基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能保險(xiǎn)箱安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

石陽陽

摘要：提出一種C/S框架的系統(tǒng)，這一安防系統(tǒng)由多個(gè)成分所構(gòu)成，例如客戶端以及監(jiān)測(cè)設(shè)備，達(dá)到了安防監(jiān)測(cè)功能的目的，同時(shí)采用重發(fā)算法，以便能夠降低丟包率。通過研究得知，這一系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，且存在著一系列優(yōu)點(diǎn)，即系統(tǒng)可靠、能夠糾正丟幀等，有著較為理想的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：安防系統(tǒng);報(bào)警傳感器;保險(xiǎn)箱;GPRS技術(shù);無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

引言：對(duì)于保險(xiǎn)箱安防系統(tǒng)來講，需要具備下述特點(diǎn)：功耗不高，能夠采集數(shù)據(jù)等，另外，在發(fā)出警報(bào)信息的同時(shí)，可以對(duì)狀態(tài)進(jìn)行追蹤。保險(xiǎn)箱如果發(fā)生異常，能夠及時(shí)告知用戶。通過安防系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)可以提供一系列查詢方式，如客戶端，以便能夠隨時(shí)了解保險(xiǎn)箱動(dòng)態(tài)?；诖?，為實(shí)現(xiàn)上述功能，基于系統(tǒng)，不但引入GPRS以及GPS技術(shù)，還應(yīng)當(dāng)融入報(bào)警傳感器。除此之外，應(yīng)當(dāng)引進(jìn)一系列用戶功能，比如客戶端。

1.安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能分析

（1）前端監(jiān)測(cè)設(shè)備。報(bào)警模塊：通過短信，把信息發(fā)送到手機(jī)，在客戶端，實(shí)行推送的方法，來提示用戶。監(jiān)測(cè)模塊：其中包含一系列傳感器，例如震動(dòng)。采集模塊：借助廣角攝像頭，在采集完圖像之后，發(fā)到相關(guān)的服務(wù)器。傳輸模塊：借助GPRS模塊，把全部數(shù)據(jù)輸送到網(wǎng)關(guān)。（2）服務(wù)器網(wǎng)關(guān)：通過接入公網(wǎng)的服務(wù)器，收發(fā)以及保存全部中間數(shù)據(jù)[1]。（3）手機(jī)運(yùn)用：借助客戶端，可以查詢到系統(tǒng)狀態(tài)以及信息。站在應(yīng)用的角度，來區(qū)分以及設(shè)置模塊、功能，屬于一個(gè)整體，彼此間存在著很大的聯(lián)系，當(dāng)觸發(fā)某功能時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過一系列模塊來開展協(xié)同作業(yè)。

2.硬件系統(tǒng)介紹

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含多個(gè)部分，對(duì)于前端監(jiān)測(cè)，可以對(duì)異常變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時(shí)，借助網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)送至網(wǎng)關(guān)，同時(shí)以預(yù)警的形式，來提醒用戶。如果這個(gè)時(shí)候節(jié)點(diǎn)被移動(dòng)，還會(huì)開展跟蹤。網(wǎng)關(guān)包括多個(gè)部分，例如數(shù)據(jù)保存以及挖掘等。在用戶終端中，有著多個(gè)平臺(tái)，例如定位以及訪問平臺(tái)。預(yù)警平臺(tái)：采取短信的方式，把異常告知用戶;訪問平臺(tái)：借助手機(jī)，對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪問，同時(shí)獲得相關(guān)信息。通過手機(jī)定位，可以定位保險(xiǎn)箱，且掌握其狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。（2）節(jié)點(diǎn)功能。核心功能有：通過傳感器掌握異常，借助GPRS模塊傳送信息，基于GPS模塊，獲得相應(yīng)的位置，利用一系列設(shè)備，獲取圖像以及數(shù)據(jù)，例如攝像頭[2]。（3）數(shù)據(jù)流向。當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)任務(wù)有：獲得信息、傳送心跳幀等，保證在線，且查詢最新位置。在觸發(fā)模塊之后，把警報(bào)信息輸送到后臺(tái)，且第一時(shí)間告知用戶異常。

3.軟件實(shí)現(xiàn)與改進(jìn)

3.1節(jié)點(diǎn)軟件實(shí)現(xiàn)

（1）任務(wù)設(shè)計(jì)?；趯?duì)單片機(jī)的考慮，并結(jié)合系統(tǒng)的要求，針對(duì)uC/OS-Ⅱ，將其看成操作系統(tǒng)，最大程度科學(xué)分配任務(wù)進(jìn)程。在系統(tǒng)初始化結(jié)束之后，會(huì)終止全部進(jìn)程，接下來，釋放有關(guān)內(nèi)存。系統(tǒng)僅保存一些進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)一系列功能，例如數(shù)據(jù)接收。進(jìn)程之外的進(jìn)程，通過中斷的形式，來開展搶占。（2）接收中斷的實(shí)現(xiàn)。在整個(gè)系統(tǒng)中，存在著多個(gè)接收中斷?；趯?duì)拓展性以及功能的分析，流程差不多類似。站在系統(tǒng)角度來分析，可將任務(wù)看成數(shù)據(jù)接口：通過串口獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)借助信號(hào)量，傳送至別的進(jìn)程。故而進(jìn)程運(yùn)行，對(duì)以下任務(wù)開展初始化，也就是緩沖區(qū)以及超時(shí)任務(wù)。前者工作：在中斷進(jìn)入時(shí)，讀入字符，保存于緩沖區(qū);后者工作：在獲取字符之后，如果在兩毫秒內(nèi)，未進(jìn)入字符，則把之前的字符傳遞到信號(hào)量。（3）拍照功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)選擇黑白攝像頭，能夠看成照相機(jī)，被運(yùn)用于系統(tǒng)，獲取相應(yīng)的單幀圖像，在轉(zhuǎn)換成JPEG格式之后，借助串口的作用，傳送至主控設(shè)備?；趯?duì)系統(tǒng)性能的考慮，對(duì)于接收的數(shù)據(jù)包，都進(jìn)行再次打包處理，在通過校驗(yàn)位之后，傳送到服務(wù)器。通過這樣的方式，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)頭尾的解析，進(jìn)而能夠防止混淆。

