涉密场所的智能监控和档案管理系统

摘要：本项目利用ARM架构微处理器、ZigBee物联网技术、RFID高频技术、多种高精度传感器、蚁群算法打造出一款具有智能化监控能力和高效能档案管理系统。旨在解决当今涉密场所监控管理方面受人为因素影响严重、管理成本高等问题。

关键字：ARM处理器;ZigBee技术;RFID技术;档案管理

1.项目研究背景

1.1研究意义

涉密场所的管理与安全监控系统关系着国家、企业各项涉密资料、设备的安全，在保证社会安定和企业发展的方面起着非常重要的作用。而涉密场所对安全性能的要求更加高。本项目立足于此，利用物联网技术实现高精度的智能化监控和高效率的档案管理系统。

1.2国内外研究现状

（1）1999年，洛克菲勒大学把射频识别技术引入到图书馆的档案管理系统之中。

（2）2004年，荷兰NBD Biblion公司免费为图书馆订制RFID标签。

（3）2009年，我国首次提出实施“感知中国”的信息化构想。

（4）2012年，政府制定《物联网“十二五”发展规划》的方案，旨在推进物联网技术的发展和应用。

（5）国内安全监控及档案管理系统大多采用人工管理模式，监控能力不够强大。

1.3传统方案缺陷

（1）布线复杂，设备庞杂。传统的安防监控系统通常是在有线传感器网络的基础上进行搭建，布线非常复杂，摄像头、传感器、报警器等设备都要布线到总监控室，当这些传输电缆或线路被破坏之后，整个监控系统就将会处于瘫痪状态。

（2）设备之间关联性差。传统的安防监控系统设备与设备间的关联性较差，各个功能性设备之间没有联动预警功能，所有预警信息都是先传输到中心处理器，然后再由中心处理器分发指令到各功能节点，一旦CPU被破坏，整个系统都会因此瘫痪。

（3）报警功能单一。视频监控系统只能由人力实时监控报警，红外入侵检测系统只能实现入侵检测报警，这些功能单一的系统只能实现某一部分安防监控功能，没有能够集合这些功能的综合系统。

2.系统总体方案设计

基于Stm32F407的核心控制及档案存储管理系统包括Stm32F407核心控制模块、高精度环境监测模块、档案信息识别存储及管理模块、ZigBee物联网短程通信模块、远程通信模块和联动报警模块。核心控制模块作为整个系统的控制中心，向外分支出数个传感器结点，主控板和各个传感器结点上均载有一块CC2530芯片用于短程通信。

向外散布的各个结点分别是用于监测涉密环境的温度、湿度、声音等环境变量的各类高精度传感器，用于检测进入涉密场所的人员信息以及涉密场所存储的资料信息的RFID高频信息识别系统，用于对异常因素作出反应的报警系统。

基于Stm32F407的核心控制及档案存储管理系统组成如图1所示。

3.系统硬件方案设计

涉密场所的监测系统由Stm32F407作为整个系统的控制中枢，Stm32F407是一款ARM架构的32位单片机，主频高达168MHZ，性能卓越，可以高速分析处理各类高精度传感器的数据，流畅处理摄像头数据，具有各种通信协议的硬件接口。ZigBee物联通信技术作为本系统的主要通信方式，所用芯片是德州仪器公司的CC2530芯片。

高精度传感器包括温度、湿度、PH值、声音传感器，摄像头。在检测到涉密场所内温度湿度异常时会向主机发送异常信号，主机接收后会打开室内摄像头，并向上位机发出警告信息与监控信息。涉密场所内声音过大时会由警报器发出1秒的警告信号，如果声音信息经过相应算法分析出是蓄意破坏或非法闯入，警报器会立刻展开报警，并自动将涉密场所死锁，发送信息到监控室上位机，通知安保人员。

RFID 是 Radio Frequency Identification 的缩写，又称为射频识别。它借助射频电磁波与贴有电子标签（Tag）的物体进行数据通讯，从而得到物体的相关信息，实现对物体的识别。有源标签的特点：工作频段很高，能够在很远出进行读写识别，通信速率快。

