四川省通信學(xué)會(huì)成都理工大學(xué)學(xué)生分會(huì) 劉文欽 嚴(yán) 欣 王亦君 羅 粟 李樹(shù)丹

1.引言

學(xué)生公寓物品失竊時(shí)常發(fā)生，即使采取了許多措施，如增加防護(hù)欄、加大樓管人員的巡查力度，失竊現(xiàn)象仍難以杜絕。使用現(xiàn)在市面流行的大型企業(yè)級(jí)防盜系統(tǒng)，無(wú)疑會(huì)增加大量開(kāi)支；而攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控不僅成本高昂，而且有侵犯同學(xué)隱私之虞。結(jié)合學(xué)生公寓安防的實(shí)際需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了這個(gè)寢室防盜系統(tǒng)，基于紅外感應(yīng)的探頭，不會(huì)侵犯同學(xué)隱私，而且成本低廉，通過(guò)現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)線路即可完成信號(hào)傳輸，不需額外投入布線成本。

2.設(shè)計(jì)思路

針對(duì)傳統(tǒng)防盜預(yù)警系統(tǒng)的缺陷和學(xué)生公寓特點(diǎn)，提出以“及時(shí)報(bào)警”、“方便管理員監(jiān)控”的設(shè)計(jì)理念。同時(shí)要求該系統(tǒng)要滿足性價(jià)比較高、實(shí)用性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單。

結(jié)合公寓防盜實(shí)際需求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)有功能：系統(tǒng)上電初始化時(shí)，通過(guò)紅外遙控器把電話號(hào)碼存儲(chǔ)在GSM內(nèi)部的EEPROM中。菲涅爾鏡監(jiān)測(cè)紅外信號(hào)，當(dāng)有人體紅外觸發(fā)菲涅爾鏡時(shí)，51單片機(jī)檢測(cè)到外部中斷請(qǐng)求，立刻現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警，通過(guò)GSM給宿舍成員發(fā)送短信，同時(shí)給公寓管理員終端發(fā)送報(bào)警消息。假如內(nèi)部人員不小心誤觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，可以通過(guò)紅外遙控器公寓管理員發(fā)送誤報(bào)消息，并使系統(tǒng)復(fù)位。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各模塊設(shè)計(jì)

寢室防盜系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：寢室監(jiān)測(cè)終端、樓層信號(hào)傳輸端和管理員服務(wù)端。各部分又由不同的功能模塊組成。寢室監(jiān)測(cè)終端由紅外傳感器模塊、GSM模塊、單片機(jī)控制模塊組成；樓層信號(hào)傳輸端則主要是以太網(wǎng)接口，負(fù)責(zé)上傳異常數(shù)據(jù)；管理員服務(wù)端則是軟件客戶端和數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分組成。

3.1 寢室監(jiān)測(cè)終端

寢室監(jiān)測(cè)終端主要包括51單片機(jī)、菲涅耳鏡和紅外遙控器、繼電器等器件，紅外監(jiān)測(cè)模塊安裝在寢室門(mén)上面。終端接收到紅外異常信息后，立刻現(xiàn)場(chǎng)響鈴報(bào)警，發(fā)送短信給室長(zhǎng)，同時(shí)通過(guò)樓層信號(hào)傳輸線路上傳數(shù)據(jù)給管理員服務(wù)端。另外，當(dāng)報(bào)警信號(hào)發(fā)送后30秒內(nèi)，是誤報(bào)監(jiān)聽(tīng)時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，監(jiān)測(cè)終端會(huì)忽略紅外模塊的信號(hào)，轉(zhuǎn)而監(jiān)測(cè)紅外遙控是否發(fā)送誤報(bào)信息，如果紅外遙控器發(fā)送誤報(bào)信息，則監(jiān)測(cè)終端向信號(hào)傳輸端發(fā)送誤報(bào)信息，并通過(guò)GSM發(fā)送短信給室長(zhǎng)提示誤報(bào)。

3.1.1 MCU選取方案

51單片機(jī)對(duì)于該模塊來(lái)說(shuō)端口足夠使用，價(jià)格便宜，功耗低，因此將STC89C51作為MCU的最終選取方案。

3.1.2 紅外傳感器模塊

圖1 紅外傳感器模塊

該模塊負(fù)責(zé)感應(yīng)人體活動(dòng)信號(hào)，傳感器是使用菲涅爾鏡制作的模塊。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過(guò)鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上（如圖1所示），同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕啵t外光正好被探頭接收，人體移動(dòng)造成紅外信號(hào)移動(dòng)，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)。

3.1.3 GSM模塊

采用GTM900無(wú)線模塊，它是一款三頻段GSM/GPRS無(wú)線模塊。其短消息業(yè)務(wù)模式支持TEXT和PDU。通過(guò)51單片機(jī)串口對(duì)GSM發(fā)送AT命令，即可實(shí)現(xiàn)發(fā)送PDU短信功能。手機(jī)號(hào)碼需事先通過(guò)紅外遙控器設(shè)置。

