基于物聯(lián)網(wǎng)的高校宿舍安全智能監(jiān)控系統(tǒng)

本文針對(duì)高校宿舍中主要存在的安全隱患，分析了現(xiàn)有監(jiān)控模式的缺點(diǎn)，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套可以對(duì)學(xué)生宿舍安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的智能管理系統(tǒng)，充分使用了傳感器技術(shù)，綜合使用溫度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器、電壓電流傳感器、RFID讀卡器對(duì)火災(zāi)、盜竊、違章使用大功率電器以及夜不歸宿等主要隱患進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，同時(shí)融合使用了ZigBee、GPRS兩種無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)，提升了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了高校宿舍管理的智能化，有效保障了高校宿舍中學(xué)生的人身財(cái)產(chǎn)安全。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 傳感器 CC2530 ZigBee 宿舍安全 智能監(jiān)控

隨著高等教育的普及，在校大學(xué)生數(shù)量大幅增加，宿舍是大學(xué)生學(xué)習(xí)生活的重要場(chǎng)所，宿舍安全關(guān)系到學(xué)生的生命財(cái)產(chǎn)安全，當(dāng)前主要的安全問(wèn)題集中在火災(zāi)隱患、偷盜失竊和夜不歸宿三個(gè)方面，其中火災(zāi)主要是因?yàn)樵谒奚岢闊熀瓦`章使用大功率電器造成。

目前各高校普遍采用宿舍管理員、樓道視頻監(jiān)控以及不定期抽查相結(jié)合的宿舍監(jiān)管模式，這種模式無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)宿舍內(nèi)部火災(zāi)隱患，也無(wú)法有效地避免盜竊情況的發(fā)生，人工查寢不僅效率低下，也無(wú)法對(duì)學(xué)生的在校情況進(jìn)行全程監(jiān)控。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)多采用有線方式，綜合布線復(fù)雜，建設(shè)維護(hù)成本高，可擴(kuò)展性差，因此采用無(wú)線通信方式的監(jiān)控系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢(shì)。

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套宿舍安全智能無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)需綜合布線，可以根據(jù)實(shí)際需要快速增減節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)馂?zāi)隱患、貴重物品出入、學(xué)生到寢情況進(jìn)行全天候在線監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情立即預(yù)警，將事故消除在萌芽狀態(tài)，確保學(xué)生的在校安全。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)融合使用無(wú)線通信技術(shù)和傳感器技術(shù)，系統(tǒng)架構(gòu)由5部分組成，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)宿舍環(huán)境數(shù)據(jù)、人員及貴重物品出入信息的采集，檢測(cè)到警情則觸發(fā)聲光報(bào)警，并將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線通信方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)多個(gè)不同監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，經(jīng)過(guò)重新封裝，再以ZigBee無(wú)線通信方式轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)匯總各匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并通過(guò)GPRS無(wú)線通信方式發(fā)往管理服務(wù)器。管理服務(wù)器存儲(chǔ)分析采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能，分析到警情信號(hào)時(shí)則更新Web顯示界面，并向移動(dòng)終端發(fā)送警情提示，便于宿舍管理人員和學(xué)生第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，及時(shí)采取措施進(jìn)行處置。PC機(jī)和移動(dòng)終端可以隨時(shí)訪問(wèn)服務(wù)器查詢各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，確定險(xiǎn)情位置和類(lèi)型，實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)對(duì)將損失降至最低。系統(tǒng)架構(gòu)框如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)使用模塊化設(shè)計(jì)思想，保證各模塊間的獨(dú)立性，便于根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展與改進(jìn)。在數(shù)據(jù)傳輸上融合使用了ZigBee和GPRS兩種無(wú)線通信方式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.1 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，ZigBee技術(shù)具有成本低、功耗小、設(shè)備穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。硬件設(shè)計(jì)采用TI公司的CC2530芯片，該芯片上集成了RF前端、內(nèi)存和微處理器，外接多個(gè)傳感器、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊以及鍵盤(pán)模塊。各傳感器監(jiān)測(cè)的宿舍數(shù)據(jù)及報(bào)警信息通過(guò)ZigBee無(wú)線傳輸方式發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)。

