基于WIFI技術的高校宿舍安全智能檢測系統(tǒng)

周紅志 秦 敏 墨子向

(阜陽師范學院信息工程學院，安徽 阜陽 236041)

1.概述

1.1.設計背景

近年來，由于社會對人才的需求量越來越大和社會生活水平的提高，高校學生的數(shù)量越來越龐大，這使得生活中存在的安全隱患越來越多，而大學生的安全意識卻越來越薄弱。于是，對學生宿舍的安全信息的把握已成為各大高校重要工作之一。

現(xiàn)在，各大高校采取的安全監(jiān)控主要以攝像頭監(jiān)控為主，這種監(jiān)控系統(tǒng)雖然能對全局進行把握，但存在著監(jiān)測面小、資源消耗大、實時性差等缺點。它只能對某個樓層的人員流動進行把握，而對于每個獨立的宿舍則顯得無能為力，并且對圖像數(shù)據(jù)的存儲會消耗大量的資源。攝像頭監(jiān)控對于一些突發(fā)狀況也很難及時分辯和把握，如宿舍火源、空氣成分等無法實時監(jiān)控，更無法發(fā)出警報引起周邊宿舍警覺，一旦事故發(fā)生，難以及時采取保障措施。

1.2.系統(tǒng)優(yōu)勢

隨著嵌入式系統(tǒng)、無線通信等技術的發(fā)展，利用不同傳感器獨立檢測特定的安全指標，再通過短距離通信，可以全面、實時地對宿舍安全情況進行監(jiān)控而不涉及任何學生隱私。面對突發(fā)狀況也能及時報警，并且能夠提供一定的人機交互，最大限度地采取行動進行處理，避免不必要的損失。

該系統(tǒng)應用了嵌入式和無線通信技術，而嵌入式系統(tǒng)和無線通信技術本身高度的靈活性，賦予了系統(tǒng)自由和易拓展性的特點，可以不受復雜線路的控制，即裝即用，可根據(jù)實際需要輕松增加或減少數(shù)量，更可以根據(jù)具體學校實際情況而擴展不同的功能。其體積小、功耗低、穩(wěn)定性高、使用簡單、功能全面，真正能夠做到遍及每一個宿舍。

2.系統(tǒng)總體設計

本項目組成主要分為主機和從機兩大部分，通過組建的網絡和服務器進行通信。主機檢測宿舍內部的各類信息，并在出現(xiàn)不安全事件時，將分析結果和檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給從機；從機終端所在的后勤管理中心發(fā)現(xiàn)突發(fā)狀況后，可通過從機給主機發(fā)送控制命令，達到預處理目的，并立即采取行動去解決事故。

2.1.主機部分

主要由各類傳感器、MCU最小系統(tǒng)、WIFI模塊、天線和揚聲器等電路構成。傳感器節(jié)點實時檢測宿舍安全信息，MCU通過分析各節(jié)點的數(shù)據(jù)，當發(fā)現(xiàn)宿舍有不安全狀況出現(xiàn)時，立即自動控制WIFI模塊通過無線串口向監(jiān)控人員的目標終端發(fā)送信息，另一方面激活揚聲器電路，向周圍宿舍發(fā)出報警信息。（如下圖）

2.1.1.傳感器電路

主要由溫度傳感器、氣體傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯冉M成，傳感器將其感受到的信息，如宿舍的實時溫度、火焰輻射強度、氣體體積分數(shù)等情況，按一定規(guī)律變換成為電信號后輸入到MCU，即各個傳感器各自的終端節(jié)點中，以供MCU分析數(shù)據(jù)并采取控制。

2.1.2.微控制單元

MCU連續(xù)地接收傳感器節(jié)點傳來的電信號，通過內部的A/D(模擬量/數(shù)字量)轉換模塊將模擬電信號按照一定的分辨率轉換為控制單元可處理的數(shù)字信號。當數(shù)值超過程序中經過動態(tài)算法預設定的正常值時，則認為宿舍出現(xiàn)不安全狀況。此時，MCU發(fā)現(xiàn)電路硬件故障時，會立即激活WIFI模塊將宿舍各項檢測信息發(fā)送給目標終端節(jié)點，并激活揚聲器電路，對周圍宿舍發(fā)出警報。

當MCU接收到WIFI模塊輸入的來自監(jiān)控中心的回應消息后，立即執(zhí)行相應的任務。如：由于傳感器失靈誤報，監(jiān)控中心發(fā)出關閉警報信息，MCU則根據(jù)指示取消休眠揚聲器電路。

由于微控制單元的功能越來越強大，使系統(tǒng)具有高度的可擴展性，給系統(tǒng)提供了一個很大的升級空間。如擴展攝像頭組，當事故發(fā)生時激活攝像頭，將采像信息傳給管理中心，可以更準確地辨別和應對突發(fā)狀況。

2.1.3.無線傳輸模塊

模塊的串行口使用異步傳輸標準接口，使用MAX3232芯片可以實現(xiàn)向TTL電平的轉化。在模塊的自動工作模式下，串口始終工作在透明數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，把來自控制單元的數(shù)據(jù)，通過服務器轉發(fā)，點對點傳送給終端設備。