3.1.4 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)控制模塊主要是通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)紅外線遙控器對(duì)菲尼爾鏡工作狀態(tài)的控制、誤報(bào)解除、設(shè)置手機(jī)號(hào)碼等功能；另需控制I/O口向以太網(wǎng)接口發(fā)送異常信號(hào)以及控制GSM模塊發(fā)送短信。限于篇幅，此處不再給出具體程序代碼。

3.2 樓層信號(hào)傳輸端

每個(gè)樓層信號(hào)傳輸端可連接若干個(gè)寢室監(jiān)測(cè)終端，信號(hào)傳輸端則通過(guò)網(wǎng)線上網(wǎng)，以便于和管理員服務(wù)端建立TCP連接。這里采用PIC18F97J60作為處理芯片，原因在于其效率較高、I/O資源多、有現(xiàn)成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧便于編程開(kāi)發(fā)、價(jià)格較低等特點(diǎn)。樓層信號(hào)傳輸端能定義每一個(gè)I/O口對(duì)應(yīng)的寢室號(hào)。

3.2.1 PIC以太網(wǎng)模塊

工作在PIC單片機(jī)上的嵌入式TCP協(xié)議棧是其核心程序。這個(gè)模塊符合IEEE 802.3中所有關(guān)于雙絞線網(wǎng)絡(luò)10Base—T連接的規(guī)定。它在內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)包過(guò)濾機(jī)制，用于限制傳入的數(shù)據(jù)包。并提供了一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐的內(nèi)置DMA模塊，以及硬件IP校驗(yàn)和計(jì)算。

3.2.2 工作方式

在定義好的I/O接口上連接相應(yīng)寢室的監(jiān)測(cè)終端，并與之共地，當(dāng)寢室監(jiān)測(cè)終端有異常發(fā)現(xiàn)后，會(huì)在信號(hào)線產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)一段時(shí)間的高電平，信號(hào)傳輸端接收到此信號(hào)后會(huì)將相應(yīng)的寢室號(hào)通過(guò)TCP發(fā)送給服務(wù)端。由服務(wù)端記錄進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

若寢室監(jiān)測(cè)端的紅外遙控器誤報(bào)按鈕在異常觸發(fā)30秒內(nèi)被按下，則監(jiān)測(cè)終端也在信號(hào)線產(chǎn)生持續(xù)一定時(shí)間的高電平，信號(hào)傳輸端重發(fā)此寢室號(hào)，服務(wù)端修改數(shù)據(jù)庫(kù)記錄，標(biāo)記為誤報(bào)。

3.3 管理員服務(wù)端

管理員服務(wù)端界面用C#/.NET編寫(xiě)（如圖2所示），并采用Microsoft Sql Server存儲(chǔ)異常記錄。管理員終端使用前需要確保能正常連接到互聯(lián)網(wǎng)。當(dāng)?shù)卿浌芾斫K端后，程序會(huì)開(kāi)啟一個(gè)委托線程負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)TCP數(shù)據(jù)，當(dāng)接受到來(lái)自監(jiān)測(cè)終端的信號(hào)，以太網(wǎng)模塊將信息通過(guò)TCP上傳至管理員服務(wù)端，服務(wù)端會(huì)記錄和處理這些異常數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏綀?bào)警數(shù)據(jù)時(shí)，立刻發(fā)出報(bào)警響鈴，同時(shí)界面的綠燈變紅發(fā)出警報(bào)；當(dāng)在30秒內(nèi)接收到相同警報(bào)信息時(shí)，說(shuō)明是誤報(bào)記錄，系統(tǒng)自動(dòng)清除報(bào)警響鈴和紅燈警報(bào)，并標(biāo)記報(bào)警數(shù)據(jù)為誤報(bào)。

圖2 管理員服務(wù)端界面

4.總結(jié)

該防盜報(bào)警系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：

(1)遙控器控制系統(tǒng)；

(2)用戶可以自己設(shè)置報(bào)警短信電話號(hào)碼，系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能；

(3)樓管終端具備多管理員登陸和密碼保護(hù)功能；

(4)具有誤報(bào)消息處理功能；

(5)可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警、短信報(bào)警、管理員終端報(bào)警三路報(bào)警模式；

(6)能實(shí)現(xiàn)對(duì)整幢宿舍樓進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)督和管理；

(7)功能擴(kuò)展方便；

(8)便于移植。

本設(shè)計(jì)雖是針對(duì)學(xué)生公寓寢室安全防盜的設(shè)計(jì)，也可進(jìn)行功能擴(kuò)展。如在寢室監(jiān)測(cè)終端增加溫度、濕度等傳感器模塊，可以進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警。該系統(tǒng)移植性比較好，只需對(duì)管理界面和數(shù)據(jù)庫(kù)稍作修改，就可應(yīng)用在居民小區(qū)、辦公大樓的防火防盜。

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