朱萬春

摘 要： 隨著人民生活水平大幅度提高，越來越多的人選擇在空閑時間到旅游景區(qū)游玩。如何高效、快速、及時地發(fā)現(xiàn)旅游區(qū)的安全問題并完成保衛(wèi)任務，成為當今的研究熱點。通過實地調(diào)研和查閱相關文獻，提出基于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式ARM為平臺研發(fā)主機，運用溫度傳感器監(jiān)測旅游區(qū)溫度，并運用GSM和GPRS技術實現(xiàn)安保信息的聯(lián)網(wǎng)傳遞。同時，將旅游區(qū)監(jiān)控影像資料實時錄入存儲卡，以便證據(jù)的保留。經(jīng)過設計驗證，證明了該系統(tǒng)具有聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控、實時預警、數(shù)據(jù)記錄等功能，實現(xiàn)了對旅游區(qū)的安全保衛(wèi)和智能監(jiān)控，有效保障了旅游區(qū)游客生命財產(chǎn)的安全。

關鍵詞： 旅游區(qū)； 物聯(lián)網(wǎng)技術； 智能安保系統(tǒng)； 嵌入式ARM； 遠程監(jiān)控； 無線傳感器網(wǎng)絡

中圖分類號： TN919?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）05?0140?04

Abstract： With the increasing improvement of people′s living standard， more people choose to travel to scenic spots during holidays. How to efficiently， quickly and timely find the safety problems and complete the security task has become the research hotspot currently. By means of field research and pertinent literature investigation， an Internet of Things （IoT） technology based intelligent security system for tourist area is put forward， which takes the embedded ARM as the platform development host computer. The temperature sensor is used to monitor the temperature of tourist area， and the GSM and GPRS technologies are adopted to realize the networking transmission of security information. At the same time， the monitoring image data of tourism area is stored into the storage card in real time to reserve the evidences. The verification results prove that the system has the functions of networking monitoring， real?time warning and data logging， can realize the safety guaranteeing and intelligent monitoring for the tourist area， and protect the safety of life and property of tourists effectively.

Keywords： tourist area； Internet of Things technology； intelligent security system； embedded ARM； remote monitoring； wireless sensor network

0 引 言

改革開放以來，在基本的生活需求得到滿足的基礎上，人們越來越重視自己的精神生活。因此，空閑時間去旅游區(qū)游玩成為許多人放松自我的重要方式。大量的游客涌入旅游區(qū)，使旅游區(qū)的安全保衛(wèi)任務變得越來越繁重和復雜，如何能減輕旅游區(qū)安保人員的工作量，提高安保效率及信息傳遞的及時性，成為廣大科研人員的研究重點。

隨著科技的不斷進步，新型技術的運用大大促進了科技產(chǎn)品的發(fā)展，其中，物聯(lián)網(wǎng)技術是備受關注的現(xiàn)代技術之一[1?2]。傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術的核心是無線傳感技術，然而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷發(fā)展和廣泛應用，對其定義也發(fā)生了變化。國際電信聯(lián)盟擴展了物聯(lián)網(wǎng)的概念：所謂“物”，是指具有物理屬性以及實質(zhì)個性的對象；所謂“聯(lián)網(wǎng)”是指通過智能接口實現(xiàn)無縫連接信息網(wǎng)絡。要想實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，最為關鍵的環(huán)節(jié)是感知?傳輸?處理[3?4]。

物聯(lián)網(wǎng)技術和智能安保系統(tǒng)的結合，能夠?qū)崿F(xiàn)立體的安全監(jiān)控和保護，使得安保人員能夠?qū)崟r且全方位地對安保區(qū)域進行監(jiān)控管理。本文所提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)充分利用嵌入式開發(fā)平臺，結合旅游區(qū)溫度傳感器等感知設備，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)安保系統(tǒng)的功能，而且還具有智能程度高、成本低等特點，大大提高了旅游區(qū)安保效率，有助于減少游客生命財產(chǎn)的損失，提高旅游區(qū)安全程度，進而吸引更多的游客，形成旅游區(qū)產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)。

1 系統(tǒng)研發(fā)所需關鍵技術

1.1 物聯(lián)網(wǎng)技術

物聯(lián)網(wǎng)將擁有感知、計算和執(zhí)行能力的芯片或者軟件嵌入真實世界的物體中，而這些嵌入的芯片和軟件之間的協(xié)同運行及信息傳遞則是通過網(wǎng)絡來實現(xiàn)的[5?6]。如圖1所示，物聯(lián)網(wǎng)的體系結構通常包含三個層次：

感知層：包括傳感器、攝像頭及讀寫器等；

網(wǎng)絡層：包括互聯(lián)網(wǎng)或3G/4G網(wǎng)絡；

應用層：包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)及智能交通等多個方面。

感知層中安裝有多種傳感器，如讀寫器、溫度傳感器、攝像頭等設備，這些設備不僅用來獲取監(jiān)測信息，而且是實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的基礎。endprint

