基于RFID無線傳感網智能安防系統的設計

韓萬強+史少輝+吳海濱+張明軒

摘 要：利用RFID和無線傳感器網絡技術，構建了一種包括智能門禁管理、智能人員管理、智能巡檢、智能安防等全方位、多功能的智能安防系統。從系統功能和系統設計實現了基于RFID技術的智能門禁系統和基于傳感器網絡的信息采集系統，具體給出了從信息采集到智能化管理的實現過程。

關鍵詞：RFID；無線傳感器網絡；智能安防；門禁系統

中圖分類號：TN393 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1302（2014）03-0010-04

0 引 言

RFID技術作為二十一世紀最具發展潛力的十大技術之一，是物聯網的核心技術。近年來，它的發展帶來了巨大的市場機遇。RFID技術與應用已經形成一個具有強大生命力的新興產業，它涉及信息、先進制造、材料、裝備及工藝等諸多前沿和高技術領域的交叉融合技術群，涵蓋面廣、滲透力強，對諸多產業都帶來重大影響。特別是在企業軟件領域，RFID將是繼ERP、CRM、J2EE之后的又一新的增長點。

微機電系統（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS ）、片上系統（System on Chip，SOC）、無線通信和低功耗嵌入式技術的飛速發展，孕育出無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點帶來了信息感知的一場變革。無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織的網絡，是一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監測和采集網絡分布區域內的各種檢測對象的信息，并將這些信息發送到網關節點，以實現復雜的指定范圍內目標檢測與跟蹤，具有快速展開、抗毀性強等特點，有著廣闊的應用前景[1]。

研究利用各種安全手段保證信息的安全：利用RFID技術實現門禁管理的智能化和數字化；將職工信息寫入電子標簽實現人-電子標簽-人員信息的匹配，從而實現對人員信息的動態管理；使巡檢員方便快捷地對信息進行采集、管理和查詢，從而實現智能巡檢；將無線傳感器網絡引入到安全管理中，實現對環境信息的監測，設計使用活動消息模塊實現信息的發送與接收，使用信息采集接口讀取廠區環境的溫度與濕度、煙霧等各種信息，使用低功耗監聽模塊實現節點節能，通過計算機USB接口完成對數據信息的采集和處理，實現人機對話，從而實現安全防護的智能化管理。

1 系統結構設計

本報警系統設計時，把企業分為辦公區、生產制造區、倉儲區3個部分，每個區域再設置入門區和工作區。圖1所示是本系統的總體結構圖。

圖1 系統總體結構圖

系統在每個入門區放置RFID讀卡器，工作人員攜帶含有RFID電子標簽的卡采用射頻方式刷卡進出入工作區，讀卡器通過光纖交換機將數據傳輸到服務器的監控平臺，把工作人員信息利用智能管理模塊錄入至服務器，對異常情況啟動應急平臺進行處理。在每個工作區的一些固定物體及某些重要位置貼上無源RFID標簽，巡檢人員利用PDA讀卡器進行巡邏，監測到周圍有RFID標簽時，讀取RFID標簽，利用通信模塊將值發至服務器的監控平臺。

在企業所有可能出現安全隱患的區域部署無線傳感器節點，用于監測所需的參數（溫度、濕度、火警等），一旦監測到異常情況（如火災、漏水等），立即通過通信模塊發送到服務器的監控平臺等待處理，如遇特殊情況啟動應急平臺直接利用提前設置的電話號碼通知相關人員或報警。同時，在特定區域還要部署高清攝像頭，實現全天可視化的監測。

2 可視化門禁系統模塊的硬件設計

門禁系統主要包括射頻卡、讀卡器、電機、攝像頭、報警器、門禁控制機、數據采集器、通訊接口、后臺數據處理系統等。門禁控制機主要由讀卡器、MCU及電控鎖（繼電器）組成。門禁系統構成如圖2所示。