3.2節(jié)點(diǎn)軟件調(diào)優(yōu)

（1）模式的選取。此模塊存在多種發(fā)送模式，基于命令模式，能夠?qū)γ钸M(jìn)行解析，同時(shí)發(fā)送信息。透明模式：可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，既包含數(shù)據(jù)，也包括AT命令。一般情況下，會(huì)借助命令模式，來開展配置等，不過在這一模式下，會(huì)由于碰上一些特殊位，進(jìn)而終止，故而基于這一模式，難以傳輸16進(jìn)制數(shù)據(jù)。另一方面，如果考慮透明模式，則難以對(duì)短信進(jìn)行解析，為更好處理該問題，選用混合模式。當(dāng)初始化時(shí)，處于命令模式，用來對(duì)配置短信進(jìn)行處理。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，處于透明模式，采取16進(jìn)制格式，進(jìn)一步來傳輸數(shù)據(jù)，在結(jié)束之后，回至該模式繼續(xù)等待。使用混合模式之后，不但可以處理AT命令，也能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。相較于使用之前，極大提升了發(fā)送效率，同時(shí)減少了丟幀率。

（2）丟幀的處理。此系統(tǒng)中，因?yàn)檫x擇MSP43O，所以無法把整張圖儲(chǔ)存于FLASH?；诖耍ㄟ^窗口協(xié)議原理，來達(dá)到一些重發(fā)機(jī)制。將窗口大小設(shè)成3，獲取數(shù)據(jù)包之后，發(fā)送ACK，則表示有效完成接收。在既定時(shí)間內(nèi)，若未收到，則再次發(fā)送數(shù)據(jù)包。在成功接收之后，開展下次發(fā)送。丟幀之后的校正?；诜?wù)器，進(jìn)一步來實(shí)現(xiàn)這一部分算法，流程如下：對(duì)圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以形成BMP圖像，同時(shí)獲取相應(yīng)的縮略圖[1]。接下來，通過膨脹算法，對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。最終對(duì)于空白處，通過放大縮略圖，從而來實(shí)現(xiàn)填充。在有效應(yīng)用這一算法的基礎(chǔ)上，可以對(duì)丟幀圖像進(jìn)行糾正。

3.3客戶端實(shí)現(xiàn)

（1）相關(guān)介紹。iOS幾乎類似于操作系統(tǒng)，主要基于Dar-win，是一種商業(yè)操作系統(tǒng)?？蓪OS架構(gòu)分成多層，例如Media層。對(duì)于Cocoa Touch層：能夠支持系統(tǒng)行為，能夠減少工作量。Media層：其中既包括音頻，也包含圖形。在iOS開發(fā)過程中，應(yīng)當(dāng)借助C語言，屬于一種編程語言。（2）iOS客戶端設(shè)計(jì)。對(duì)于移動(dòng)客戶端，其可以實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能，例如圖片以及位置的查詢。在符合基本需求的同時(shí)，也存在著較好的可移植性。通過客戶端架構(gòu)，來開展設(shè)置，借助相關(guān)協(xié)議以及服務(wù)器，例如HTTP，從而達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的。在觸發(fā)模塊之后，會(huì)把信息輸送到服務(wù)器。這個(gè)時(shí)候，向用戶提示信息。如果查看客戶端，能夠查詢當(dāng)前全部信息，則便于更好管理保險(xiǎn)箱。并且通過查詢以及拍照功能，可以掌握其實(shí)時(shí)狀態(tài)。（3）客戶端實(shí)現(xiàn)。①和服務(wù)器交互。對(duì)于通信數(shù)據(jù)格式，實(shí)施XML格式，借助HTTP協(xié)議，并且采用SOAP方式，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。②地圖定位。進(jìn)到地圖頁面之后，通過訪問服務(wù)器，獲取相應(yīng)的位置坐標(biāo)，同時(shí)開展校對(duì)，在此之后，標(biāo)注于地圖。如果保險(xiǎn)箱丟失，難以辨別陌生地點(diǎn)，可以采用多種方式，來查看地圖，例如衛(wèi)星。載進(jìn)地圖后，對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)信息進(jìn)行調(diào)用，以掌握所處位置的信息，有助于找到設(shè)備位置。

結(jié)論：針對(duì)WSN安防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)其功能開展分析，在設(shè)置和硬件、軟件實(shí)現(xiàn)之后，研究出C/S框架的系統(tǒng)。硬件主要基于MSP430，有效融合了多媒體技術(shù)，存在著一系列特點(diǎn)，即：可靠性理想、信息健全等。通過這一套系統(tǒng)，可為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，可以采取多種方式，例如短信，來開展查詢以及追蹤。

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