宋耀華，王梅霞

（九江科技中專計算機系，江西 九江 332007）

0 引言

隨著工信部《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》的正式出臺，無疑物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)是目前國內(nèi)外各個領域研究的熱點，廣泛應用于安防、電力、交通、物流、醫(yī)療和環(huán)保等領域[1]。

以ZigBee＋ARM9為核心的嵌入式校園安防系統(tǒng)，基于STM32單片機，利用熱釋電傳感器進行人體檢測，煙霧檢測傳感器實現(xiàn)煙霧檢測，利用Zig-Bee技術實現(xiàn)遠程監(jiān)控。如有異常情況，可以馬上通知宿舍管理員或?qū)嬍页蓡T，實現(xiàn)了對學生宿舍的安全監(jiān)控，縮短了對宿舍中突發(fā)事件的反應時間，給平安校園增加保障。

1 系統(tǒng)的總體結(jié)構設計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的宿舍安防系統(tǒng)的結(jié)構框圖如圖1所示。系統(tǒng)由宿舍管理員主監(jiān)控室與各個宿舍被監(jiān)控單元組成，通過ZigBee通信模塊組網(wǎng)通信。考慮到主監(jiān)控室作為ZigBee主節(jié)點，CPU采用功能強大的S3C2440芯片，而從節(jié)點均采用價格低廉的STM32即可。通過STM32將各個信息的安防信息實時采集處理，經(jīng)過CC2430無線通信模塊與主節(jié)點通信，從而實現(xiàn)遠程自動監(jiān)控。當有異常出現(xiàn)時，宿舍和監(jiān)控室的報警裝置會同時響起，只有管理員和本宿舍成員才可以解除報警狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構

2 系統(tǒng)的硬件設計[2]

宿舍安防系統(tǒng)硬件主要由2部分組成：主節(jié)點處理電路和從節(jié)點處理電路。包含以下電路：檢測模塊電路、ZigBee節(jié)點硬件電路、通信模塊電路、顯示電路和報警模塊電路等。

2.1 從節(jié)點處理電路

從節(jié)點監(jiān)控子系統(tǒng)的硬件電路由單片機最小系統(tǒng)、各種傳感器檢查電路、聲光報警申路、CC2430收發(fā)模塊電路及電源電路等組成。

傳感器在此處主要起防火和防盜作用。防盜主要利用熱釋電紅外傳感器和對射光電傳感器組成。對射光電傳感器主要用來判斷人進出宿舍情況，STM32利用對射光電傳感器的先后順序來判斷并計數(shù)；熱釋電紅外傳感器主要用來檢測人體，再通過物聯(lián)網(wǎng)上報監(jiān)控中心，并啟動聲光報警器。

防火主要由煙霧傳感器組成，煙霧傳感器的內(nèi)部電阻是隨著煙霧濃度的變化而變化。在通電狀態(tài)下測得傳感器的內(nèi)阻為130kΩ左右，在煙霧較濃時內(nèi)阻為6kΩ左右。利用該特點將煙霧信號，轉(zhuǎn)換成電壓信號再利用比較電路即可實現(xiàn)電平的翻轉(zhuǎn)，STM32利用該電平信號即可以判斷是否啟動火警報警。

電流互感模塊，可將宿舍用電線路中的電流信號轉(zhuǎn)變成電壓信號提供給單片機，實現(xiàn)對宿舍用電量的實時監(jiān)測。由于電流互感模塊輸出的電壓信號是模擬量，需要經(jīng)過STM32自帶的AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后才能輸入，當STM32的監(jiān)測值超過設定的安全值時，先向相關宿舍發(fā)送告警提示信息，如無應答，直接由監(jiān)控中心切斷該宿舍電源，從而避免更大的安全隱患。

2.2 CC2430節(jié)點電路

挪威半導體公司Chipcon推出的CC2430射頻芯片，是支持IEEE802.15.4／ZigBee協(xié)議并集成增強型8051內(nèi)核的芯片，適用于ZigBee或類似Zig-Bee的無線網(wǎng)絡節(jié)點，系統(tǒng)采用的收發(fā)頻率為2.4 GHz，其典型的硬件應用電路如圖2所示[3]。

圖2 硬件應用電路

在射頻電路部分使用了一個非平衡天線，連接非平衡變壓器可使天線性能更好。電路中的非平衡變壓器由電容C63和電感L1，L2，L3以及微波傳輸線組成，整個結(jié)構滿足RF輸入、輸出匹配電阻（50 Ω）的要求。其內(nèi)部的T／R交換電路完成LNA和PA之間的交換。R221和R261為偏置電阻，電阻R221主要用來為32MHz的晶振提供一個合適的工作電流。32MHz的石英諧振器（X1）和2個電容（C191和C211）構成高速時鐘電路。32.768kHz的石英晶體（Y5）與2個電容（C441和C431）構成低速時鐘電路。同時S3C2440的SPI接口與CC2430模塊的P1.4，P1.5，P1.6相連，構成物聯(lián)網(wǎng)通信接口。

2.3 GPRS模塊

GSM／GPRS模塊采用SIMCOM 公司的SIM300，SIM300提供了標準的RS232串行接口，S 3C2440通過串口與之連接實現(xiàn)移動通信，該模塊內(nèi)嵌TCP／IP協(xié)議棧，可以連接網(wǎng)絡。SIM300支持標準AT指令集[3]，AT指令是專門用來控制調(diào)節(jié)調(diào)制器的指令集，當S3C2440收到傳感器的信號判斷有異常時，通過SIM300向主人手機發(fā)送短消息[4-5]。S3C2440與SIM300的連接如圖3所示。

圖3 S3C2440與SIM300連接

3 系統(tǒng)的軟件設計

系統(tǒng)軟件部分主要有主節(jié)點程序控制和從節(jié)點程序控制。具體的程序流程圖如圖4、圖5所示。主節(jié)點移植了嵌入式實時操作系統(tǒng)μCOS-Ⅱ，系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、裁剪方便和源碼公開等優(yōu)點，且可實現(xiàn)多個任務的調(diào)度。

圖4 主節(jié)點程序流程

圖5 從節(jié)點程序流程

主節(jié)點主要負責與各個宿舍之間的物聯(lián)網(wǎng)通信，采集各個宿舍的安全狀態(tài)信急，如出現(xiàn)各種預警，立即驅(qū)動報警電路提示管理員前去查詢維護。各種警情的采集與識別，則由從節(jié)點完成。

4 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的宿舍安防系統(tǒng)，運用物聯(lián)網(wǎng)技術，將各個宿舍與管理員處組成一個無線網(wǎng)絡，避免了煩瑣的布線，并利用多種傳感器及ARM技術，做到遠程實時監(jiān)控，GPRS則為系統(tǒng)預防與報警提供了更為快捷的途徑?？梢灶A見，系統(tǒng)對于日趨提高的安防要求，對于校園安全建設具有重要意義。

[1]物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃[EB／OL].http：／／www.miit.gov.cn／.2012-02-14.

[2]Samsung Electronics S3C2440A32-bit RISC Microprocessor User’s Manual[Z].Revision 1Publication Number：21.2-S3-C2440-072004.2007.

[3]洗士明.ZigBee與GPRS融合組網(wǎng)技術的研究與應用[D].廣州：廣東工業(yè)大學，2011.

[4]SIM300AT Commands Set，Version 1.03[EB／OL].http：／／www.sim.com，2005-11-08.

[5]SIM300Hardware Interface Description，Versin 1.05[EB／OL].http：／／www.sim.com，2005-11-22.