圖2 可視化門禁系統模塊結構

工作人員出入時，門禁機的前端讀卡器讀入員工卡（RFID卡片）的數據，由通訊串口經由網線將數據發至服務器，服務器訪問數據庫記錄刷卡信息，并且與已錄信息進行比對核對開門權限，再返回指令給門禁機MCU，進而控制電機做出反應，當合法訪問時MCU將啟動電控鎖開門，非法訪問MCU將啟動報警器報警。非員工訪問時，由保安進行手動開門，門禁機將返回給服務器，服務器記錄手動開門的歷史。

為防止相鄰設備相互干擾并降低成本， RFID讀寫器可以選擇HF頻段。考慮到門禁系統中進出持卡人員對系統識別距離的要求（1 m以內），結合系統的讀取速度、成本、防沖撞功能以及對環境、水、金屬的敏感度等，本系統采用13.56 MHz的頻段。該頻段在其他領域（如二代身份證、學生鐵路優惠票證等）已經得到了廣泛應用，技術成熟性高[2]。系統所使用的主要單元及作用如下：

（1）IC射頻卡：存儲個人信息，相當于個人身份證，當刷卡顯示信息正確時才允許持卡人通過；

（2）讀卡器：通過電腦將多媒體卡作為移動存儲設備進行讀寫的接口設備；

（3）步進電機：將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元步進電機件。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的；

（4）攝像頭：又稱為電腦相機、電腦眼等，是一種視頻輸入設備，用于實時監控；

（5）報警器：當有人員非法進入時，用來報警，提示管理人員注意；

（6）MCU：微控制單元（Micro Control Unit），是將計算機的CPU、RAM、ROM、定時計數器和多種I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計算機，為不同的應用場合做不同組合控制；

（7）電控鎖：一個由繼電器控制的機械鎖裝置，當刷卡顯示信息正確時，電控鎖打開，允許持卡人進入；

（8）數據采集器：它是將條碼掃描裝置與數據終端一體化，帶有電池可離線操作的終端電腦設備。具備實時采集、自動存儲、即時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸功能。為現場數據的真實性、有效性、實時性、可用性提供了保證；

（9）通訊接口：使用USB轉TTL將門禁系統與電腦連接起來；

（10）后臺數據處理系統：當持卡人刷卡時，用來檢測卡中信息是否正確，并將數據進行處理。

3 系統軟件設計

3.1 智能人員管理模塊

本系統中的Access數據庫主要用于建立人員信息數據庫。控制和檢測程序等則用于管理數據庫，執行添加、刪除、保存、取消功能的為數據庫管理模塊，擁有方便的讀卡、發卡、補卡以及回收的功能和操作方式。圖3所示是智能人員管理模塊的結構圖。

圖3 智能人員管理模塊結構圖

人員信息管理難點在于人員的信息量大、出入頻繁，光靠人工進行記錄工作量很大，且容易出錯。研究利用RFID技術，將人員的相關信息寫入電子標簽中，可以實現“人-電子標簽-人員信息”完全匹配，從而實現對人員信息的動態管理。該模塊的軟件設計具體分為兩個方面：其一是人員、人事信息的維護，與公司、工廠的人員、人事相一致，主要是保存整個公司的人員信息。人事人員信息的組織模式可以按照公司的組織結構來安排，與工廠的人事信息相對應，以各級部門為組織，記錄人員的各項屬性，包括姓名、工號、職位、各類權限、工作時間、休息時間、所持RFID卡的編號等等。對人員進行廠區以及設備的訪問授權的記錄備案。為檔案管理，實現對人員信息的增、刪、改、查等一系列的信息維護；其二則是考勤管理，就是利用門禁機的記錄數據，為人事部門提供考勤記錄，系統可以給出考勤報表。

