高職院校智慧圖書(shū)館監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

潘偉男，鄧水秀，廖躍文，符明

（湖南食品藥品職業(yè)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410208）

1 高職院校智慧圖書(shū)館監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 功能設(shè)計(jì)

針對(duì)高職院校圖書(shū)館區(qū)域的特殊性，在監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中除了要保證基本的監(jiān)控功能以外，還應(yīng)該能對(duì)不同區(qū)域和位置的溫度、濕度等信息進(jìn)行采集和上報(bào)，同時(shí)還應(yīng)該能滿(mǎn)足基本的火災(zāi)報(bào)警需求，因此監(jiān)控系統(tǒng)的整體需求包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)方面，而從功能設(shè)計(jì)的角度來(lái)看具體包括以下幾個(gè)方面的功能設(shè)計(jì)：一是信息的采集分析，這是監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能之一，該功能需要借助一定的傳感器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)傳感器可以實(shí)時(shí)地采集和分析相應(yīng)數(shù)據(jù)。二是信息的傳輸和中轉(zhuǎn)。在傳感器收到相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)后，需要一個(gè)傳輸導(dǎo)體對(duì)于信息進(jìn)行傳送中轉(zhuǎn)。三是要具有信息的存儲(chǔ)和查詢(xún)功能。信息傳輸中轉(zhuǎn)后只有將這些信息進(jìn)行存儲(chǔ)并能夠進(jìn)行后期查詢(xún)，才能更好地發(fā)揮信息價(jià)值。四是要具有信息顯示功能，并具有獨(dú)立的控制界面。五是信息反饋和報(bào)警功能。當(dāng)信息傳輸處理之后，會(huì)根據(jù)不同的信息處理結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警警示[1]。

1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上監(jiān)控系統(tǒng)的基本層次模塊和五個(gè)基本的功能設(shè)計(jì)需求，本次系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路為：監(jiān)控節(jié)點(diǎn)—中間節(jié)點(diǎn)—數(shù)據(jù)傳輸—嵌入式終端—中央服務(wù)器。通過(guò)節(jié)點(diǎn)傳輸至嵌入式終端，最終反饋給中央服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。其中監(jiān)控節(jié)點(diǎn)是信息獲取的主要途徑，信息收集處理后經(jīng)過(guò)中間節(jié)點(diǎn)傳輸至終端系統(tǒng)，終端系統(tǒng)會(huì)完成信息的基本處理和儲(chǔ)存，然后將信息傳送給服務(wù)器，中央服務(wù)器會(huì)根據(jù)信息作出相應(yīng)的信息反饋，工作人員會(huì)根據(jù)信息反饋結(jié)果確定下一步操作。當(dāng)信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，收集信息的傳感器會(huì)將報(bào)警信息依次向上傳輸，最終通過(guò)應(yīng)用層傳遞給控制人員[2]。具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。

首先，數(shù)個(gè)傳感器與一個(gè)終端節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)，多個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)之間可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信。然后，根據(jù)ZigBee網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，在固定區(qū)域內(nèi)，多個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)與一個(gè)中心主節(jié)點(diǎn)（協(xié)調(diào)器）以及一個(gè)嵌入式終端設(shè)備共同構(gòu)成一個(gè)監(jiān)控云團(tuán)，用于監(jiān)控這個(gè)區(qū)域內(nèi)所有的傳感器信息。然后，采用分布式監(jiān)控架構(gòu)，監(jiān)控云團(tuán)覆蓋整個(gè)圖書(shū)館區(qū)域，通過(guò)多個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，攜帶不同種類(lèi)的傳感器，組成多個(gè)監(jiān)控云團(tuán)，以此完成對(duì)高職院校圖書(shū)館內(nèi)溫度、濕度、運(yùn)行狀況、火災(zāi)隱患等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與收集。每個(gè)監(jiān)控云團(tuán)中心有一個(gè)嵌入式系統(tǒng)終端，ZigBee檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)把收集到的不同節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀況，傳送給嵌入式系統(tǒng)終端，然后該終端把接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，解析后的數(shù)據(jù)發(fā)送到本地顯示屏展示給管理人員，并且把收集到的歷史數(shù)據(jù)保存到Sqlite數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，同時(shí)將重要的數(shù)據(jù)反饋到遠(yuǎn)端中央服務(wù)器中，如果具有多個(gè)這樣的監(jiān)控平臺(tái)，遠(yuǎn)端中央服務(wù)器可以實(shí)時(shí)獲取多個(gè)監(jiān)控云數(shù)據(jù)。

2 高職院校智慧圖書(shū)館監(jiān)控系統(tǒng)的分層實(shí)現(xiàn)