其組網方式為：系統(tǒng)硬件電路搭建完畢后，無線設備第一次上電時，設定好特定的無線網絡參數(shù)以及必須的TCP/UDP連接參數(shù)，即可自動連接到指定的無線路由器，進入到預設的網絡和服務器，服務器再與目標終端連接。（如下圖）

網絡組建完成后，進入自動工作模式，在微控制單元的協(xié)調下進行串口的無線透明的數(shù)據(jù)收發(fā)。當MCU對各個傳感器輸入的數(shù)據(jù)未檢測到異常情況時，無線模塊處于休眠狀態(tài)，不產生任何數(shù)據(jù)流量；一旦MCU分析出異常，無線模塊立即被激活，將危險信息經過服務器轉發(fā)到后勤管理中心的監(jiān)控設備，并等待并接收從機傳來的控制指令，使系統(tǒng)根據(jù)指令及時對突發(fā)事故做出反應。

2.2.從機部分(Android上位機)

基于Android系統(tǒng)終端(平板電腦或PC端Android虛擬機)，運行軟件版本要求Android2.3以上，即可使用上位機軟件完成來自服務器數(shù)據(jù)的檢測、分析和存儲等。

2.2.1.Android系統(tǒng)的特性

Android系統(tǒng)是當代一種移動平臺的靈魂，從系統(tǒng)本身來說，它基于Linux內核并且絕對開源，是針對移動設備而設計。移動設備對互聯(lián)網的聯(lián)系越來越緊密，這使得Android系統(tǒng)的移動互聯(lián)優(yōu)勢日益增強，且從機的檢測可以脫離監(jiān)控中心而無處不在，直接滿足了本系統(tǒng)的靈活性要求。即使在非工作時間，也能保證警報信息的及時傳達。

Android設備的發(fā)展很快，其硬件配置已經達到媲美個人計算機的程度，保證了本系統(tǒng)運行在此平臺上的穩(wěn)定性。

2.2.2.系統(tǒng)上位機程序

上位機軟件主要使用JAVA語言在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境下編寫出來。主要工作是驅動設備內置的WIFI模塊，使設備連接到特定的網絡，接收服務器端傳來的對應宿舍的位置信息和監(jiān)測信息，并將這些數(shù)據(jù)使用圖表等直觀方式分類動態(tài)地顯示在屏幕上來進行監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)保存成本地日志。同時驅動設備的揚聲器，提醒工作人員，在學生宿舍出現(xiàn)了異常情況，需要立即采取行動。（如下圖）

工作人員可以通過上位機向事故發(fā)生宿舍發(fā)送控制命令，通過服務器找到對應物理地址的無線模塊，將控制信息經過WIFI模塊反饋給MCU，實現(xiàn)對MCU外圍擴展功能的遠程操作，如對揚聲器喊話內容的選擇，從而及時有效地對現(xiàn)場進行控制，完成無線串口傳輸過程的全雙工通信。

3.系統(tǒng)功能說明

3.1.智能實時監(jiān)測與警報

系統(tǒng)組裝完畢后，即進入自動工作模式，智能實時檢測安全隱患，發(fā)生事故將直接啟動揚聲器警報。即使在安全意識最薄弱的夜間，也能有效地將危險扼殺在萌芽。

3.2.移動遠程管理與控制

管理員可通過基于Android系統(tǒng)的上位機，直接連接到服務器端，隨時對危險信息進行回應和處理，而不僅僅是在管理中心辦公室。同時，對系統(tǒng)的擴展電路可直接發(fā)出控制指令，遠程遙控進行執(zhí)行所需操作。

3.3.集中部署管理

管理員的監(jiān)控設備上對整個宿舍區(qū)的安全狀況統(tǒng)一管理，將所有宿舍傳感器的感應信息同步保存成文本日志，卻不需要對各個宿舍所有時刻的所有信息進行監(jiān)聽，只有危險發(fā)生時，才會接收到數(shù)據(jù)并進行檢測與警報。根據(jù)傳來的物理地址，直接定位到對應宿舍。根據(jù)不同的狀況采取行之有效的行動。節(jié)約人力物力，操作科學有效。

4.結束語

該系統(tǒng)綜合采用現(xiàn)階段熱門技術，有效地在不侵犯入住學生隱私的情況下，對每個宿舍獨立進行實時監(jiān)控，保證他們的人身和財產安全。該系統(tǒng)靈活度高、功耗低、擴展性強、實時全面報警監(jiān)控等特點彌補了當代高校宿舍安全的空缺。然而該系統(tǒng)對監(jiān)控人員的應對異常情況的控制方式有很大的局限性，系統(tǒng)的擴展功能單一，因此需要對該系統(tǒng)的硬件電路進一步擴充和改進，使系統(tǒng)更加完善。

[1]麻信洛.無線局域網構建及應用[M].北京.國防工業(yè)出版社.2006.

[2]劉連浩.物聯(lián)網與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)[M].電子工業(yè)出版社.2012.

[3]張文梅.宿舍無線監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術.2014(15):3506-3508.

[4]高峰、姜慶臣、徐青香等.無線傳感器網絡在設施農業(yè)中的應用進展[J].浙江林學院學報.2010.27(5):762-769.