3.2 模塊的系統設計

采用基于RFID射頻識別技術構建人員管理系統的基本結構，整個軟件系統采用三層體系結構，最底層是數據服務層，負責數據的物理存儲；中間層是應用邏輯服務層，負責實現底層數據與面向對象之間的邏輯轉換、交互；最上層為系統應用層，是用戶進行信息管理等日常操作的應用平臺。

系統構建時引入驗證碼技術、密碼加密技術及數據備份技術，從而防止不法用戶軟件頻繁注冊、惡意攻擊，同時，當系統受到攻擊或其他原因丟失數據時，可以恢復原始數據，保證網站在一些人為攻擊或意外情況下的相對安全。系統采取RBAC（基于角色的訪問控制），以確保數據庫和系統的安全性[3]。

3.3 模塊的系統配置

整個系統服務器端采用32位Windows XP Server操作系統或64位Windows Server 2003，支持虛擬內存管理，支持多任務、多進程和多線程，支持多種類型服務器配置。

客戶機采用Windows 2000/XP/ Vista/ Windows 7。

以JSP為前端，Oracle數據庫為后臺，支持ANSI/ISO SQL-89、ANSI/ISO SQL-92標準，支持中文漢字內碼，符合雙字節編碼；支持主流廠商的硬件平臺及操作系統平臺；具有良好的伸縮性；具有良好的系統故障的容錯能力；支持主流的網絡協議（TCP/IP、IPX/SPX）[4]；具有良好的開放性，支持異種數據庫的互訪；支持多服務器協同技術、事務處理完整性控制技術等；支持聯機事務處理（Online Transaction Processing，OLTP）；開發工具容易使用、開發效率高、維護方便。

采取Browser/Server的訪問模式，系統架設于服務器上，客戶端通過瀏覽器接入Internet網絡連接至服務器，通過用戶名密碼驗證進行使用。

4 智能巡檢模塊

智能巡檢模塊的系統結構圖如圖4所示。

圖4 智能巡檢模塊系統結構圖

4.1 系統功能

4.1.1 數據采集

數據采集系統安裝于PDA移動設備采集器中，用于進行現場設備射頻標簽識讀及設備狀態數據采集。巡檢人員可依據操作提示進行巡檢操作，或者根據設備狀態問題進行回答，或者直接輸人設備參數數據進行抄表記錄。

4.1.2 數據管理

數據管理系統安裝于數據管理工作站中，可對采集器采集回來的巡檢數據進行接收、分類存儲、查詢，并可生成相關報表，對其中的設備異常可進行統計或轉人檢修管理系統中生成設備缺陷卡。該模塊還具有數據庫維護功能，可進行巡檢地點、巡檢項目、巡檢周期、巡檢線路自定義等。

4.1.3 網絡查詢

網絡查詢系統安裝于網絡服務器中，網絡上的任一工作站均可對運行巡檢數據進行查詢，并根據需要進行統計，生成相關報表。

4.2 系統設計

智能巡檢系統主要由數據采集系統、數據傳輸層和上層應用系統三大部分組成，帶有RFID讀寫器及GPRS模塊的手持機作為巡檢器，上層應用系統利用企業局域網，采用B/S （Browser/Server） 的架構。數據傳輸層是聯系手持機嵌入式數據庫與中心數據庫服務器的紐帶。

PDA等設備通過讀取射頻標簽的數據完成人員到位信息及設備缺陷信息的采集，這些信息暫時存儲在設備上的嵌入式數據中。數據采集終端采集PDA中的數據，然后與數據服務器進行數據通訊，包括巡檢任務內容的下達和巡檢數據的實時回傳等功能。數據傳輸通過USB接口有線通信方式。系統數據的瀏覽和查詢采用B/S模式，局域網內部裝有瀏覽器的設備都能使用巡檢系統，包括巡檢任務制作、缺陷信息查詢、缺陷統計及報表和到位信息查詢及報表等功能。