網(wǎng)絡層是物聯(lián)網(wǎng)中較為成熟的一層，該層需要在結合物聯(lián)網(wǎng)應用的基礎上，優(yōu)化網(wǎng)絡。網(wǎng)絡層的具體作用是傳遞在感知層得到的信息，這些信息不僅來自于互聯(lián)網(wǎng)，而且還來源于數(shù)據(jù)交換或云計算中心。

應用層的作用是在前兩層的基礎上研發(fā)適應不同場景的智能化應用。在此研發(fā)過程中需要考慮不同用戶或不同行業(yè)的獨有特點。應用層是物聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的根本動力所在，只有實現(xiàn)了應用，物聯(lián)網(wǎng)才具有實際價值。

1.2 無線傳感網(wǎng)絡技術

無線傳感器網(wǎng)絡[7?9]包含許多傳感器節(jié)點，而這些傳感器節(jié)點均具有計算與通信能力，并且通過自組織的形式實現(xiàn)無線通信，進而通過相互協(xié)作實現(xiàn)某些特定功能。

通常情況下，無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)由任務管理、Sink以及傳感器節(jié)點等三部分組成[10]。監(jiān)測區(qū)域里的眾多傳感器節(jié)點自組織形成網(wǎng)絡，處理后的監(jiān)測信息通過傳感器節(jié)點發(fā)送到Sink節(jié)點；任務管理節(jié)點能夠通過Sink節(jié)點配置與管理傳感器網(wǎng)絡，并發(fā)布相關指令。無線網(wǎng)絡通信框圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)要求

旅游區(qū)安保系統(tǒng)相比于其他數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡來說，只需要利用低速率、低成本的控制方式即可控制旅游區(qū)內(nèi)互聯(lián)的設備。因此，研發(fā)出一套成本低、標準化、自動化程度高、易擴展的旅游區(qū)安保系統(tǒng)成為廣大科研人員的研究重點。本文依據(jù)系統(tǒng)設計原則和旅游區(qū)實際要求，列出以下四點功能：

1） 遠程信息傳輸功能：通過GSM/GPRS模塊將旅游區(qū)監(jiān)測和報警信息傳遞給旅游區(qū)安保人員，以便及時處理安保問題。

2） 安全防范功能：通過現(xiàn)場安裝的各類傳感器實時采集現(xiàn)場溫濕度和煙霧數(shù)據(jù)，防止發(fā)生惡性火災事故；當非法人員進入旅游區(qū)時，要立即發(fā)出報警信號，同時存檔相關影音證據(jù)。

3） 遠程監(jiān)控旅游區(qū)狀態(tài)功能：能夠遠程實時監(jiān)測并控制旅游區(qū)內(nèi)各設備狀態(tài)參數(shù)。

4） 穩(wěn)定高效、兼容易擴展等功能：在實現(xiàn)功能的基礎上，系統(tǒng)還需具有友好的操作界面及多樣化的監(jiān)控方式，使整個操作過程簡單化、穩(wěn)定高效并且易擴展。

2.2 系統(tǒng)總設計方案

旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)方案框圖如圖3所示。主要由ARM嵌入式平臺、ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡、Atmega128單片機、GSM/GPRS模塊、USB攝像頭以及智能終端等部分組成。安保人員通過PC機或智能移動設備的Web瀏覽器進入系統(tǒng)，而旅游區(qū)內(nèi)的各種設備是由Atmega128單片機來控制的。

1） 智能終端：本文基于Linux平臺，結合HTML網(wǎng)頁語言和JavaScript腳本研發(fā)旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)。

2） GSM/GPRS模塊：當旅游區(qū)內(nèi)發(fā)生異常時，ARM通過發(fā)送AT指令控制模塊向旅游區(qū)安保人員發(fā)出警報提示信息。

3） 以Linux為操作系統(tǒng)的嵌入式平臺，不僅能夠運行一個支持TCP/IP協(xié)議的Web服務器，而且能夠驅(qū)動USB攝像頭以29 f/s的速度捕獲視頻流。

4） 單片機控制系統(tǒng)：采用Atmel公司的8位單片機Atmega128，并利用LCD12864點陣顯示各個設備的實時狀態(tài)。

5） USB攝像頭模塊：通過USB總線與ARM連接嵌入式內(nèi)核kernel 2.6.35驅(qū)動，獲取旅游區(qū)的影音信息。

一方面，通過結合Linux嵌入式平臺與ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡，使ZigBee無線局域網(wǎng)能夠接入Internet網(wǎng)，并且簡化了傳統(tǒng)監(jiān)控網(wǎng)絡的布線操作，豐富了監(jiān)控點和遠程控制端；另一方面，通過結合ARM嵌入式與成本低、功耗小的ZigBee無線技術，不僅使視線里快速自組網(wǎng)，而且易與Internet連接，進而實現(xiàn)對旅游區(qū)的遠程監(jiān)控。

