校園無線局域網絡支持下智能監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)展，在校園安全管理中的應用也日益廣泛。例如各種監(jiān)控系統(tǒng)有效的解決了校園安保人員的巡邏問題，讓保衛(wèi)處人員借助互聯網和監(jiān)控實時觀察校園的每個角落。但是在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控等領域。本文就以校園智能監(jiān)控系統(tǒng)為例，討論無線局域網在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。

1 校園監(jiān)控系統(tǒng)需求與原理

校園智能監(jiān)控系統(tǒng)是針對校園內的建筑、設備設施、人員進行的監(jiān)控管理，目的在于保障校園設施、財產和環(huán)境安全，發(fā)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(qū)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(qū)域。而每個區(qū)域又會分為多個監(jiān)控點，例如教學樓中就需要在每層設計一個監(jiān)控點，樓梯也需要設計。具體來說校園智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控需求包括以下層次結構，如圖1所示。

圖1 校園智能監(jiān)控系統(tǒng)需求

從圖1校園監(jiān)控層次可以看出，校園智能監(jiān)控與普通監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)控面積也大，如果采用傳統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)控視頻數據能夠及時的傳輸給控制室，安全保衛(wèi)處能夠對危險源進行判斷和清除。因此在監(jiān)控系統(tǒng)設計中要滿足以下需求。首先每個監(jiān)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(jiān)控點的信息采集設備能夠將監(jiān)控到的信息傳輸至平臺，也可以響應由平臺發(fā)出的指令，進行監(jiān)控角度調節(jié)等。最后是每個監(jiān)控點要具備一定信息存儲功能，循壞記錄監(jiān)控內容。

校園智能監(jiān)控系統(tǒng)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(xié)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(jiān)控視頻或者發(fā)送指令給攝像機，對監(jiān)控區(qū)域進行全方位的實時監(jiān)控。

2 基于校園無線局域網智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現

2.1 系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)常用無線傳輸技術的對比。通過對比可以發(fā)現WIFI技術完全滿足校園智能監(jiān)控系統(tǒng)的需要。

2.1.2 監(jiān)控系統(tǒng)總體結構

整個校園中監(jiān)控主要設計為監(jiān)控終端、區(qū)域WIFI無線局域網、4G互聯網接入和遠程監(jiān)控中心組成。終端監(jiān)控布置在校園各個角落，提高監(jiān)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(fā)模塊。控制模塊負責功能協(xié)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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控視頻信息上傳至WiFi-4G模塊并

2.2 系統(tǒng)詳細設計

2.2.1 各個模塊描述

根據校園監(jiān)控需求，可以將監(jiān)控系統(tǒng)劃分為三個模塊。一是校園區(qū)域監(jiān)控終端模塊、WIFI/4G信息傳輸模塊、遠程監(jiān)控管理模塊。為減少布線等步驟，在終端監(jiān)控系統(tǒng)設計中，采用4G無線通信轉WIFI無線組網模式，實現監(jiān)控攝像頭與遠程監(jiān)控中心的數據傳輸。首先是終端監(jiān)控模塊中，要具備數據存儲空間，保障24小時不間斷監(jiān)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(fā)降低成本。遠程控制系統(tǒng)中，則主要是數據接收、指令發(fā)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(jiān)控管理效率。根據校園監(jiān)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(jiān)控終端硬件設計與實現

校園智能監(jiān)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(jiān)控信息發(fā)送到控制中心，并執(zhí)行操作命令；數據收發(fā)模塊則主要負責接受命令。

組網結構中，在每個監(jiān)控區(qū)域設置一個WIFI接入終端以及無線路由器，并配置多個監(jiān)控攝像頭。形成一個WIFI覆蓋的網絡結構，實現監(jiān)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(fā)現某一監(jiān)控點出現異常時，能夠向終端攝像機發(fā)送指令以及發(fā)出報警信息通知安保人員。具體結構如圖2所示。發(fā)送至遠程控制端。

圖3 系統(tǒng)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(tǒng)的實際應用功能需求以及系統(tǒng)硬件的模塊選擇要求，主要是由視頻監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)控所在地點的相關視頻數據獲取出來。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)的實現

通過對校園無線局域網智能監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)展，校園安全管理也逐步向數字化、信息化、智能化發(fā)展，在這一背景下智能監(jiān)控系統(tǒng)在校園管理中的應用日益廣泛。而傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)種種方面的不足，影響監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)設計與實現，將智能監(jiān)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。