4.3 設備信息

本系統擬采用低頻讀寫終端。它是一款讀取125 kHz（EM4100 ID，T5556/T5557）電子標簽/卡的工業級專業RFID數據終端[5]，具體參數如下：

讀取方式：讀取125 kHz（ EM4100 ID，T5556/T5557 ）電子標簽/卡，讀取范圍：6～10 cm；

采用ARM9處理器：更快捷的處理速度；

觸屏和可選的鍵盤功能：采用鍵盤輸入和手寫觸摸屏多輸入數據，充分發揮應用程序功能，滿足用戶的偏好。

5 基于無線傳感器網絡的安防系統模塊

5.1 系統功能

高效的安全防范及報警系統是確保企業設備、生產資料安全的重要途徑之一，同時也是智能化的重要組成部分。遇到火警、水災、恐怖襲擊等緊急情況時，及時進行報警，通知相關人員并流程化應急方案是十分重要的。

本研究采用由監控主機、無線傳感器網絡節點、網關構成的智能安防報警系統。采用無線傳感器網絡技術，通過傳感器節點對火災、水災等隱患進行監控，將警情信息傳至控制中心進行語音報警，并進行事故地點提示；構建了一個配置容易、功能強大、覆蓋范圍大的新型報警系統。基于傳感器網絡的安防系統結構圖如圖5所示。

圖5 基于傳感器網絡的安防系統結構圖

系統底層是各監測節點組成的無線傳感器網絡，通過無線數據傳輸與系統服務器保持聯通，控制中心對采集的數據進行監測，實行對火災、水災的語音報警、警情顯示，并可通過客戶機進行遠程布防、撤防。無線傳感器網絡按照功能共分為3層：數據采集、數據轉換和無線傳輸模塊。首先各傳感器節點進行數據采集，再經過數據格式的轉換，最后通過無線傳輸模塊傳送數據。

5.2 系統設計

該系統由一個監控主機和無線傳感器網絡節點組成。圖6所示是系統的總體網絡結構。其中監控主機與無線傳感器網絡節點構成星型拓撲無線網絡。

圖6 安防系統網絡結構

圖6中，在廠區布置火災和水災、有毒氣體的無線傳感器節點…形成無線傳感器網絡，一旦有火災或水災出現，監控節點便將警報數據通過無線傳感器網絡傳送至計算機監控系統，系統接收并進行分析，控制報警裝置進行語音報警，并對警情地點等信息進行提示；危險消除后停止報警并進行重新布防。要求生產安全，應確保被監視的區域置于傳感器的敏感區域內。

現有的傳感器產品很多[6]，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應探頭、微波紅外復用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導體氣敏傳感器用于監視火警及煤氣泄漏。當發生水災、火災等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網絡向監控主機發射經數字編碼的報警信號。監控主機立即控制報警裝置發出警笛聲，進行語音報警，同時對警情地點等信息進行提示。系統還具有遠程布撒布防功能，即在身份驗證后，能通過瀏覽器遠程對系統進行布撤布防控制。安防監控系統的工作流程如圖7所示。

安防監控系統的工作流程主要包括對火災、水災的報警流程以及無線傳感器的布防、撤防。首先系統取得與無線傳感器網絡各節點的連接并對其進行初始化，在整個監控流程中，系統周期探尋與無線傳感器節點的連通性以防安防系統失去效應，同時接受傳感器發來的報警信息以激活報警裝置進行語音報警和警情提示。在排除隱患后可以消除警報重新進行監控。另外，系統還可以進行遠程布防、撤防。

圖7 傳感器網絡安防系統的工作流程圖

6 結 語

本系統對門禁系統和智能人員管理系統實行二者相結合的設計，以實現卡與人員信息系統相匹配，采用13.56 MHz頻段的射頻卡，容量8 Kb，讀寫距離10 cm，延遲時間1～2 ms，刷卡顯示相關人員信息；

