校園無線局域網絡支持下智能監控系統設計

趙子昂

（漯河市高級中學，河南漯河，462000）

隨著科學技術的發展，在校園安全管理中的應用也日益廣泛。例如各種監控系統有效的解決了校園安保人員的巡邏問題，讓保衛處人員借助互聯網和監控實時觀察校園的每個角落。但是在傳統監控系統安裝中，存在安裝麻煩、信息傳輸速率低、成本高等缺點，難以滿足校園安全管理的需要。在無線局域網技術成熟后，被廣泛的應用到視頻監控等領域。本文就以校園智能監控系統為例，討論無線局域網在監控系統中的應用。

1 校園監控系統需求與原理

校園智能監控系統是針對校園內的建筑、設備設施、人員進行的監控管理，目的在于保障校園設施、財產和環境安全，發現和清除其中的不安全因素，提升校園安全管理水平。一般校園中，可以劃分為若干區域，包括教學樓、體育館、操場、圖書館、食堂、學生宿舍等多個功能區域。而每個區域又會分為多個監控點，例如教學樓中就需要在每層設計一個監控點，樓梯也需要設計。具體來說校園智能監控系統監控需求包括以下層次結構，如圖1所示。

圖1 校園智能監控系統需求

從圖1校園監控層次可以看出，校園智能監控與普通監控系統相比，具有很多的特征。例如校園學生較多，尤其是下課時間分布于各個角落，教室內、走廊上、操場中都是學生，就需要即保障監控視頻點的科學，又要保障學生的隱私權。另外校園面積較大，所以監控面積也大，如果采用傳統的布線方式，不僅會導致安裝成本上升，也讓后期使用與維護更加不便。最后是校園監控系統不僅要具有遠程報警功能，對視頻內容進行簡單的分析，了解現場的實際情況。對監控視頻進行存儲后，為一些意外傷害事件提供現場支持。并且這些監控視頻數據能夠及時的傳輸給控制室，安全保衛處能夠對危險源進行判斷和清除。因此在監控系統設計中要滿足以下需求。首先每個監控點的設備要清晰，識別周圍物體和變化，進行簡單的數據分析。其次監控點的信息采集設備能夠將監控到的信息傳輸至平臺，也可以響應由平臺發出的指令，進行監控角度調節等。最后是每個監控點要具備一定信息存儲功能，循壞記錄監控內容。

校園智能監控系統的基本原理是：前端設置網絡攝像機進行圖像采集，并通過壓縮加密等技術利用TCP/IP協議將視頻信息借助無線局域網傳輸至客戶端。客戶端在電腦上級可以采用瀏覽器根據攝像機的地址進行訪問，實施觀看監控視頻或者發送指令給攝像機，對監控區域進行全方位的實時監控。

2 基于校園無線局域網智能監控系統的設計與實現

2.1 系統總體設計

2.1.1 無線傳輸方案的確定

在無線局域網智能監控系統設計中，首先必須明確選擇合適的信息傳輸方案。目前校園智能監控中常用主要是有線傳輸和無線傳輸兩種，但是由于校園內布局較多，因此布線比較困難。采用無線局域網的方式更加便捷、成本低、維護簡單。

表1 常用信息無線傳輸技術速率、功耗等對比

因此選擇無線局域網要具有良好的覆蓋范圍以保障通信質量，可以通過無線模塊來組建無線局域網，同時信息傳輸速率也要有一定要求。表1是三種監控系統常用無線傳輸技術的對比。通過對比可以發現WIFI技術完全滿足校園智能監控系統的需要。

2.1.2 監控系統總體結構

整個校園中監控主要設計為監控終端、區域WIFI無線局域網、4G互聯網接入和遠程監控中心組成。終端監控布置在校園各個角落，提高監控覆蓋范圍。主要包括信息采集模塊、控制模塊和無線數據收發模塊。控制模塊負責功能協輸。因此主要設計了如圖4所示的接口電路。

