站中，可對采集器采集回來的巡檢數(shù)據(jù)進行接收、分類存儲、查詢，并可生成相關(guān)報表，對其中的設(shè)備異?？蛇M行統(tǒng)計或轉(zhuǎn)人檢修管理系統(tǒng)中生成設(shè)備缺陷卡。該模塊還具有數(shù)據(jù)庫維護功能，可進行巡檢地點、巡檢項目、巡檢周期、巡檢線路自定義等。

4.1.3 網(wǎng)絡(luò)查詢

網(wǎng)絡(luò)查詢系統(tǒng)安裝于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中，網(wǎng)絡(luò)上的任一工作站均可對運行巡檢數(shù)據(jù)進行查詢，并根據(jù)需要進行統(tǒng)計，生成相關(guān)報表。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計

智能巡檢系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸層和上層應(yīng)用系統(tǒng)三大部分組成，帶有RFID讀寫器及GPRS模塊的手持機作為巡檢器，上層應(yīng)用系統(tǒng)利用企業(yè)局域網(wǎng)，采用B/S （Browser/Server） 的架構(gòu)。數(shù)據(jù)傳輸層是聯(lián)系手持機嵌入式數(shù)據(jù)庫與中心數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的紐帶。

PDA等設(shè)備通過讀取射頻標簽的數(shù)據(jù)完成人員到位信息及設(shè)備缺陷信息的采集，這些信息暫時存儲在設(shè)備上的嵌入式數(shù)據(jù)中。數(shù)據(jù)采集終端采集PDA中的數(shù)據(jù)，然后與數(shù)據(jù)服務(wù)器進行數(shù)據(jù)通訊，包括巡檢任務(wù)內(nèi)容的下達和巡檢數(shù)據(jù)的實時回傳等功能。數(shù)據(jù)傳輸通過USB接口有線通信方式。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的瀏覽和查詢采用B/S模式，局域網(wǎng)內(nèi)部裝有瀏覽器的設(shè)備都能使用巡檢系統(tǒng)，包括巡檢任務(wù)制作、缺陷信息查詢、缺陷統(tǒng)計及報表和到位信息查詢及報表等功能。

4.3 設(shè)備信息

本系統(tǒng)擬采用低頻讀寫終端。它是一款讀取125 kHz（EM4100 ID，T5556/T5557）電子標簽/卡的工業(yè)級專業(yè)RFID數(shù)據(jù)終端[5]，具體參數(shù)如下：

讀取方式：讀取125 kHz（ EM4100 ID，T5556/T5557 ）電子標簽/卡，讀取范圍：6～10 cm；

采用ARM9處理器：更快捷的處理速度；

觸屏和可選的鍵盤功能：采用鍵盤輸入和手寫觸摸屏多輸入數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮應(yīng)用程序功能，滿足用戶的偏好。

5 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)模塊

5.1 系統(tǒng)功能

高效的安全防范及報警系統(tǒng)是確保企業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)資料安全的重要途徑之一，同時也是智能化的重要組成部分。遇到火警、水災(zāi)、恐怖襲擊等緊急情況時，及時進行報警，通知相關(guān)人員并流程化應(yīng)急方案是十分重要的。

本研究采用由監(jiān)控主機、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的智能安防報警系統(tǒng)。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過傳感器節(jié)點對火災(zāi)、水災(zāi)等隱患進行監(jiān)控，將警情信息傳至控制中心進行語音報警，并進行事故地點提示；構(gòu)建了一個配置容易、功能強大、覆蓋范圍大的新型報警系統(tǒng)?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)底層是各監(jiān)測節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)服務(wù)器保持聯(lián)通，控制中心對采集的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，實行對火災(zāi)、水災(zāi)的語音報警、警情顯示，并可通過客戶機進行遠程布防、撤防。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)按照功能共分為3層：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和無線傳輸模塊。首先各傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集，再經(jīng)過數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，最后通過無線傳輸模塊傳送數(shù)據(jù)。