智能巡檢系統使用RS232感應式巡檢器，其波特率為19200 B/s，可以存貯2 000條巡檢記錄。感應器選用4mm×32 mm大小的片狀且編號不重碼、無需供電，根據要求的時間段、巡檢地點，工作人員沿指定的線路進行巡檢，每到一處，用巡檢器識讀安裝在該地的感應器。刷卡延遲時間1～2 ms，識讀時，巡檢器會自動記錄當前的地點（卡號）、日期和時間，如有停留時間要求，則應按規定停留時間再次讀取。巡查完畢后，把存有采集數據的巡檢器送交管理人員，通過通訊座與計算機連接并將巡檢器中的數據傳輸到計算機中保存，根據工作需要進行查詢和生成各種統計管理報表。同時可清除識讀器中的數據，以備再次使用；

對傳感器網絡的安防系統，溫度、濕度的信息采集和發送接收實驗，通過終端監聽串口得到節點發送的數據，節點采集到的溫度信息受到節點芯片溫度的影響，會產生小范圍的偏差，節點采集到的濕度信息也會受到傳感器小范圍內濕度水分的影響，通過一定的數據處理，將收到的數據信息進行偏差剔除加工處理，可以提高數據精度。

該系統能夠較為有效地采集、傳送和提供環境信息數據，具有較強的應用性。

參 考 文 獻

[1]孫利民. 無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社， 2005.

[2]溫文玉. 音頻設備UDA 1341驅動技術[J]. 桂林電子工業學院學報，2005（10）：32-36.

[3] SANDHU R S， COYNE E J， FEINSTEIN H L. ole-based access control models [J] . IEEE Computer， 1996， 29（2）： 38-47.

[4]劉敢峰，吳明光. 家庭自動化幾種主流網絡協議[J]. 電子與技術應用，2003（2）：53-55.

[5]李莉敏.射頻識別技術RFID及其應用[J]. 電力信息化，2006，4（3）：94-95.

[6]趙燕. 傳感器原理及應用[M]. 北京：北京大學出版社，2010.

Design of intelligent safe-guard system based on RFID wireless sensor network

HAN Wan-qiang， SHI Shao-hui， WU Hai-bin， ZHANG Ming-xuan

（School of Physics & Electrical and Information Engineering， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Based on RFID technology and wireless sensor network technology， an intelligent safe-guard system with all direction and multi-function was built， which includes intelligent access control administration， intelligent personal management， intelligent inspection and intelligent defense. The intelligent access control system based on RFID technology and the information acquisition system based on wireless sensor networks were designed and realized from the system function and system design. The realization process from information acquisition to intelligent management was given.

Keywords： RFID； WSN； intelligent security； access control system

讀取方式：讀取125 kHz（ EM4100 ID，T5556/T5557 ）電子標簽/卡，讀取范圍：6～10 cm；

采用ARM9處理器：更快捷的處理速度；

觸屏和可選的鍵盤功能：采用鍵盤輸入和手寫觸摸屏多輸入數據，充分發揮應用程序功能，滿足用戶的偏好。

5 基于無線傳感器網絡的安防系統模塊

5.1 系統功能

高效的安全防范及報警系統是確保企業設備、生產資料安全的重要途徑之一，同時也是智能化的重要組成部分。遇到火警、水災、恐怖襲擊等緊急情況時，及時進行報警，通知相關人員并流程化應急方案是十分重要的。

本研究采用由監控主機、無線傳感器網絡節點、網關構成的智能安防報警系統。采用無線傳感器網絡技術，通過傳感器節點對火災、水災等隱患進行監控，將警情信息傳至控制中心進行語音報警，并進行事故地點提示；構建了一個配置容易、功能強大、覆蓋范圍大的新型報警系統。基于傳感器網絡的安防系統結構圖如圖5所示。