2.1 感知層實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，感知層主要分為三個(gè)模塊，分別是溫濕度傳感器、加速度傳感器、煙霧傳感器模塊。第一個(gè)模塊溫濕度傳感器型號(hào)為DHT11，連接該傳感器有三條主要線(xiàn)路，分別對(duì)應(yīng)電源、接地和信號(hào)線(xiàn)，其中信號(hào)線(xiàn)與節(jié)點(diǎn)IO口直接連接即可，同時(shí)傳感器采用單線(xiàn)制串行接口，在對(duì)溫度和濕度進(jìn)行感應(yīng)同時(shí)還可以節(jié)省模塊占用空間。第二個(gè)模塊加速度傳感器型號(hào)為MMA74551，通過(guò)該模快可以實(shí)現(xiàn)基本的運(yùn)動(dòng)功能，同時(shí)也可以采用待機(jī)模式來(lái)降低整體能耗。該模塊的節(jié)點(diǎn)連接方式需要根據(jù)使用方式進(jìn)一步確定。第三個(gè)模塊為煙霧傳感器模塊，其型號(hào)為MQ-2，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)添加一個(gè)比較器并通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)的電阻值即可完成煙霧濃度的報(bào)警值，當(dāng)煙霧濃度到達(dá)一定值時(shí)，就會(huì)將信號(hào)傳出并及時(shí)報(bào)警[3]。

2.2 網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)

該監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層主要通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)STM32W芯片實(shí)現(xiàn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接和系統(tǒng)搭建可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)攝像頭同時(shí)對(duì)圖書(shū)館進(jìn)行監(jiān)控。每一個(gè)監(jiān)控云團(tuán)作為一個(gè)監(jiān)控單位，通過(guò)終端節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)連接，在網(wǎng)絡(luò)通暢下，每一個(gè)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)會(huì)有規(guī)律地實(shí)行監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)控信息出現(xiàn)異常時(shí)會(huì)第一時(shí)間反映在終端節(jié)點(diǎn)處，終端節(jié)點(diǎn)立即發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信息，然后報(bào)警信息會(huì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸傳遞到中心節(jié)點(diǎn)，與中心節(jié)點(diǎn)相連的終端會(huì)接收到報(bào)警信息并即時(shí)處理。網(wǎng)絡(luò)層的實(shí)現(xiàn)需要幾個(gè)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)的支撐和網(wǎng)絡(luò)通暢的保障，同時(shí)也需要專(zhuān)門(mén)的工作人員能夠及時(shí)根據(jù)報(bào)警信息進(jìn)行處理，這樣才可以到達(dá)最終的監(jiān)控目的[4]。

2.3 應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用層是監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，本功能是通過(guò)嵌入式Linus的QT框架實(shí)現(xiàn)。該QT框架主要由三部分組成：第一部分是歡迎和登錄，主要是管理者的登錄界面，而為了保障登錄系統(tǒng)的安全性，在登陸界面具有相應(yīng)的賬號(hào)和密碼模塊，賬號(hào)密碼正確點(diǎn)擊“OK”方可進(jìn)入系統(tǒng)后臺(tái)。第二部分是狀態(tài)概況，主要是系統(tǒng)整體的運(yùn)營(yíng)信息，通過(guò)該部分可以了解系統(tǒng)工作的基本信息和運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)相應(yīng)的點(diǎn)擊按鈕可以進(jìn)一步了解系統(tǒng)各個(gè)模塊的運(yùn)行情況，根據(jù)信息可以判定系統(tǒng)是否正常工作，這是應(yīng)用層的第三部分。另外報(bào)警信息的處理和傳輸也是通過(guò)應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)和論述的高職院校智慧圖書(shū)館監(jiān)控系統(tǒng)僅僅是監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)整體框架和理論指導(dǎo)，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)高職院校圖書(shū)館的不同區(qū)域和樓層實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控，對(duì)于圖書(shū)館的重點(diǎn)館藏進(jìn)行實(shí)時(shí)性監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)直接進(jìn)行處理，不僅減少了館內(nèi)工作人員的日常巡查，也可以提高圖書(shū)館的整體安全性，為圖書(shū)館提供一個(gè)更加安全的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)針對(duì)高職院校智慧圖書(shū)館設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)更加注重人性化和智能化，不僅在設(shè)計(jì)和管理界面上進(jìn)行了人性化的設(shè)計(jì)，并且很多的功能選項(xiàng)更加智能化，安全系數(shù)提高的同時(shí)更利于高職院校智慧圖書(shū)館系統(tǒng)的整體性發(fā)展。

[1]王薇薇.高職院校智慧圖書(shū)館監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2015,15(3):72-76.

[2]周瑋,宋啟祥.基于分布式云計(jì)算的地鐵監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].貴陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2017,12(3):21-24，28.

[3]劉宇.監(jiān)控系統(tǒng)在展館場(chǎng)景中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2017(20):141.

[4]李達(dá).寬帶網(wǎng)多媒體監(jiān)控系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2017(S1):100-102.