5.2 系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)由一個監(jiān)控主機和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成。圖6所示是系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控主機與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成星型拓撲無線網(wǎng)絡(luò)。

圖6 安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖6中，在廠區(qū)布置火災(zāi)和水災(zāi)、有毒氣體的無線傳感器節(jié)點…形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一旦有火災(zāi)或水災(zāi)出現(xiàn)，監(jiān)控節(jié)點便將警報數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送至計算機監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收并進行分析，控制報警裝置進行語音報警，并對警情地點等信息進行提示；危險消除后停止報警并進行重新布防。要求生產(chǎn)安全，應(yīng)確保被監(jiān)視的區(qū)域置于傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)。

現(xiàn)有的傳感器產(chǎn)品很多[6]，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應(yīng)探頭、微波紅外復(fù)用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器用于監(jiān)視火警及煤氣泄漏。當發(fā)生水災(zāi)、火災(zāi)等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控主機發(fā)射經(jīng)數(shù)字編碼的報警信號。監(jiān)控主機立即控制報警裝置發(fā)出警笛聲，進行語音報警，同時對警情地點等信息進行提示。系統(tǒng)還具有遠程布撒布防功能，即在身份驗證后，能通過瀏覽器遠程對系統(tǒng)進行布撤布防控制。安防監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程如圖7所示。

安防監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程主要包括對火災(zāi)、水災(zāi)的報警流程以及無線傳感器的布防、撤防。首先系統(tǒng)取得與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的連接并對其進行初始化，在整個監(jiān)控流程中，系統(tǒng)周期探尋與無線傳感器節(jié)點的連通性以防安防系統(tǒng)失去效應(yīng)，同時接受傳感器發(fā)來的報警信息以激活報警裝置進行語音報警和警情提示。在排除隱患后可以消除警報重新進行監(jiān)控。另外，系統(tǒng)還可以進行遠程布防、撤防。

圖7 傳感器網(wǎng)絡(luò)安防系統(tǒng)的工作流程圖

6 結(jié) 語

本系統(tǒng)對門禁系統(tǒng)和智能人員管理系統(tǒng)實行二者相結(jié)合的設(shè)計，以實現(xiàn)卡與人員信息系統(tǒng)相匹配，采用13.56 MHz頻段的射頻卡，容量8 Kb，讀寫距離10 cm，延遲時間1～2 ms，刷卡顯示相關(guān)人員信息；

智能巡檢系統(tǒng)使用RS232感應(yīng)式巡檢器，其波特率為19200 B/s，可以存貯2 000條巡檢記錄。感應(yīng)器選用4mm×32 mm大小的片狀且編號不重碼、無需供電，根據(jù)要求的時間段、巡檢地點，工作人員沿指定的線路進行巡檢，每到一處，用巡檢器識讀安裝在該地的感應(yīng)器。刷卡延遲時間1～2 ms，識讀時，巡檢器會自動記錄當前的地點（卡號）、日期和時間，如有停留時間要求，則應(yīng)按規(guī)定停留時間再次讀取。巡查完畢后，把存有采集數(shù)據(jù)的巡檢器送交管理人員，通過通訊座與計算機連接并將巡檢器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中保存，根據(jù)工作需要進行查詢和生成各種統(tǒng)計管理報表。同時可清除識讀器中的數(shù)據(jù)，以備再次使用；

對傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)，溫度、濕度的信息采集和發(fā)送接收實驗，通過終端監(jiān)聽串口得到節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，節(jié)點采集到的溫度信息受到節(jié)點芯片溫度的影響，會產(chǎn)生小范圍的偏差，節(jié)點采集到的濕度信息也會受到傳感器小范圍內(nèi)濕度水分的影響，通過一定的數(shù)據(jù)處理，將收到的數(shù)據(jù)信息進行偏差剔除加工處理，可以提高數(shù)據(jù)精度。

該系統(tǒng)能夠較為有效地采集、傳送和提供環(huán)境信息數(shù)據(jù)，具有較強的應(yīng)用性。

參 考 文 獻

[1]孫利民. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學出版社， 2005.

