學(xué)生公寓寢室防盜系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

四川省通信學(xué)會成都理工大學(xué)學(xué)生分會 劉文欽 嚴 欣 王亦君 羅 粟 李樹丹

1.引言

學(xué)生公寓物品失竊時常發(fā)生，即使采取了許多措施，如增加防護欄、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)級防盜系統(tǒng)，無疑會增加大量開支；而攝像頭實時監(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)生公寓安防的實際需要，我們設(shè)計了這個寢室防盜系統(tǒng)，基于紅外感應(yīng)的探頭，不會侵犯同學(xué)隱私，而且成本低廉，通過現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)線路即可完成信號傳輸，不需額外投入布線成本。

2.設(shè)計思路

針對傳統(tǒng)防盜預(yù)警系統(tǒng)的缺陷和學(xué)生公寓特點，提出以“及時報警”、“方便管理員監(jiān)控”的設(shè)計理念。同時要求該系統(tǒng)要滿足性價比較高、實用性強、性能穩(wěn)定、操作簡單。

結(jié)合公寓防盜實際需求，設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)有功能：系統(tǒng)上電初始化時，通過紅外遙控器把電話號碼存儲在GSM內(nèi)部的EEPROM中。菲涅爾鏡監(jiān)測紅外信號，當(dāng)有人體紅外觸發(fā)菲涅爾鏡時，51單片機檢測到外部中斷請求，立刻現(xiàn)場報警，通過GSM給宿舍成員發(fā)送短信，同時給公寓管理員終端發(fā)送報警消息。假如內(nèi)部人員不小心誤觸發(fā)系統(tǒng)報警，可以通過紅外遙控器公寓管理員發(fā)送誤報消息，并使系統(tǒng)復(fù)位。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及各模塊設(shè)計

寢室防盜系統(tǒng)主要包括三個部分：寢室監(jiān)測終端、樓層信號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)測終端由紅外傳感器模塊、GSM模塊、單片機控制模塊組成；樓層信號傳輸端則主要是以太網(wǎng)接口，負責(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)庫兩部分組成。

3.1 寢室監(jiān)測終端

寢室監(jiān)測終端主要包括51單片機、菲涅耳鏡和紅外遙控器、繼電器等器件，紅外監(jiān)測模塊安裝在寢室門上面。終端接收到紅外異常信息后，立刻現(xiàn)場響鈴報警，發(fā)送短信給室長，同時通過樓層信號傳輸線路上傳數(shù)據(jù)給管理員服務(wù)端。另外，當(dāng)報警信號發(fā)送后30秒內(nèi)，是誤報監(jiān)聽時間，在這段時間內(nèi)，監(jiān)測終端會忽略紅外模塊的信號，轉(zhuǎn)而監(jiān)測紅外遙控是否發(fā)送誤報信息，如果紅外遙控器發(fā)送誤報信息，則監(jiān)測終端向信號傳輸端發(fā)送誤報信息，并通過GSM發(fā)送短信給室長提示誤報。

3.1.1 MCU選取方案

51單片機對于該模塊來說端口足夠使用，價格便宜，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

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

3.1.3 GSM模塊

采用GTM900無線模塊，它是一款三頻段GSM/GPRS無線模塊。其短消息業(yè)務(wù)模式支持TEXT和PDU。通過51單片機串口對GSM發(fā)送AT命令，即可實現(xiàn)發(fā)送PDU短信功能。手機號碼需事先通過紅外遙控器設(shè)置。

3.1.4 單片機控制模塊

單片機控制模塊主要是通過編程實現(xiàn)紅外線遙控器對菲尼爾鏡工作狀態(tài)的控制、誤報解除、設(shè)置手機號碼等功能；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 樓層信號傳輸端

每個樓層信號傳輸端可連接若干個寢室監(jiān)測終端，信號傳輸端則通過網(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)議棧便于編程開發(fā)、價格較低等特點。樓層信號傳輸端能定義每一個I/O口對應(yīng)的寢室號。

3.2.1 PIC以太網(wǎng)模塊

工作在PIC單片機上的嵌入式TCP協(xié)議棧是其核心程序。這個模塊符合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)部實現(xiàn)了一些數(shù)據(jù)包過濾機制，用于限制傳入的數(shù)據(jù)包。并提供了一個用于實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)吞吐的內(nèi)置DMA模塊，以及硬件IP校驗和計算。

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)測終端，并與之共地，當(dāng)寢室監(jiān)測終端有異常發(fā)現(xiàn)后，會在信號線產(chǎn)生一個持續(xù)一段時間的高電平，信號傳輸端接收到此信號后會將相應(yīng)的寢室號通過TCP發(fā)送給服務(wù)端。由服務(wù)端記錄進數(shù)據(jù)庫。

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

3.3 管理員服務(wù)端

管理員服務(wù)端界面用C#/.NET編寫（如圖2所示），并采用Microsoft Sql Server存儲異常記錄。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，程序會開啟一個委托線程負責(zé)監(jiān)聽TCP數(shù)據(jù)，當(dāng)接受到來自監(jiān)測終端的信號，以太網(wǎng)模塊將信息通過TCP上傳至管理員服務(wù)端，服務(wù)端會記錄和處理這些異常數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)谝淮谓邮盏綀缶瘮?shù)據(jù)時，立刻發(fā)出報警響鈴，同時界面的綠燈變紅發(fā)出警報；當(dāng)在30秒內(nèi)接收到相同警報信息時，說明是誤報記錄，系統(tǒng)自動清除報警響鈴和紅燈警報，并標(biāo)記報警數(shù)據(jù)為誤報。

圖2 管理員服務(wù)端界面

4.總結(jié)

該防盜報警系統(tǒng)主要有以下特點：

(1)遙控器控制系統(tǒng)；

(2)用戶可以自己設(shè)置報警短信電話號碼，系統(tǒng)具有掉電保護功能；

(3)樓管終端具備多管理員登陸和密碼保護功能；

(4)具有誤報消息處理功能；

(5)可以實現(xiàn)現(xiàn)場報警、短信報警、管理員終端報警三路報警模式；

(6)能實現(xiàn)對整幢宿舍樓進行統(tǒng)一監(jiān)督和管理；

(7)功能擴展方便；

(8)便于移植。

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

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