本文針對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)了一套可以對學(xué)生宿舍安全進(jìn)行實(shí)時監(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)行及時預(yù)警,同時融合使用了ZigBee、GPRS兩種無線通信技術(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)前主要的安全問題集中在火災(zāi)隱患、偷盜失竊和夜不歸宿三個方面,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,這種模式無法及時發(fā)現(xiàn)宿舍內(nèi)部火災(zāi)隱患,也無法有效地避免盜竊情況的發(fā)生,人工查寢不僅效率低下,也無法對學(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,因此采用無線通信方式的監(jiān)控系統(tǒng)已成為發(fā)展趨勢。
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線監(jiān)控系統(tǒng),無需綜合布線,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,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,檢測到警情則觸發(fā)聲光報(bào)警,并將采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線通信方式發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)對多個不同監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,經(jīng)過重新封裝,再以ZigBee無線通信方式轉(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GPRS無線通信方式發(fā)往管理服務(wù)器。管理服務(wù)器存儲分析采集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù),提供歷史數(shù)據(jù)查詢功能,分析到警情信號時則更新Web顯示界面,并向移動終端發(fā)送警情提示,便于宿舍管理人員和學(xué)生第一時間發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情,及時采取措施進(jìn)行處置。PC機(jī)和移動終端可以隨時訪問服務(wù)器查詢各監(jiān)測節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),確定險(xiǎn)情位置和類型,實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)對將損失降至最低。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兩種無線通信方式,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
2.1 監(jiān)測節(jié)點(diǎn)
監(jiān)測節(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,外接多個傳感器、液晶顯示模塊、聲光報(bào)警模塊以及鍵盤模塊。各傳感器監(jiān)測的宿舍數(shù)據(jù)及報(bào)警信息通過ZigBee無線傳輸方式發(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,當(dāng)有非法入侵時觸發(fā)報(bào)警信號,同時具有宿舍內(nèi)人員數(shù)量監(jiān)測功能,能夠及時發(fā)現(xiàn)夜不歸宿學(xué)生。電壓電流監(jiān)測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)警并自動切斷電源,消除宿舍內(nèi)違章使用大功率電器帶來的隱患。RFID模塊用于監(jiān)測貴重物品的出入,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,在貴重物品內(nèi)部安裝RFID軟標(biāo)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(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,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)警情信號時發(fā)出報(bào)警,通過鍵盤輸入密碼可以撤銷報(bào)警。監(jiān)測節(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ZigBee無線方式接收多個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù),經(jīng)匯總封裝,再以ZigBee無線方式發(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ZigBee方式接收各匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù),經(jīng)過匯總重新封裝,以GPRS無線方式發(fā)送至管理服務(wù)器,GPRS使用移動運(yùn)營商網(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)的存儲分析、查詢顯示,發(fā)現(xiàn)警情時向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
本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),融合使用ZigBee及GPRS無線通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組建,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,建設(shè)成本低,可靠性高,能夠有效解決有線監(jiān)控方式存在的問題,充分利用傳感器技術(shù),綜合使用多種傳感器對宿舍安全進(jìn)實(shí)時監(jiān)測,能夠?qū)榧皶r預(yù)警,及時采取應(yīng)對措施,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。
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作者簡介
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)院專任教師、工程師。主要研究方向?yàn)橐苿油ㄐ偶夹g(shù)。
作者單位
江蘇信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省無錫市 214000endprint