基于WIFI技术的高校宿舍安全智能检测系统

周红志 秦 敏 墨子向

(阜阳师范学院信息工程学院，安徽 阜阳 236041)

1.概述

1.1.设计背景

近年来，由于社会对人才的需求量越来越大和社会生活水平的提高，高校学生的数量越来越庞大，这使得生活中存在的安全隐患越来越多，而大学生的安全意识却越来越薄弱。于是，对学生宿舍的安全信息的把握已成为各大高校重要工作之一。

现在，各大高校采取的安全监控主要以摄像头监控为主，这种监控系统虽然能对全局进行把握，但存在着监测面小、资源消耗大、实时性差等缺点。它只能对某个楼层的人员流动进行把握，而对于每个独立的宿舍则显得无能为力，并且对图像数据的存储会消耗大量的资源。摄像头监控对于一些突发状况也很难及时分辩和把握，如宿舍火源、空气成分等无法实时监控，更无法发出警报引起周边宿舍警觉，一旦事故发生，难以及时采取保障措施。

1.2.系统优势

随着嵌入式系统、无线通信等技术的发展，利用不同传感器独立检测特定的安全指标，再通过短距离通信，可以全面、实时地对宿舍安全情况进行监控而不涉及任何学生隐私。面对突发状况也能及时报警，并且能够提供一定的人机交互，最大限度地采取行动进行处理，避免不必要的损失。

该系统应用了嵌入式和无线通信技术，而嵌入式系统和无线通信技术本身高度的灵活性，赋予了系统自由和易拓展性的特点，可以不受复杂线路的控制，即装即用，可根据实际需要轻松增加或减少数量，更可以根据具体学校实际情况而扩展不同的功能。其体积小、功耗低、稳定性高、使用简单、功能全面，真正能够做到遍及每一个宿舍。

2.系统总体设计

本项目组成主要分为主机和从机两大部分，通过组建的网络和服务器进行通信。主机检测宿舍内部的各类信息，并在出现不安全事件时，将分析结果和检测到的数据发送给从机；从机终端所在的后勤管理中心发现突发状况后，可通过从机给主机发送控制命令，达到预处理目的，并立即采取行动去解决事故。

2.1.主机部分

主要由各类传感器、MCU最小系统、WIFI模块、天线和扬声器等电路构成。传感器节点实时检测宿舍安全信息，MCU通过分析各节点的数据，当发现宿舍有不安全状况出现时，立即自动控制WIFI模块通过无线串口向监控人员的目标终端发送信息，另一方面激活扬声器电路，向周围宿舍发出报警信息。（如下图）

2.1.1.传感器电路

主要由温度传感器、气体传感器、火焰传感器等组成，传感器将其感受到的信息，如宿舍的实时温度、火焰辐射强度、气体体积分数等情况，按一定规律变换成为电信号后输入到MCU，即各个传感器各自的终端节点中，以供MCU分析数据并采取控制。

2.1.2.微控制单元

MCU连续地接收传感器节点传来的电信号，通过内部的A/D(模拟量/数字量)转换模块将模拟电信号按照一定的分辨率转换为控制单元可处理的数字信号。当数值超过程序中经过动态算法预设定的正常值时，则认为宿舍出现不安全状况。此时，MCU发现电路硬件故障时，会立即激活WIFI模块将宿舍各项检测信息发送给目标终端节点，并激活扬声器电路，对周围宿舍发出警报。

当MCU接收到WIFI模块输入的来自监控中心的回应消息后，立即执行相应的任务。如：由于传感器失灵误报，监控中心发出关闭警报信息，MCU则根据指示取消休眠扬声器电路。

由于微控制单元的功能越来越强大，使系统具有高度的可扩展性，给系统提供了一个很大的升级空间。如扩展摄像头组，当事故发生时激活摄像头，将采像信息传给管理中心，可以更准确地辨别和应对突发状况。