[2]溫文玉. 音頻設(shè)備UDA 1341驅(qū)動技術(shù)[J]. 桂林電子工業(yè)學院學報，2005（10）：32-36.

[3] SANDHU R S， COYNE E J， FEINSTEIN H L. ole-based access control models [J] . IEEE Computer， 1996， 29（2）： 38-47.

[4]劉敢峰，吳明光. 家庭自動化幾種主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[J]. 電子與技術(shù)應(yīng)用，2003（2）：53-55.

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[6]趙燕. 傳感器原理及應(yīng)用[M]. 北京：北京大學出版社，2010.

Design of intelligent safe-guard system based on RFID wireless sensor network

HAN Wan-qiang， SHI Shao-hui， WU Hai-bin， ZHANG Ming-xuan

（School of Physics & Electrical and Information Engineering， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Based on RFID technology and wireless sensor network technology， an intelligent safe-guard system with all direction and multi-function was built， which includes intelligent access control administration， intelligent personal management， intelligent inspection and intelligent defense. The intelligent access control system based on RFID technology and the information acquisition system based on wireless sensor networks were designed and realized from the system function and system design. The realization process from information acquisition to intelligent management was given.

Keywords： RFID； WSN； intelligent security； access control system

讀取方式：讀取125 kHz（ EM4100 ID，T5556/T5557 ）電子標簽/卡，讀取范圍：6～10 cm；

采用ARM9處理器：更快捷的處理速度；

觸屏和可選的鍵盤功能：采用鍵盤輸入和手寫觸摸屏多輸入數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮應(yīng)用程序功能，滿足用戶的偏好。

5 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)模塊

5.1 系統(tǒng)功能

高效的安全防范及報警系統(tǒng)是確保企業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)資料安全的重要途徑之一，同時也是智能化的重要組成部分。遇到火警、水災(zāi)、恐怖襲擊等緊急情況時，及時進行報警，通知相關(guān)人員并流程化應(yīng)急方案是十分重要的。

本研究采用由監(jiān)控主機、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的智能安防報警系統(tǒng)。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過傳感器節(jié)點對火災(zāi)、水災(zāi)等隱患進行監(jiān)控，將警情信息傳至控制中心進行語音報警，并進行事故地點提示；構(gòu)建了一個配置容易、功能強大、覆蓋范圍大的新型報警系統(tǒng)?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)底層是各監(jiān)測節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)服務(wù)器保持聯(lián)通，控制中心對采集的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，實行對火災(zāi)、水災(zāi)的語音報警、警情顯示，并可通過客戶機進行遠程布防、撤防。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)按照功能共分為3層：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和無線傳輸模塊。首先各傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集，再經(jīng)過數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，最后通過無線傳輸模塊傳送數(shù)據(jù)。

5.2 系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)由一個監(jiān)控主機和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成。圖6所示是系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控主機與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成星型拓撲無線網(wǎng)絡(luò)。

圖6 安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖6中，在廠區(qū)布置火災(zāi)和水災(zāi)、有毒氣體的無線傳感器節(jié)點…形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一旦有火災(zāi)或水災(zāi)出現(xiàn)，監(jiān)控節(jié)點便將警報數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送至計算機監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收并進行分析，控制報警裝置進行語音報警，并對警情地點等信息進行提示；危險消除后停止報警并進行重新布防。要求生產(chǎn)安全，應(yīng)確保被監(jiān)視的區(qū)域置于傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)。

