周紅志 秦 敏 墨子向
(阜陽師范學院信息工程學院,安徽 阜陽 236041)
近年來,由于社會對人才的需求量越來越大和社會生活水平的提高,高校學生的數(shù)量越來越龐大,這使得生活中存在的安全隱患越來越多,而大學生的安全意識卻越來越薄弱。于是,對學生宿舍的安全信息的把握已成為各大高校重要工作之一。
現(xiàn)在,各大高校采取的安全監(jiān)控主要以攝像頭監(jiān)控為主,這種監(jiān)控系統(tǒng)雖然能對全局進行把握,但存在著監(jiān)測面小、資源消耗大、實時性差等缺點。它只能對某個樓層的人員流動進行把握,而對于每個獨立的宿舍則顯得無能為力,并且對圖像數(shù)據(jù)的存儲會消耗大量的資源。攝像頭監(jiān)控對于一些突發(fā)狀況也很難及時分辯和把握,如宿舍火源、空氣成分等無法實時監(jiān)控,更無法發(fā)出警報引起周邊宿舍警覺,一旦事故發(fā)生,難以及時采取保障措施。
隨著嵌入式系統(tǒng)、無線通信等技術(shù)的發(fā)展,利用不同傳感器獨立檢測特定的安全指標,再通過短距離通信,可以全面、實時地對宿舍安全情況進行監(jiān)控而不涉及任何學生隱私。面對突發(fā)狀況也能及時報警,并且能夠提供一定的人機交互,最大限度地采取行動進行處理,避免不必要的損失。
該系統(tǒng)應(yīng)用了嵌入式和無線通信技術(shù),而嵌入式系統(tǒng)和無線通信技術(shù)本身高度的靈活性,賦予了系統(tǒng)自由和易拓展性的特點,可以不受復雜線路的控制,即裝即用,可根據(jù)實際需要輕松增加或減少數(shù)量,更可以根據(jù)具體學校實際情況而擴展不同的功能。其體積小、功耗低、穩(wěn)定性高、使用簡單、功能全面,真正能夠做到遍及每一個宿舍。
本項目組成主要分為主機和從機兩大部分,通過組建的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器進行通信。主機檢測宿舍內(nèi)部的各類信息,并在出現(xiàn)不安全事件時,將分析結(jié)果和檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給從機;從機終端所在的后勤管理中心發(fā)現(xiàn)突發(fā)狀況后,可通過從機給主機發(fā)送控制命令,達到預處理目的,并立即采取行動去解決事故。
主要由各類傳感器、MCU最小系統(tǒng)、WIFI模塊、天線和揚聲器等電路構(gòu)成。傳感器節(jié)點實時檢測宿舍安全信息,MCU通過分析各節(jié)點的數(shù)據(jù),當發(fā)現(xiàn)宿舍有不安全狀況出現(xiàn)時,立即自動控制WIFI模塊通過無線串口向監(jiān)控人員的目標終端發(fā)送信息,另一方面激活揚聲器電路,向周圍宿舍發(fā)出報警信息。(如下圖)
2.1.1.傳感器電路
主要由溫度傳感器、氣體傳感器、火焰?zhèn)鞲衅鞯冉M成,傳感器將其感受到的信息,如宿舍的實時溫度、火焰輻射強度、氣體體積分數(shù)等情況,按一定規(guī)律變換成為電信號后輸入到MCU,即各個傳感器各自的終端節(jié)點中,以供MCU分析數(shù)據(jù)并采取控制。
2.1.2.微控制單元
MCU連續(xù)地接收傳感器節(jié)點傳來的電信號,通過內(nèi)部的A/D(模擬量/數(shù)字量)轉(zhuǎn)換模塊將模擬電信號按照一定的分辨率轉(zhuǎn)換為控制單元可處理的數(shù)字信號。當數(shù)值超過程序中經(jīng)過動態(tài)算法預設(shè)定的正常值時,則認為宿舍出現(xiàn)不安全狀況。此時,MCU發(fā)現(xiàn)電路硬件故障時,會立即激活WIFI模塊將宿舍各項檢測信息發(fā)送給目標終端節(jié)點,并激活揚聲器電路,對周圍宿舍發(fā)出警報。
當MCU接收到WIFI模塊輸入的來自監(jiān)控中心的回應(yīng)消息后,立即執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。如:由于傳感器失靈誤報,監(jiān)控中心發(fā)出關(guān)閉警報信息,MCU則根據(jù)指示取消休眠揚聲器電路。
由于微控制單元的功能越來越強大,使系統(tǒng)具有高度的可擴展性,給系統(tǒng)提供了一個很大的升級空間。如擴展攝像頭組,當事故發(fā)生時激活攝像頭,將采像信息傳給管理中心,可以更準確地辨別和應(yīng)對突發(fā)狀況。
2.1.3.無線傳輸模塊
模塊的串行口使用異步傳輸標準接口,使用MAX3232芯片可以實現(xiàn)向TTL電平的轉(zhuǎn)化。在模塊的自動工作模式下,串口始終工作在透明數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài),把來自控制單元的數(shù)據(jù),通過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā),點對點傳送給終端設(shè)備。