2.1.3.无线传输模块

模块的串行口使用异步传输标准接口，使用MAX3232芯片可以实现向TTL电平的转化。在模块的自动工作模式下，串口始终工作在透明数据传输状态，把来自控制单元的数据，通过服务器转发，点对点传送给终端设备。

其组网方式为：系统硬件电路搭建完毕后，无线设备第一次上电时，设定好特定的无线网络参数以及必须的TCP/UDP连接参数，即可自动连接到指定的无线路由器，进入到预设的网络和服务器，服务器再与目标终端连接。（如下图）

网络组建完成后，进入自动工作模式，在微控制单元的协调下进行串口的无线透明的数据收发。当MCU对各个传感器输入的数据未检测到异常情况时，无线模块处于休眠状态，不产生任何数据流量；一旦MCU分析出异常，无线模块立即被激活，将危险信息经过服务器转发到后勤管理中心的监控设备，并等待并接收从机传来的控制指令，使系统根据指令及时对突发事故做出反应。

2.2.从机部分(Android上位机)

基于Android系统终端(平板电脑或PC端Android虚拟机)，运行软件版本要求Android2.3以上，即可使用上位机软件完成来自服务器数据的检测、分析和存储等。

2.2.1.Android系统的特性

Android系统是当代一种移动平台的灵魂，从系统本身来说，它基于Linux内核并且绝对开源，是针对移动设备而设计。移动设备对互联网的联系越来越紧密，这使得Android系统的移动互联优势日益增强，且从机的检测可以脱离监控中心而无处不在，直接满足了本系统的灵活性要求。即使在非工作时间，也能保证警报信息的及时传达。

Android设备的发展很快，其硬件配置已经达到媲美个人计算机的程度，保证了本系统运行在此平台上的稳定性。

2.2.2.系统上位机程序

上位机软件主要使用JAVA语言在Eclipse集成开发环境下编写出来。主要工作是驱动设备内置的WIFI模块，使设备连接到特定的网络，接收服务器端传来的对应宿舍的位置信息和监测信息，并将这些数据使用图表等直观方式分类动态地显示在屏幕上来进行监控，并将数据保存成本地日志。同时驱动设备的扬声器，提醒工作人员，在学生宿舍出现了异常情况，需要立即采取行动。（如下图）

工作人员可以通过上位机向事故发生宿舍发送控制命令，通过服务器找到对应物理地址的无线模块，将控制信息经过WIFI模块反馈给MCU，实现对MCU外围扩展功能的远程操作，如对扬声器喊话内容的选择，从而及时有效地对现场进行控制，完成无线串口传输过程的全双工通信。

3.系统功能说明

3.1.智能实时监测与警报

系统组装完毕后，即进入自动工作模式，智能实时检测安全隐患，发生事故将直接启动扬声器警报。即使在安全意识最薄弱的夜间，也能有效地将危险扼杀在萌芽。

3.2.移动远程管理与控制

管理员可通过基于Android系统的上位机，直接连接到服务器端，随时对危险信息进行回应和处理，而不仅仅是在管理中心办公室。同时，对系统的扩展电路可直接发出控制指令，远程遥控进行执行所需操作。

3.3.集中部署管理

管理员的监控设备上对整个宿舍区的安全状况统一管理，将所有宿舍传感器的感应信息同步保存成文本日志，却不需要对各个宿舍所有时刻的所有信息进行监听，只有危险发生时，才会接收到数据并进行检测与警报。根据传来的物理地址，直接定位到对应宿舍。根据不同的状况采取行之有效的行动。节约人力物力，操作科学有效。

4.结束语

该系统综合采用现阶段热门技术，有效地在不侵犯入住学生隐私的情况下，对每个宿舍独立进行实时监控，保证他们的人身和财产安全。该系统灵活度高、功耗低、扩展性强、实时全面报警监控等特点弥补了当代高校宿舍安全的空缺。然而该系统对监控人员的应对异常情况的控制方式有很大的局限性，系统的扩展功能单一，因此需要对该系统的硬件电路进一步扩充和改进，使系统更加完善。

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