2.2.1 嵌入式微處理器選型

對于嵌入式系統(tǒng)來說，ARM處理器是控制核心。目前，市場上的ARM處理器有許多種，主要包括ARM7?S3C2410，ARM9?S3C2440，ARM11?S3C6410，Cortex TM?A8?S5PV210。

一個系統(tǒng)是否穩(wěn)定與處理器性能密切相關，所以必須選取性能高、成本低的ARM處理器。綜合考慮后，本文智能安保系統(tǒng)的微處理器選用S5PV210。

2.2.2 嵌入式操作系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)（Enbedded Operating System，EOS）是廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)、機電設備控制和安保領域的系統(tǒng)軟件。當前主要有Linux，Windows CE，UC/OS?Ⅱ等嵌入式操作系統(tǒng)，本文系統(tǒng)采用Linux嵌入式操作系統(tǒng)，因其具有其他操作系統(tǒng)所沒有的許多優(yōu)點，例如：開放的源代碼、良好的網(wǎng)絡支持性、穩(wěn)定的內(nèi)核等。

3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)硬件設計

3.1.1 單片機控制子模塊硬件設計

本系統(tǒng)的單片機控制子模塊選擇8位單片機Atmega128，其硬件結構框圖如圖4所示。

3.1.2 報警器模塊電路設計

報警功能是安保系統(tǒng)必備的功能之一，本文設計的報警電路采用PNP三極管8050，通過控制其導通或關斷來控制蜂鳴器，所設計的報警電路如圖5所示。

3.2 系統(tǒng)軟件設計

對于系統(tǒng)軟件部分，首先安裝驅(qū)動模塊、啟動BOA服務器，然后初始化主應用程序，創(chuàng)建線程。第一個線程監(jiān)控ttyUSB0間的通信數(shù)據(jù)；第二個線程由CC2530主控芯片每隔1 s發(fā)送傳感器采集命令；第三個線程監(jiān)控seriall接收到的數(shù)據(jù)；第四個線程控制LED按一定的頻率閃爍，通過LED閃爍情況可以判斷系統(tǒng)狀態(tài)（正常，還是故障）；第五個線程用于監(jiān)控Web請求消息。軟件設計框圖如圖6所示。

4 系統(tǒng)測試與分析

4.1 測試環(huán)境及方法

硬件環(huán)境：S5PV210開發(fā)板、攝像頭、CC2530無線傳感器模塊、Atmega128單片機以及溫度傳感器等。endprint

軟件環(huán)境：Linux 2.6.35內(nèi)核、mjpg?streamer、BOA服務器等。

安保監(jiān)控端：安裝有瀏覽器軟件的Windows 10系統(tǒng)或安卓2.0以上系統(tǒng)的智能手機。

系統(tǒng)測試方法：由于系統(tǒng)采用模塊化設計方法，因此，在每個獨立的功能模塊測試無誤后再進行整個旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)的測試。

4.2 實時獲取溫度測試

由于旅游區(qū)人流量和景物多且環(huán)境復雜，會引起溫度變化，而當溫度升高時，也易發(fā)生火災，因此對旅游區(qū)溫度的監(jiān)測十分重要。

在做獲取旅游區(qū)溫度的測試前，先完成溫度傳感器等硬件設備電氣接線；然后將各協(xié)調(diào)器模塊和上位機相連；最后，配置上位機參數(shù)和控制軟件。上位機軟件參數(shù)設置示意圖如圖7所示。

搭建完成上述實驗環(huán)境并能正常工作后，對協(xié)調(diào)器和終端進行設置操作，即網(wǎng)絡連接。然后開始檢測無線數(shù)據(jù)傳輸：首先選擇測量時間間隔（2 min），然后點擊“查看數(shù)據(jù)”按鈕，監(jiān)測到的實時溫度數(shù)據(jù)會顯示在上位機界面中。傳感器測量溫度值與點溫計測量溫度值的對比如表1所示。

由表1可知，本文研發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對旅游區(qū)溫度數(shù)據(jù)的正確采集，不僅能夠做到實時傳輸，而且在傳輸過程中沒有數(shù)據(jù)丟失，因此可說明該套系統(tǒng)可以連續(xù)穩(wěn)定運行。

5 結 語

物聯(lián)網(wǎng)時代的到來，大大提高了人們的生活水平，越來越多的智能化安保系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了對各大旅游區(qū)設備的遠程監(jiān)控和管理。

本文研發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的旅游區(qū)智能安保系統(tǒng)經(jīng)過實際測試后，不僅能夠穩(wěn)定運行，而且能夠準確監(jiān)控旅游區(qū)人員與環(huán)境變化，為保護廣大游客的生命財產(chǎn)安全提供了現(xiàn)代化的有力保障，具有十分重要的理論和應用價值。

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