圖5 基于傳感器網絡的安防系統結構圖

系統底層是各監測節點組成的無線傳感器網絡，通過無線數據傳輸與系統服務器保持聯通，控制中心對采集的數據進行監測，實行對火災、水災的語音報警、警情顯示，并可通過客戶機進行遠程布防、撤防。無線傳感器網絡按照功能共分為3層：數據采集、數據轉換和無線傳輸模塊。首先各傳感器節點進行數據采集，再經過數據格式的轉換，最后通過無線傳輸模塊傳送數據。

5.2 系統設計

該系統由一個監控主機和無線傳感器網絡節點組成。圖6所示是系統的總體網絡結構。其中監控主機與無線傳感器網絡節點構成星型拓撲無線網絡。

圖6 安防系統網絡結構

圖6中，在廠區布置火災和水災、有毒氣體的無線傳感器節點…形成無線傳感器網絡，一旦有火災或水災出現，監控節點便將警報數據通過無線傳感器網絡傳送至計算機監控系統，系統接收并進行分析，控制報警裝置進行語音報警，并對警情地點等信息進行提示；危險消除后停止報警并進行重新布防。要求生產安全，應確保被監視的區域置于傳感器的敏感區域內。

現有的傳感器產品很多[6]，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應探頭、微波紅外復用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導體氣敏傳感器用于監視火警及煤氣泄漏。當發生水災、火災等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網絡向監控主機發射經數字編碼的報警信號。監控主機立即控制報警裝置發出警笛聲，進行語音報警，同時對警情地點等信息進行提示。系統還具有遠程布撒布防功能，即在身份驗證后，能通過瀏覽器遠程對系統進行布撤布防控制。安防監控系統的工作流程如圖7所示。

安防監控系統的工作流程主要包括對火災、水災的報警流程以及無線傳感器的布防、撤防。首先系統取得與無線傳感器網絡各節點的連接并對其進行初始化，在整個監控流程中，系統周期探尋與無線傳感器節點的連通性以防安防系統失去效應，同時接受傳感器發來的報警信息以激活報警裝置進行語音報警和警情提示。在排除隱患后可以消除警報重新進行監控。另外，系統還可以進行遠程布防、撤防。

圖7 傳感器網絡安防系統的工作流程圖

6 結 語

本系統對門禁系統和智能人員管理系統實行二者相結合的設計，以實現卡與人員信息系統相匹配，采用13.56 MHz頻段的射頻卡，容量8 Kb，讀寫距離10 cm，延遲時間1～2 ms，刷卡顯示相關人員信息；

智能巡檢系統使用RS232感應式巡檢器，其波特率為19200 B/s，可以存貯2 000條巡檢記錄。感應器選用4mm×32 mm大小的片狀且編號不重碼、無需供電，根據要求的時間段、巡檢地點，工作人員沿指定的線路進行巡檢，每到一處，用巡檢器識讀安裝在該地的感應器。刷卡延遲時間1～2 ms，識讀時，巡檢器會自動記錄當前的地點（卡號）、日期和時間，如有停留時間要求，則應按規定停留時間再次讀取。巡查完畢后，把存有采集數據的巡檢器送交管理人員，通過通訊座與計算機連接并將巡檢器中的數據傳輸到計算機中保存，根據工作需要進行查詢和生成各種統計管理報表。同時可清除識讀器中的數據，以備再次使用；

對傳感器網絡的安防系統，溫度、濕度的信息采集和發送接收實驗，通過終端監聽串口得到節點發送的數據，節點采集到的溫度信息受到節點芯片溫度的影響，會產生小范圍的偏差，節點采集到的濕度信息也會受到傳感器小范圍內濕度水分的影響，通過一定的數據處理，將收到的數據信息進行偏差剔除加工處理，可以提高數據精度。

該系統能夠較為有效地采集、傳送和提供環境信息數據，具有較強的應用性。

參 考 文 獻

[1]孫利民. 無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社， 2005.

[2]溫文玉. 音頻設備UDA 1341驅動技術[J]. 桂林電子工業學院學報，2005（10）：32-36.