其組網(wǎng)方式為:系統(tǒng)硬件電路搭建完畢后,無線設(shè)備第一次上電時,設(shè)定好特定的無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以及必須的TCP/UDP連接參數(shù),即可自動連接到指定的無線路由器,進入到預設(shè)的網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器,服務(wù)器再與目標終端連接。(如下圖)
網(wǎng)絡(luò)組建完成后,進入自動工作模式,在微控制單元的協(xié)調(diào)下進行串口的無線透明的數(shù)據(jù)收發(fā)。當MCU對各個傳感器輸入的數(shù)據(jù)未檢測到異常情況時,無線模塊處于休眠狀態(tài),不產(chǎn)生任何數(shù)據(jù)流量;一旦MCU分析出異常,無線模塊立即被激活,將危險信息經(jīng)過服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到后勤管理中心的監(jiān)控設(shè)備,并等待并接收從機傳來的控制指令,使系統(tǒng)根據(jù)指令及時對突發(fā)事故做出反應(yīng)。
基于Android系統(tǒng)終端(平板電腦或PC端Android虛擬機),運行軟件版本要求Android2.3以上,即可使用上位機軟件完成來自服務(wù)器數(shù)據(jù)的檢測、分析和存儲等。
2.2.1.Android系統(tǒng)的特性
Android系統(tǒng)是當代一種移動平臺的靈魂,從系統(tǒng)本身來說,它基于Linux內(nèi)核并且絕對開源,是針對移動設(shè)備而設(shè)計。移動設(shè)備對互聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)系越來越緊密,這使得Android系統(tǒng)的移動互聯(lián)優(yōu)勢日益增強,且從機的檢測可以脫離監(jiān)控中心而無處不在,直接滿足了本系統(tǒng)的靈活性要求。即使在非工作時間,也能保證警報信息的及時傳達。
Android設(shè)備的發(fā)展很快,其硬件配置已經(jīng)達到媲美個人計算機的程度,保證了本系統(tǒng)運行在此平臺上的穩(wěn)定性。
2.2.2.系統(tǒng)上位機程序
上位機軟件主要使用JAVA語言在Eclipse集成開發(fā)環(huán)境下編寫出來。主要工作是驅(qū)動設(shè)備內(nèi)置的WIFI模塊,使設(shè)備連接到特定的網(wǎng)絡(luò),接收服務(wù)器端傳來的對應(yīng)宿舍的位置信息和監(jiān)測信息,并將這些數(shù)據(jù)使用圖表等直觀方式分類動態(tài)地顯示在屏幕上來進行監(jiān)控,并將數(shù)據(jù)保存成本地日志。同時驅(qū)動設(shè)備的揚聲器,提醒工作人員,在學生宿舍出現(xiàn)了異常情況,需要立即采取行動。(如下圖)
工作人員可以通過上位機向事故發(fā)生宿舍發(fā)送控制命令,通過服務(wù)器找到對應(yīng)物理地址的無線模塊,將控制信息經(jīng)過WIFI模塊反饋給MCU,實現(xiàn)對MCU外圍擴展功能的遠程操作,如對揚聲器喊話內(nèi)容的選擇,從而及時有效地對現(xiàn)場進行控制,完成無線串口傳輸過程的全雙工通信。
系統(tǒng)組裝完畢后,即進入自動工作模式,智能實時檢測安全隱患,發(fā)生事故將直接啟動揚聲器警報。即使在安全意識最薄弱的夜間,也能有效地將危險扼殺在萌芽。
管理員可通過基于Android系統(tǒng)的上位機,直接連接到服務(wù)器端,隨時對危險信息進行回應(yīng)和處理,而不僅僅是在管理中心辦公室。同時,對系統(tǒng)的擴展電路可直接發(fā)出控制指令,遠程遙控進行執(zhí)行所需操作。
管理員的監(jiān)控設(shè)備上對整個宿舍區(qū)的安全狀況統(tǒng)一管理,將所有宿舍傳感器的感應(yīng)信息同步保存成文本日志,卻不需要對各個宿舍所有時刻的所有信息進行監(jiān)聽,只有危險發(fā)生時,才會接收到數(shù)據(jù)并進行檢測與警報。根據(jù)傳來的物理地址,直接定位到對應(yīng)宿舍。根據(jù)不同的狀況采取行之有效的行動。節(jié)約人力物力,操作科學有效。
該系統(tǒng)綜合采用現(xiàn)階段熱門技術(shù),有效地在不侵犯入住學生隱私的情況下,對每個宿舍獨立進行實時監(jiān)控,保證他們的人身和財產(chǎn)安全。該系統(tǒng)靈活度高、功耗低、擴展性強、實時全面報警監(jiān)控等特點彌補了當代高校宿舍安全的空缺。然而該系統(tǒng)對監(jiān)控人員的應(yīng)對異常情況的控制方式有很大的局限性,系統(tǒng)的擴展功能單一,因此需要對該系統(tǒng)的硬件電路進一步擴充和改進,使系統(tǒng)更加完善。
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