現(xiàn)有的傳感器產(chǎn)品很多[6]，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應(yīng)探頭、微波紅外復(fù)用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器用于監(jiān)視火警及煤氣泄漏。當發(fā)生水災(zāi)、火災(zāi)等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控主機發(fā)射經(jīng)數(shù)字編碼的報警信號。監(jiān)控主機立即控制報警裝置發(fā)出警笛聲，進行語音報警，同時對警情地點等信息進行提示。系統(tǒng)還具有遠程布撒布防功能，即在身份驗證后，能通過瀏覽器遠程對系統(tǒng)進行布撤布防控制。安防監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程如圖7所示。

安防監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程主要包括對火災(zāi)、水災(zāi)的報警流程以及無線傳感器的布防、撤防。首先系統(tǒng)取得與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的連接并對其進行初始化，在整個監(jiān)控流程中，系統(tǒng)周期探尋與無線傳感器節(jié)點的連通性以防安防系統(tǒng)失去效應(yīng)，同時接受傳感器發(fā)來的報警信息以激活報警裝置進行語音報警和警情提示。在排除隱患后可以消除警報重新進行監(jiān)控。另外，系統(tǒng)還可以進行遠程布防、撤防。

圖7 傳感器網(wǎng)絡(luò)安防系統(tǒng)的工作流程圖

6 結(jié) 語

本系統(tǒng)對門禁系統(tǒng)和智能人員管理系統(tǒng)實行二者相結(jié)合的設(shè)計，以實現(xiàn)卡與人員信息系統(tǒng)相匹配，采用13.56 MHz頻段的射頻卡，容量8 Kb，讀寫距離10 cm，延遲時間1～2 ms，刷卡顯示相關(guān)人員信息；

智能巡檢系統(tǒng)使用RS232感應(yīng)式巡檢器，其波特率為19200 B/s，可以存貯2 000條巡檢記錄。感應(yīng)器選用4mm×32 mm大小的片狀且編號不重碼、無需供電，根據(jù)要求的時間段、巡檢地點，工作人員沿指定的線路進行巡檢，每到一處，用巡檢器識讀安裝在該地的感應(yīng)器。刷卡延遲時間1～2 ms，識讀時，巡檢器會自動記錄當前的地點（卡號）、日期和時間，如有停留時間要求，則應(yīng)按規(guī)定停留時間再次讀取。巡查完畢后，把存有采集數(shù)據(jù)的巡檢器送交管理人員，通過通訊座與計算機連接并將巡檢器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中保存，根據(jù)工作需要進行查詢和生成各種統(tǒng)計管理報表。同時可清除識讀器中的數(shù)據(jù)，以備再次使用；

對傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)，溫度、濕度的信息采集和發(fā)送接收實驗，通過終端監(jiān)聽串口得到節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，節(jié)點采集到的溫度信息受到節(jié)點芯片溫度的影響，會產(chǎn)生小范圍的偏差，節(jié)點采集到的濕度信息也會受到傳感器小范圍內(nèi)濕度水分的影響，通過一定的數(shù)據(jù)處理，將收到的數(shù)據(jù)信息進行偏差剔除加工處理，可以提高數(shù)據(jù)精度。

該系統(tǒng)能夠較為有效地采集、傳送和提供環(huán)境信息數(shù)據(jù)，具有較強的應(yīng)用性。

參 考 文 獻

[1]孫利民. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學出版社， 2005.

[2]溫文玉. 音頻設(shè)備UDA 1341驅(qū)動技術(shù)[J]. 桂林電子工業(yè)學院學報，2005（10）：32-36.

[3] SANDHU R S， COYNE E J， FEINSTEIN H L. ole-based access control models [J] . IEEE Computer， 1996， 29（2）： 38-47.

[4]劉敢峰，吳明光. 家庭自動化幾種主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[J]. 電子與技術(shù)應(yīng)用，2003（2）：53-55.

[5]李莉敏.射頻識別技術(shù)RFID及其應(yīng)用[J]. 電力信息化，2006，4（3）：94-95.

[6]趙燕. 傳感器原理及應(yīng)用[M]. 北京：北京大學出版社，2010.

