基于物聯網的高校宿舍安全智能監控系統

本文針對高校宿舍中主要存在的安全隱患，分析了現有監控模式的缺點，使用物聯網技術，設計了一套可以對學生宿舍安全進行實時監控的智能管理系統，充分使用了傳感器技術，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讀卡器對火災、盜竊、違章使用大功率電器以及夜不歸宿等主要隱患進行及時預警，同時融合使用了ZigBee、GPRS兩種無線通信技術進行組網，提升了網絡的靈活性和穩定性，實現了高校宿舍管理的智能化，有效保障了高校宿舍中學生的人身財產安全。

【關鍵詞】物聯網 傳感器 CC2530 ZigBee 宿舍安全 智能監控

隨著高等教育的普及，在校大學生數量大幅增加，宿舍是大學生學習生活的重要場所，宿舍安全關系到學生的生命財產安全，當前主要的安全問題集中在火災隱患、偷盜失竊和夜不歸宿三個方面，其中火災主要是因為在宿舍抽煙和違章使用大功率電器造成。

目前各高校普遍采用宿舍管理員、樓道視頻監控以及不定期抽查相結合的宿舍監管模式，這種模式無法及時發現宿舍內部火災隱患，也無法有效地避免盜竊情況的發生，人工查寢不僅效率低下，也無法對學生的在校情況進行全程監控。傳統的監控系統多采用有線方式，綜合布線復雜，建設維護成本高，可擴展性差，因此采用無線通信方式的監控系統已成為發展趨勢。

本文基于物聯網技術設計了一套宿舍安全智能無線監控系統，無需綜合布線，可以根據實際需要快速增減節點，能夠對火災隱患、貴重物品出入、學生到寢情況進行全天候在線監測，一旦發現險情立即預警，將事故消除在萌芽狀態，確保學生的在校安全。

1 系統總體設計

本系統融合使用無線通信技術和傳感器技術，系統架構由5部分組成，監測節點負責宿舍環境數據、人員及貴重物品出入信息的采集，檢測到警情則觸發聲光報警，并將采集的數據通過ZigBee無線通信方式發送給匯聚節點。匯聚節點對多個不同監測節點發送過來的數據進行匯總，經過重新封裝，再以ZigBee無線通信方式轉發給協調器節點。協調器節點匯總各匯聚節點傳輸的數據，并通過GPRS無線通信方式發往管理服務器。管理服務器存儲分析采集到的各項數據，提供歷史數據查詢功能，分析到警情信號時則更新Web顯示界面，并向移動終端發送警情提示，便于宿舍管理人員和學生第一時間發現險情，及時采取措施進行處置。PC機和移動終端可以隨時訪問服務器查詢各監測節點數據，確定險情位置和類型，實現快速應對將損失降至最低。系統架構框如圖1所示。

2 硬件設計

本系統硬件設計使用模塊化設計思想，保證各模塊間的獨立性，便于根據實際使用情況進行系統的擴展與改進。在數據傳輸上融合使用了ZigBee和GPRS兩種無線通信方式，保證數據傳輸的可靠性。

2.1 監測節點

監測節點采用ZigBee標準設計，ZigBee技術具有成本低、功耗小、設備穩定可靠等優點。硬件設計采用TI公司的CC2530芯片，該芯片上集成了RF前端、內存和微處理器，外接多個傳感器、液晶顯示模塊、聲光報警模塊以及鍵盤模塊。各傳感器監測的宿舍數據及報警信息通過ZigBee無線傳輸方式發送至匯聚節點。

DS18B20溫度傳感器和MQ-2煙霧傳感器用于采集宿舍內的溫度、煙霧濃度數據，用于火災預警。HC-SR501紅外傳感器用于宿舍人員進出監測，當有非法入侵時觸發報警信號，同時具有宿舍內人員數量監測功能，能夠及時發現夜不歸宿學生。電壓電流監測模塊用于采集用電數據，如果電壓、電流值超出設定的閾值，則觸發報警并自動切斷電源，消除宿舍內違章使用大功率電器帶來的隱患。RFID模塊用于監測貴重物品的出入，為每位學生配備一張嵌有RFID標簽的一卡通，作為學生的身份標識，在貴重物品內部安裝RFID軟標簽，RFID 芯片里存儲物品歸屬人信息，在宿舍門口安裝RFID無線讀卡器，貴重物品出門時，讀卡器讀取物品內置RFID標簽中的歸屬人信息和攜帶人員一卡通RFID標簽中的身份信息，上傳至服務器進行比對，兩者一致予以放行，不一致則觸發報警信息，預防盜竊事件發生。顯示模塊用于顯示監測到的各項數據、查詢信息以及報警信息。聲光報警模塊在出現警情信號時發出報警，通過鍵盤輸入密碼可以撤銷報警。監測節點硬件結構如圖2所示。

2.2 匯聚節點

匯聚節點通過ZigBee無線方式接收多個監測節點發送來的數據，經匯總封裝，再以ZigBee無線方式發送至協調器節點，匯聚節點在網絡中主要起到延伸信號覆蓋范圍的作用。

2.3 協調器節點

協調器創建ZigBee網絡并實現內部網絡節點間的通信連接，協調器通過ZigBee方式接收各匯聚節點發送來的數據，經過匯總重新封裝，以GPRS無線方式發送至管理服務器，GPRS使用移動運營商網絡，具有傳輸距離遠、工作性能穩定等優點。協調器節點硬件結構如圖3所示。

3 軟件設計

軟件設計也采用模塊化設計方法，各模塊間相互獨立，結構清晰明了，也使得各模塊間通信獨立，互不影響。監測節點的軟件設計主要包括數據采集、數據傳輸、報警觸發；匯聚節點的軟件設計主要包括數據的匯總轉發；協調器節點的軟件設計主要包括網絡的創建管理、監測節點與管理服務器間的雙向數據傳輸；管理服務器的軟件設計主要包括數據的存儲分析、查詢顯示，發現警情時向PC及手機觸發報警提示信息。流程圖如圖4、圖5、圖6所示。

4 結束語

本文基于物聯網技術，融合使用ZigBee及GPRS無線通信技術進行網絡組建，系統結構簡單，建設成本低，可靠性高，能夠有效解決有線監控方式存在的問題，充分利用傳感器技術，綜合使用多種傳感器對宿舍安全進實時監測，能夠對警情及時預警，及時采取應對措施，提升了宿舍管理的效率，在高校宿舍安全智能監控領域具有較好的應用前景。

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作者簡介

章杰侈（1986-），男，江蘇省宿遷市人。工學碩士學位。現為江蘇信息職業技術學院專任教師、工程師。主要研究方向為移動通信技術。

作者單位

江蘇信息職業技術學院 江蘇省無錫市 214000endprint