[3] SANDHU R S， COYNE E J， FEINSTEIN H L. ole-based access control models [J] . IEEE Computer， 1996， 29（2）： 38-47.

[4]劉敢峰，吳明光. 家庭自動化幾種主流網絡協議[J]. 電子與技術應用，2003（2）：53-55.

[5]李莉敏.射頻識別技術RFID及其應用[J]. 電力信息化，2006，4（3）：94-95.

[6]趙燕. 傳感器原理及應用[M]. 北京：北京大學出版社，2010.

Design of intelligent safe-guard system based on RFID wireless sensor network

HAN Wan-qiang， SHI Shao-hui， WU Hai-bin， ZHANG Ming-xuan

（School of Physics & Electrical and Information Engineering， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Based on RFID technology and wireless sensor network technology， an intelligent safe-guard system with all direction and multi-function was built， which includes intelligent access control administration， intelligent personal management， intelligent inspection and intelligent defense. The intelligent access control system based on RFID technology and the information acquisition system based on wireless sensor networks were designed and realized from the system function and system design. The realization process from information acquisition to intelligent management was given.

Keywords： RFID； WSN； intelligent security； access control system

讀取方式：讀取125 kHz（ EM4100 ID，T5556/T5557 ）電子標簽/卡，讀取范圍：6～10 cm；

采用ARM9處理器：更快捷的處理速度；

觸屏和可選的鍵盤功能：采用鍵盤輸入和手寫觸摸屏多輸入數據，充分發揮應用程序功能，滿足用戶的偏好。

5 基于無線傳感器網絡的安防系統模塊

5.1 系統功能

高效的安全防范及報警系統是確保企業設備、生產資料安全的重要途徑之一，同時也是智能化的重要組成部分。遇到火警、水災、恐怖襲擊等緊急情況時，及時進行報警，通知相關人員并流程化應急方案是十分重要的。

本研究采用由監控主機、無線傳感器網絡節點、網關構成的智能安防報警系統。采用無線傳感器網絡技術，通過傳感器節點對火災、水災等隱患進行監控，將警情信息傳至控制中心進行語音報警，并進行事故地點提示；構建了一個配置容易、功能強大、覆蓋范圍大的新型報警系統。基于傳感器網絡的安防系統結構圖如圖5所示。

圖5 基于傳感器網絡的安防系統結構圖

系統底層是各監測節點組成的無線傳感器網絡，通過無線數據傳輸與系統服務器保持聯通，控制中心對采集的數據進行監測，實行對火災、水災的語音報警、警情顯示，并可通過客戶機進行遠程布防、撤防。無線傳感器網絡按照功能共分為3層：數據采集、數據轉換和無線傳輸模塊。首先各傳感器節點進行數據采集，再經過數據格式的轉換，最后通過無線傳輸模塊傳送數據。

5.2 系統設計

該系統由一個監控主機和無線傳感器網絡節點組成。圖6所示是系統的總體網絡結構。其中監控主機與無線傳感器網絡節點構成星型拓撲無線網絡。

圖6 安防系統網絡結構

圖6中，在廠區布置火災和水災、有毒氣體的無線傳感器節點…形成無線傳感器網絡，一旦有火災或水災出現，監控節點便將警報數據通過無線傳感器網絡傳送至計算機監控系統，系統接收并進行分析，控制報警裝置進行語音報警，并對警情地點等信息進行提示；危險消除后停止報警并進行重新布防。要求生產安全，應確保被監視的區域置于傳感器的敏感區域內。

現有的傳感器產品很多[6]，如紅外熱釋電探頭、微波多普勒效應探頭、微波紅外復用探頭等，用于檢測盜賊侵入很靈敏。離子煙感器和半導體氣敏傳感器用于監視火警及煤氣泄漏。當發生水災、火災等安全隱患時，傳感器通過無線傳感器網絡向監控主機發射經數字編碼的報警信號。監控主機立即控制報警裝置發出警笛聲，進行語音報警，同時對警情地點等信息進行提示。系統還具有遠程布撒布防功能，即在身份驗證后，能通過瀏覽器遠程對系統進行布撤布防控制。安防監控系統的工作流程如圖7所示。