Design of intelligent safe-guard system based on RFID wireless sensor network

HAN Wan-qiang， SHI Shao-hui， WU Hai-bin， ZHANG Ming-xuan

（School of Physics & Electrical and Information Engineering， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Based on RFID technology and wireless sensor network technology， an intelligent safe-guard system with all direction and multi-function was built， which includes intelligent access control administration， intelligent personal management， intelligent inspection and intelligent defense. The intelligent access control system based on RFID technology and the information acquisition system based on wireless sensor networks were designed and realized from the system function and system design. The realization process from information acquisition to intelligent management was given.

Keywords： RFID； WSN； intelligent security； access control system

讀取方式：讀取125 kHz（ EM4100 ID，T5556/T5557 ）電子標簽/卡，讀取范圍：6～10 cm；

采用ARM9處理器：更快捷的處理速度；

觸屏和可選的鍵盤功能：采用鍵盤輸入和手寫觸摸屏多輸入數(shù)據(jù)，充分發(fā)揮應(yīng)用程序功能，滿足用戶的偏好。

5 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)模塊

5.1 系統(tǒng)功能

高效的安全防范及報警系統(tǒng)是確保企業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)資料安全的重要途徑之一，同時也是智能化的重要組成部分。遇到火警、水災(zāi)、恐怖襲擊等緊急情況時，及時進行報警，通知相關(guān)人員并流程化應(yīng)急方案是十分重要的。

本研究采用由監(jiān)控主機、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的智能安防報警系統(tǒng)。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過傳感器節(jié)點對火災(zāi)、水災(zāi)等隱患進行監(jiān)控，將警情信息傳至控制中心進行語音報警，并進行事故地點提示；構(gòu)建了一個配置容易、功能強大、覆蓋范圍大的新型報警系統(tǒng)?；趥鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)底層是各監(jiān)測節(jié)點組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過無線數(shù)據(jù)傳輸與系統(tǒng)服務(wù)器保持聯(lián)通，控制中心對采集的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，實行對火災(zāi)、水災(zāi)的語音報警、警情顯示，并可通過客戶機進行遠程布防、撤防。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)按照功能共分為3層：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和無線傳輸模塊。首先各傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集，再經(jīng)過數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換，最后通過無線傳輸模塊傳送數(shù)據(jù)。

5.2 系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)由一個監(jiān)控主機和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成。圖6所示是系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控主機與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成星型拓撲無線網(wǎng)絡(luò)。

圖6 安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖6中，在廠區(qū)布置火災(zāi)和水災(zāi)、有毒氣體的無線傳感器節(jié)點…形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一旦有火災(zāi)或水災(zāi)出現(xiàn)，監(jiān)控節(jié)點便將警報數(shù)據(jù)通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳送至計算機監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)接收并進行分析，控制報警裝置進行語音報警，并對警情地點等信息進行提示；危險消除后停止報警并進行重新布防。要求生產(chǎn)安全，應(yīng)確保被監(jiān)視的區(qū)域置于傳感器的敏感區(qū)域內(nèi)。

現(xiàn)有的傳感器產(chǎn)品很多[6]，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應(yīng)探頭、微波紅外復(fù)用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導(dǎo)體氣敏傳感器用于監(jiān)視火警及煤氣泄漏。當發(fā)生水災(zāi)、火災(zāi)等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控主機發(fā)射經(jīng)數(shù)字編碼的報警信號。監(jiān)控主機立即控制報警裝置發(fā)出警笛聲，進行語音報警，同時對警情地點等信息進行提示。系統(tǒng)還具有遠程布撒布防功能，即在身份驗證后，能通過瀏覽器遠程對系統(tǒng)進行布撤布防控制。安防監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程如圖7所示。

安防監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程主要包括對火災(zāi)、水災(zāi)的報警流程以及無線傳感器的布防、撤防。首先系統(tǒng)取得與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點的連接并對其進行初始化，在整個監(jiān)控流程中，系統(tǒng)周期探尋與無線傳感器節(jié)點的連通性以防安防系統(tǒng)失去效應(yīng)，同時接受傳感器發(fā)來的報警信息以激活報警裝置進行語音報警和警情提示。在排除隱患后可以消除警報重新進行監(jiān)控。另外，系統(tǒng)還可以進行遠程布防、撤防。