DS18B20溫度傳感器和MQ-2煙霧傳感器用于采集宿舍內(nèi)的溫度、煙霧濃度數(shù)據(jù)，用于火災(zāi)預(yù)警。HC-SR501紅外傳感器用于宿舍人員進(jìn)出監(jiān)測(cè)，當(dāng)有非法入侵時(shí)觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)具有宿舍內(nèi)人員數(shù)量監(jiān)測(cè)功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)夜不歸宿學(xué)生。電壓電流監(jiān)測(cè)模塊用于采集用電數(shù)據(jù)，如果電壓、電流值超出設(shè)定的閾值，則觸發(fā)報(bào)警并自動(dòng)切斷電源，消除宿舍內(nèi)違章使用大功率電器帶來(lái)的隱患。RFID模塊用于監(jiān)測(cè)貴重物品的出入，為每位學(xué)生配備一張嵌有RFID標(biāo)簽的一卡通，作為學(xué)生的身份標(biāo)識(shí)，在貴重物品內(nèi)部安裝RFID軟標(biāo)簽，RFID 芯片里存儲(chǔ)物品歸屬人信息，在宿舍門(mén)口安裝RFID無(wú)線讀卡器，貴重物品出門(mén)時(shí)，讀卡器讀取物品內(nèi)置RFID標(biāo)簽中的歸屬人信息和攜帶人員一卡通RFID標(biāo)簽中的身份信息，上傳至服務(wù)器進(jìn)行比對(duì)，兩者一致予以放行，不一致則觸發(fā)報(bào)警信息，預(yù)防盜竊事件發(fā)生。顯示模塊用于顯示監(jiān)測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、查詢信息以及報(bào)警信息。聲光報(bào)警模塊在出現(xiàn)警情信號(hào)時(shí)發(fā)出報(bào)警，通過(guò)鍵盤(pán)輸入密碼可以撤銷(xiāo)報(bào)警。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2 匯聚節(jié)點(diǎn)

匯聚節(jié)點(diǎn)通過(guò)ZigBee無(wú)線方式接收多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)匯總封裝，再以ZigBee無(wú)線方式發(fā)送至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中主要起到延伸信號(hào)覆蓋范圍的作用。

2.3 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)

協(xié)調(diào)器創(chuàng)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通信連接，協(xié)調(diào)器通過(guò)ZigBee方式接收各匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)匯總重新封裝，以GPRS無(wú)線方式發(fā)送至管理服務(wù)器，GPRS使用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)，具有傳輸距離遠(yuǎn)、工作性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)也采用模塊化設(shè)計(jì)方法，各模塊間相互獨(dú)立，結(jié)構(gòu)清晰明了，也使得各模塊間通信獨(dú)立，互不影響。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、報(bào)警觸發(fā)；匯聚節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)的匯總轉(zhuǎn)發(fā)；協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)主要包括網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建管理、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與管理服務(wù)器間的雙向數(shù)據(jù)傳輸；管理服務(wù)器的軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分析、查詢顯示，發(fā)現(xiàn)警情時(shí)向PC及手機(jī)觸發(fā)報(bào)警提示信息。流程圖如圖4、圖5、圖6所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，融合使用ZigBee及GPRS無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)成本低，可靠性高，能夠有效解決有線監(jiān)控方式存在的問(wèn)題，充分利用傳感器技術(shù)，綜合使用多種傳感器對(duì)宿舍安全進(jìn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠?qū)榧皶r(shí)預(yù)警，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，提升了宿舍管理的效率，在高校宿舍安全智能監(jiān)控領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]滕志軍，張明儒，許建軍等.基于ZigBee的學(xué)生宿舍智能限電控制系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與儀表，2015（09）：25-28.

[2]楊軼杰，張軍.基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的高校宿舍消防報(bào)警系統(tǒng)的研究[J].傳感器世界，2013（05）：25-29.

[3]華旺東，張仕臻，王松.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能學(xué)生宿舍系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014（23）：36-37.

[4]郝真鳴，趙男，梁鐵等.基于WiFi的智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù)，2013，32（10）：87-89，92.

[5]黎智成.基于ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的智能辦公綜合監(jiān)控系統(tǒng)[D].華南理工大學(xué)，2012.

[6]周嶺松，余春暄.基于ZigBee技術(shù)的溫、濕度控制系統(tǒng)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2011，34（06）：47-50.

作者簡(jiǎn)介

章杰侈（1986-），男，江蘇省宿遷市人。工學(xué)碩士學(xué)位?，F(xiàn)為江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院專(zhuān)任教師、工程師。主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信技術(shù)。

作者單位

江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省無(wú)錫市 214000endprint