安防監控系統的工作流程主要包括對火災、水災的報警流程以及無線傳感器的布防、撤防。首先系統取得與無線傳感器網絡各節點的連接并對其進行初始化，在整個監控流程中，系統周期探尋與無線傳感器節點的連通性以防安防系統失去效應，同時接受傳感器發來的報警信息以激活報警裝置進行語音報警和警情提示。在排除隱患后可以消除警報重新進行監控。另外，系統還可以進行遠程布防、撤防。

圖7 傳感器網絡安防系統的工作流程圖

6 結 語

本系統對門禁系統和智能人員管理系統實行二者相結合的設計，以實現卡與人員信息系統相匹配，采用13.56 MHz頻段的射頻卡，容量8 Kb，讀寫距離10 cm，延遲時間1～2 ms，刷卡顯示相關人員信息；

智能巡檢系統使用RS232感應式巡檢器，其波特率為19200 B/s，可以存貯2 000條巡檢記錄。感應器選用4mm×32 mm大小的片狀且編號不重碼、無需供電，根據要求的時間段、巡檢地點，工作人員沿指定的線路進行巡檢，每到一處，用巡檢器識讀安裝在該地的感應器。刷卡延遲時間1～2 ms，識讀時，巡檢器會自動記錄當前的地點（卡號）、日期和時間，如有停留時間要求，則應按規定停留時間再次讀取。巡查完畢后，把存有采集數據的巡檢器送交管理人員，通過通訊座與計算機連接并將巡檢器中的數據傳輸到計算機中保存，根據工作需要進行查詢和生成各種統計管理報表。同時可清除識讀器中的數據，以備再次使用；

對傳感器網絡的安防系統，溫度、濕度的信息采集和發送接收實驗，通過終端監聽串口得到節點發送的數據，節點采集到的溫度信息受到節點芯片溫度的影響，會產生小范圍的偏差，節點采集到的濕度信息也會受到傳感器小范圍內濕度水分的影響，通過一定的數據處理，將收到的數據信息進行偏差剔除加工處理，可以提高數據精度。

該系統能夠較為有效地采集、傳送和提供環境信息數據，具有較強的應用性。

參 考 文 獻

[1]孫利民. 無線傳感器網絡[M].北京：清華大學出版社， 2005.

[2]溫文玉. 音頻設備UDA 1341驅動技術[J]. 桂林電子工業學院學報，2005（10）：32-36.

[3] SANDHU R S， COYNE E J， FEINSTEIN H L. ole-based access control models [J] . IEEE Computer， 1996， 29（2）： 38-47.

[4]劉敢峰，吳明光. 家庭自動化幾種主流網絡協議[J]. 電子與技術應用，2003（2）：53-55.

[5]李莉敏.射頻識別技術RFID及其應用[J]. 電力信息化，2006，4（3）：94-95.

[6]趙燕. 傳感器原理及應用[M]. 北京：北京大學出版社，2010.

Design of intelligent safe-guard system based on RFID wireless sensor network

HAN Wan-qiang， SHI Shao-hui， WU Hai-bin， ZHANG Ming-xuan

（School of Physics & Electrical and Information Engineering， Shijiazhuang University， Shijiazhuang 050035， China）

Abstract： Based on RFID technology and wireless sensor network technology， an intelligent safe-guard system with all direction and multi-function was built， which includes intelligent access control administration， intelligent personal management， intelligent inspection and intelligent defense. The intelligent access control system based on RFID technology and the information acquisition system based on wireless sensor networks were designed and realized from the system function and system design. The realization process from information acquisition to intelligent management was given.

Keywords： RFID； WSN； intelligent security； access control system