圖7 傳感器網(wǎng)絡(luò)安防系統(tǒng)的工作流程圖

6 結(jié) 語

本系統(tǒng)對門禁系統(tǒng)和智能人員管理系統(tǒng)實行二者相結(jié)合的設(shè)計，以實現(xiàn)卡與人員信息系統(tǒng)相匹配，采用13.56 MHz頻段的射頻卡，容量8 Kb，讀寫距離10 cm，延遲時間1～2 ms，刷卡顯示相關(guān)人員信息；

智能巡檢系統(tǒng)使用RS232感應(yīng)式巡檢器，其波特率為19200 B/s，可以存貯2 000條巡檢記錄。感應(yīng)器選用4mm×32 mm大小的片狀且編號不重碼、無需供電，根據(jù)要求的時間段、巡檢地點，工作人員沿指定的線路進行巡檢，每到一處，用巡檢器識讀安裝在該地的感應(yīng)器。刷卡延遲時間1～2 ms，識讀時，巡檢器會自動記錄當前的地點（卡號）、日期和時間，如有停留時間要求，則應(yīng)按規(guī)定停留時間再次讀取。巡查完畢后，把存有采集數(shù)據(jù)的巡檢器送交管理人員，通過通訊座與計算機連接并將巡檢器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中保存，根據(jù)工作需要進行查詢和生成各種統(tǒng)計管理報表。同時可清除識讀器中的數(shù)據(jù)，以備再次使用；

對傳感器網(wǎng)絡(luò)的安防系統(tǒng)，溫度、濕度的信息采集和發(fā)送接收實驗，通過終端監(jiān)聽串口得到節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，節(jié)點采集到的溫度信息受到節(jié)點芯片溫度的影響，會產(chǎn)生小范圍的偏差，節(jié)點采集到的濕度信息也會受到傳感器小范圍內(nèi)濕度水分的影響，通過一定的數(shù)據(jù)處理，將收到的數(shù)據(jù)信息進行偏差剔除加工處理，可以提高數(shù)據(jù)精度。

該系統(tǒng)能夠較為有效地采集、傳送和提供環(huán)境信息數(shù)據(jù)，具有較強的應(yīng)用性。

參 考 文 獻

[1]孫利民. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學出版社， 2005.

[2]溫文玉. 音頻設(shè)備UDA 1341驅(qū)動技術(shù)[J]. 桂林電子工業(yè)學院學報，2005（10）：32-36.

[3] SANDHU R S， COYNE E J， FEINSTEIN H L. ole-based access control models [J] . IEEE Computer， 1996， 29（2）： 38-47.

[4]劉敢峰，吳明光. 家庭自動化幾種主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[J]. 電子與技術(shù)應(yīng)用，2003（2）：53-55.

[5]李莉敏.射頻識別技術(shù)RFID及其應(yīng)用[J]. 電力信息化，2006，4（3）：94-95.

[6]趙燕. 傳感器原理及應(yīng)用[M]. 北京：北京大學出版社，2010.

Design of intelligent safe-guard system based on RFID wireless sensor network

HAN Wan-qiang， SHI Shao-hui， WU Hai-bin， ZHANG Ming-xuan

（School of Physics & Electrical and Information Engineering， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Based on RFID technology and wireless sensor network technology， an intelligent safe-guard system with all direction and multi-function was built， which includes intelligent access control administration， intelligent personal management， intelligent inspection and intelligent defense. The intelligent access control system based on RFID technology and the information acquisition system based on wireless sensor networks were designed and realized from the system function and system design. The realization process from information acquisition to intelligent management was given.

Keywords： RFID； WSN； intelligent security； access control system