圖2 校園無線局域網智能監控系統結構

微處理器為STM32F103ZET6，首先該芯片能夠滿足模擬信號質量和精度需求，采用2通道12位DAC也能夠滿足控制要求。

WIFI模塊主要接口信號連接采用Marvell8686，其數據接口SD_D0…SD_D3與STM32的PC8…PC11相連接，繼而將監控視頻信息上傳至WiFi-4G模塊并

2.2 系統詳細設計

2.2.1 各個模塊描述

根據校園監控需求，可以將監控系統劃分為三個模塊。一是校園區域監控終端模塊、WIFI/4G信息傳輸模塊、遠程監控管理模塊。為減少布線等步驟，在終端監控系統設計中，采用4G無線通信轉WIFI無線組網模式，實現監控攝像頭與遠程監控中心的數據傳輸。首先是終端監控模塊中，要具備數據存儲空間，保障24小時不間斷監控。在數字信號傳輸接口功能上，能夠提供串行輸入數字接口，以方便接受視頻信息，設計信息傳輸速率為115200bit/s，分辨率12位。WIFI/4G模塊通過轉化技術組間WIFI無線局域網，在與遠程控制中心連接中則采用4G技術。目前市場上WIFI-4G設備較多，無須研發降低成本。遠程控制系統中，則主要是數據接收、指令發送以及視頻信息存儲、處理、管理功能，并且能夠實現對視頻信息的查詢、編輯和檢索，以提高監控管理效率。根據校園監控的實際要求，共設置終端攝像頭100個，數據保存時間要大于360d。

2.2.2 智能監控終端硬件設計與實現

校園智能監控終端硬件設計中主要采用STM32的微型處理器，該處理器內核更強大，信息處理快、地址空間大而且能夠驅動攝像頭模塊將采集的視頻信息與WIFI模塊連接，實現信息傳調；采集模塊負責將監控信息發送到控制中心，并執行操作命令；數據收發模塊則主要負責接受命令。

組網結構中，在每個監控區域設置一個WIFI接入終端以及無線路由器，并配置多個監控攝像頭。形成一個WIFI覆蓋的網絡結構，實現監控攝像頭與遠程控制中心的連接。

遠程控制中心主要負責信息是接受、存儲并分析視頻信息。當發現某一監控點出現異常時，能夠向終端攝像機發送指令以及發出報警信息通知安保人員。具體結構如圖2所示。發送至遠程控制端。

圖3 系統硬件設計結構圖

攝像頭模塊主要采用OV2640和外部電路組成。數據接口D0…D7與STM32的PC0…PC7相連接，主要負責視頻信息與圖像的傳輸。SIOC和SIOD分別與STM32的PB10、PB11相連接通過對這些端口的時序控制實現視頻數據的采集和傳輸。

為了滿足各大高校對于系統的實際應用功能需求以及系統硬件的模塊選擇要求，主要是由視頻監控模塊軟件設計、智能終端軟件設計兩種軟件結構，共同組成基于校園無線局域網絡的智能視頻監控系統的軟件結構。其中，人體紅外感應信息的采集、圖片視頻信息的收集傳遞以及本地報警功能是該視頻監控模塊軟件所具備的基礎功能。在智能終端軟件的組成上，主要包含例如智能手機移動端口、PC電腦APP端口等，此種類型的端口多數為上位機型軟件，功能主要集中于能夠讓軟件的使用者更加方便快捷的將監控所在地點的相關視頻數據獲取出來。

2.3 監控系統的實現

通過對校園無線局域網智能監控系統的設計與各個功能模塊的描述，如圖5所示。

圖4

圖5

3 小結

校園安全是校園管理中最不容忽視的問題，關系著校園中每個學子的安全。隨著信息技術的發展，校園安全管理也逐步向數字化、信息化、智能化發展，在這一背景下智能監控系統在校園管理中的應用日益廣泛。而傳統監控系統種種方面的不足，影響監控系統的設計。在校園無線局域網逐步完善的基礎，提出基于此的校園監控系統設計與實現，將智能監控與校園管理措施有效結合，有效提升校園管理效率和質量，更好實現校園安全管理目標。