本项目使用RFID电子标签标记各涉密档案以及身份卡信息。所有信息都有两份，一份存储于主控板上的SRAM芯片中，这种芯片拥有稳定性好，掉电不丢失等优点，另一份存储在上位机数据库中。硬件电路的设计如图2所示。

4.系统无线通信方案设计

无线通信具有一些固有的缺陷，在通信过程中发射和接收过程有可能会受到别处信号的干扰，导致信号错乱，因此需要制定通信協议来保证收发数据的正确性，所以在主从机之间选用MODBUS通信协议来保证通信的正常。

MODBUS协议是一个master/slave架构的协议。在整个MODBUS系统中，有一个通信结点是主机节点，其他的使用Modbus协议参与通信的结点是从机节点。每一个从机都有唯一的地址。MODBUS协议通信方式是主机发送一次数据，从机在接收到后回复给主机一次数据表示接收成功，在工业控制中只设置一个主机，主机发送指令给从机，从机再依次返回消息给主机，从机不会发消息给主机。MODBUS协议帧结构如图3所示

协调器结点负责管理整个通信系统，它负责建立与控制维护通信网络，在新的设备结点加入时会为其分配地址，同时负责结点数据更新的任务，同时处理收到的数据，通过UART串口通信将数据传输到服务器。协调器处理流程图如图4所示。

5.系统软件方案设计

软件部分同样分为四大模块：核心控制模块、场所监控模块、联动报警模块、通信模块。

核心控制模块任务主要为身份及权限检测、文档管理、异常信息分析、人际交互、结点通信。

档案管理系统结构如图5所示

场所监控模块包含了大量传感器，各传感器结构如图6所示。

联合报警模块在主控中心识别到下列任一异常信息时都会发出相对应的报警信息。

报警元素：温度异常、湿度异常、烟雾异常、人数异常、人员异常、门锁异常、档案锁柜异常、档案缺失、档案违规获取、档案逾期未还、档案位置异常、结点损坏、结点离线、ZigBee通信异常、联网异常、越權进入、越权获取资料、权限卡使用者身份异常。

通信模块主要包括了两种通信方式，一种是基于ZigBee的短程通信网络，用于统筹联络涉密场所里的各个结点。另一种是MODBUS，用于核心控制中心与上位机的通信。

通过基于ARM和ZigBee技术的涉密场所系统中的场所监控模块可以获得大量的场所环境数据以及存储文档数据，对这些数据进行蚁群优化处理，得到是否发生异常的分析结果，可根据分析结果反馈终端系统进行优化调控。

使用蚁群优化算法将采集终端的放置赋予权重，再结合场所内各传感器的测量数据，该算法要求遍历各值，求取最短路径，在有一个路线且不允许重复的情况下，会出现不在路线上的点，那么此点作为误差点被剔除。在经过多次优化后得到的数据为最优数据。服务器将根据数据和时间拟合出函数图像与和云端专家提供的图像对比。若得到的函数图像超出合理误差范围，系统会给出警告，并提出合理的参考方案。

6.结论

相比于传统的监控及档案管理系统，本套系统具有传统系统无法比拟的高可靠性与易用性。智能监控部分由高性能MCU自动控制，受到异常情况触发时会立刻反应，可靠性远高于人工检测。档案管理系统使用优秀的数据库管理算法，能够较好的管理现有档案，对档案分门别类。本系统能够很好地实现对涉密场所的监控和场所内部涉密文档的管理。

作者简介：

戴进（2000-），男，汉族，江苏泰州人，扬州大学本科在读，电子信息工程方向。

基金项目：

2020年江苏省大学生实践创新训练项目（X20200409）。

参考文献：

[1]陈斌.涉密场所智能监控和档案管理系统的设计与实现[D].华南理工大学，2015.

[2]钟群，张畅.机要文书档案管理的案例分析[J].电子技术，2021，50（07）：122-123.

[3]王海锋.浅议档案管理存在的问题与应对措施[J].现代企业，2021（07）：24-25.