基于物联网的高校宿舍安全智能监控系统

本文针对高校宿舍中主要存在的安全隐患，分析了现有监控模式的缺点，使用物联网技术，设计了一套可以对学生宿舍安全进行实时监控的智能管理系统，充分使用了传感器技术，综合使用温度传感器、烟雾传感器、红外传感器、电压电流传感器、RFID读卡器对火灾、盗窃、违章使用大功率电器以及夜不归宿等主要隐患进行及时预警，同时融合使用了ZigBee、GPRS两种无线通信技术进行组网，提升了网络的灵活性和稳定性，实现了高校宿舍管理的智能化，有效保障了高校宿舍中学生的人身财产安全。

【关键词】物联网 传感器 CC2530 ZigBee 宿舍安全 智能监控

随着高等教育的普及，在校大学生数量大幅增加，宿舍是大学生学习生活的重要场所，宿舍安全关系到学生的生命财产安全，当前主要的安全问题集中在火灾隐患、偷盗失窃和夜不归宿三个方面，其中火灾主要是因为在宿舍抽烟和违章使用大功率电器造成。

目前各高校普遍采用宿舍管理员、楼道视频监控以及不定期抽查相结合的宿舍监管模式，这种模式无法及时发现宿舍内部火灾隐患，也无法有效地避免盗窃情况的发生，人工查寝不仅效率低下，也无法对学生的在校情况进行全程监控。传统的监控系统多采用有线方式，综合布线复杂，建设维护成本高，可扩展性差，因此采用无线通信方式的监控系统已成为发展趋势。

本文基于物联网技术设计了一套宿舍安全智能无线监控系统，无需综合布线，可以根据实际需要快速增减节点，能够对火灾隐患、贵重物品出入、学生到寝情况进行全天候在线监测，一旦发现险情立即預警，将事故消除在萌芽状态，确保学生的在校安全。

1 系统总体设计

本系统融合使用无线通信技术和传感器技术，系统架构由5部分组成，监测节点负责宿舍环境数据、人员及贵重物品出入信息的采集，检测到警情则触发声光报警，并将采集的数据通过ZigBee无线通信方式发送给汇聚节点。汇聚节点对多个不同监测节点发送过来的数据进行汇总，经过重新封装，再以ZigBee无线通信方式转发给协调器节点。协调器节点汇总各汇聚节点传输的数据，并通过GPRS无线通信方式发往管理服务器。管理服务器存储分析采集到的各项数据，提供历史数据查询功能，分析到警情信号时则更新Web显示界面，并向移动终端发送警情提示，便于宿舍管理人员和学生第一时间发现险情，及时采取措施进行处置。PC机和移动终端可以随时访问服务器查询各监测节点数据，确定险情位置和类型，实现快速应对将损失降至最低。系统架构框如图1所示。

2 硬件设计

本系统硬件设计使用模块化设计思想，保证各模块间的独立性，便于根据实际使用情况进行系统的扩展与改进。在数据传输上融合使用了ZigBee和GPRS两种无线通信方式，保证数据传输的可靠性。

2.1 监测节点

监测节点采用ZigBee标准设计，ZigBee技术具有成本低、功耗小、设备稳定可靠等优点。硬件设计采用TI公司的CC2530芯片，该芯片上集成了RF前端、内存和微处理器，外接多个传感器、液晶显示模块、声光报警模块以及键盘模块。各传感器监测的宿舍数据及报警信息通过ZigBee无线传输方式发送至汇聚节点。

DS18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器用于采集宿舍内的温度、烟雾浓度数据，用于火灾预警。HC-SR501红外传感器用于宿舍人员进出监测，当有非法入侵时触发报警信号，同时具有宿舍内人员数量监测功能，能够及时发现夜不归宿学生。电压电流监测模块用于采集用电数据，如果电压、电流值超出设定的阈值，则触发报警并自动切断电源，消除宿舍内违章使用大功率电器带来的隐患。RFID模块用于监测贵重物品的出入，为每位学生配备一张嵌有RFID标签的一卡通，作为学生的身份标识，在贵重物品内部安装RFID软标签，RFID 芯片里存储物品归属人信息，在宿舍门口安装RFID无线读卡器，贵重物品出门时，读卡器读取物品内置RFID标签中的归属人信息和携带人员一卡通RFID标签中的身份信息，上传至服务器进行比对，两者一致予以放行，不一致则触发报警信息，预防盗窃事件发生。显示模块用于显示监测到的各项数据、查询信息以及报警信息。声光报警模块在出现警情信号时发出报警，通过键盘输入密码可以撤销报警。监测节点硬件结构如图2所示。

2.2 汇聚节点

汇聚节点通过ZigBee无线方式接收多个监测节点发送来的数据，经汇总封装，再以ZigBee无线方式发送至协调器节点，汇聚节点在网络中主要起到延伸信号覆盖范围的作用。

2.3 协调器节点

协调器创建ZigBee网络并实现内部网络节点间的通信连接，协调器通过ZigBee方式接收各汇聚节点发送来的数据，经过汇总重新封装，以GPRS无线方式发送至管理服务器，GPRS使用移动运营商网络，具有传输距离远、工作性能稳定等优点。协调器节点硬件结构如图3所示。

3 软件设计

软件设计也采用模块化设计方法，各模块间相互独立，结构清晰明了，也使得各模块间通信独立，互不影响。监测节点的软件设计主要包括数据采集、数据传输、报警触发；汇聚节点的软件设计主要包括数据的汇总转发；协调器节点的软件设计主要包括网络的创建管理、监测节点与管理服务器间的双向数据传输；管理服务器的软件设计主要包括数据的存储分析、查询显示，发现警情时向PC及手机触发报警提示信息。流程图如图4、图5、图6所示。

4 结束语

本文基于物联网技术，融合使用ZigBee及GPRS无线通信技术进行网络组建，系统结构简单，建设成本低，可靠性高，能够有效解决有线监控方式存在的问题，充分利用传感器技术，综合使用多种传感器对宿舍安全进实时监测，能够对警情及时预警，及时采取应对措施，提升了宿舍管理的效率，在高校宿舍安全智能监控领域具有较好的应用前景。

参考文献

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作者简介

章杰侈（1986-），男，江苏省宿迁市人。工学硕士学位。现为江苏信息职业技术学院专任教师、工程师。主要研究方向为移动通信技术。

作者单位

江苏信息职业技术学院 江苏省无锡市 214000endprint