涉密場所的智能監控和檔案管理系統

摘要：本項目利用ARM架構微處理器、ZigBee物聯網技術、RFID高頻技術、多種高精度傳感器、蟻群算法打造出一款具有智能化監控能力和高效能檔案管理系統。旨在解決當今涉密場所監控管理方面受人為因素影響嚴重、管理成本高等問題。

關鍵字：ARM處理器;ZigBee技術;RFID技術;檔案管理

1.項目研究背景

1.1研究意義

涉密場所的管理與安全監控系統關系著國家、企業各項涉密資料、設備的安全，在保證社會安定和企業發展的方面起著非常重要的作用。而涉密場所對安全性能的要求更加高。本項目立足于此，利用物聯網技術實現高精度的智能化監控和高效率的檔案管理系統。

1.2國內外研究現狀

（1）1999年，洛克菲勒大學把射頻識別技術引入到圖書館的檔案管理系統之中。

（2）2004年，荷蘭NBD Biblion公司免費為圖書館訂制RFID標簽。

（3）2009年，我國首次提出實施“感知中國”的信息化構想。

（4）2012年，政府制定《物聯網“十二五”發展規劃》的方案，旨在推進物聯網技術的發展和應用。

（5）國內安全監控及檔案管理系統大多采用人工管理模式，監控能力不夠強大。

1.3傳統方案缺陷

（1）布線復雜，設備龐雜。傳統的安防監控系統通常是在有線傳感器網絡的基礎上進行搭建，布線非常復雜，攝像頭、傳感器、報警器等設備都要布線到總監控室，當這些傳輸電纜或線路被破壞之后，整個監控系統就將會處于癱瘓狀態。

（2）設備之間關聯性差。傳統的安防監控系統設備與設備間的關聯性較差，各個功能性設備之間沒有聯動預警功能，所有預警信息都是先傳輸到中心處理器，然后再由中心處理器分發指令到各功能節點，一旦CPU被破壞，整個系統都會因此癱瘓。

（3）報警功能單一。視頻監控系統只能由人力實時監控報警，紅外入侵檢測系統只能實現入侵檢測報警，這些功能單一的系統只能實現某一部分安防監控功能，沒有能夠集合這些功能的綜合系統。

2.系統總體方案設計

基于Stm32F407的核心控制及檔案存儲管理系統包括Stm32F407核心控制模塊、高精度環境監測模塊、檔案信息識別存儲及管理模塊、ZigBee物聯網短程通信模塊、遠程通信模塊和聯動報警模塊。核心控制模塊作為整個系統的控制中心，向外分支出數個傳感器結點，主控板和各個傳感器結點上均載有一塊CC2530芯片用于短程通信。

向外散布的各個結點分別是用于監測涉密環境的溫度、濕度、聲音等環境變量的各類高精度傳感器，用于檢測進入涉密場所的人員信息以及涉密場所存儲的資料信息的RFID高頻信息識別系統，用于對異常因素作出反應的報警系統。

基于Stm32F407的核心控制及檔案存儲管理系統組成如圖1所示。

3.系統硬件方案設計

涉密場所的監測系統由Stm32F407作為整個系統的控制中樞，Stm32F407是一款ARM架構的32位單片機，主頻高達168MHZ，性能卓越，可以高速分析處理各類高精度傳感器的數據，流暢處理攝像頭數據，具有各種通信協議的硬件接口。ZigBee物聯通信技術作為本系統的主要通信方式，所用芯片是德州儀器公司的CC2530芯片。

高精度傳感器包括溫度、濕度、PH值、聲音傳感器，攝像頭。在檢測到涉密場所內溫度濕度異常時會向主機發送異常信號，主機接收后會打開室內攝像頭，并向上位機發出警告信息與監控信息。涉密場所內聲音過大時會由警報器發出1秒的警告信號，如果聲音信息經過相應算法分析出是蓄意破壞或非法闖入，警報器會立刻展開報警，并自動將涉密場所死鎖，發送信息到監控室上位機，通知安保人員。

RFID 是 Radio Frequency Identification 的縮寫，又稱為射頻識別。它借助射頻電磁波與貼有電子標簽（Tag）的物體進行數據通訊，從而得到物體的相關信息，實現對物體的識別。有源標簽的特點：工作頻段很高，能夠在很遠出進行讀寫識別，通信速率快。

本項目使用RFID電子標簽標記各涉密檔案以及身份卡信息。所有信息都有兩份，一份存儲于主控板上的SRAM芯片中，這種芯片擁有穩定性好，掉電不丟失等優點，另一份存儲在上位機數據庫中。硬件電路的設計如圖2所示。

4.系統無線通信方案設計

無線通信具有一些固有的缺陷，在通信過程中發射和接收過程有可能會受到別處信號的干擾，導致信號錯亂，因此需要制定通信協議來保證收發數據的正確性，所以在主從機之間選用MODBUS通信協議來保證通信的正常。

MODBUS協議是一個master/slave架構的協議。在整個MODBUS系統中，有一個通信結點是主機節點，其他的使用Modbus協議參與通信的結點是從機節點。每一個從機都有唯一的地址。MODBUS協議通信方式是主機發送一次數據，從機在接收到后回復給主機一次數據表示接收成功，在工業控制中只設置一個主機，主機發送指令給從機，從機再依次返回消息給主機，從機不會發消息給主機。MODBUS協議幀結構如圖3所示

協調器結點負責管理整個通信系統，它負責建立與控制維護通信網絡，在新的設備結點加入時會為其分配地址，同時負責結點數據更新的任務，同時處理收到的數據，通過UART串口通信將數據傳輸到服務器。協調器處理流程圖如圖4所示。

5.系統軟件方案設計

軟件部分同樣分為四大模塊：核心控制模塊、場所監控模塊、聯動報警模塊、通信模塊。

核心控制模塊任務主要為身份及權限檢測、文檔管理、異常信息分析、人際交互、結點通信。

檔案管理系統結構如圖5所示

場所監控模塊包含了大量傳感器，各傳感器結構如圖6所示。

聯合報警模塊在主控中心識別到下列任一異常信息時都會發出相對應的報警信息。

報警元素：溫度異常、濕度異常、煙霧異常、人數異常、人員異常、門鎖異常、檔案鎖柜異常、檔案缺失、檔案違規獲取、檔案逾期未還、檔案位置異常、結點損壞、結點離線、ZigBee通信異常、聯網異常、越權進入、越權獲取資料、權限卡使用者身份異常。

通信模塊主要包括了兩種通信方式，一種是基于ZigBee的短程通信網絡，用于統籌聯絡涉密場所里的各個結點。另一種是MODBUS，用于核心控制中心與上位機的通信。

通過基于ARM和ZigBee技術的涉密場所系統中的場所監控模塊可以獲得大量的場所環境數據以及存儲文檔數據，對這些數據進行蟻群優化處理，得到是否發生異常的分析結果，可根據分析結果反饋終端系統進行優化調控。

使用蟻群優化算法將采集終端的放置賦予權重，再結合場所內各傳感器的測量數據，該算法要求遍歷各值，求取最短路徑，在有一個路線且不允許重復的情況下，會出現不在路線上的點，那么此點作為誤差點被剔除。在經過多次優化后得到的數據為最優數據。服務器將根據數據和時間擬合出函數圖像與和云端專家提供的圖像對比。若得到的函數圖像超出合理誤差范圍，系統會給出警告，并提出合理的參考方案。

6.結論

相比于傳統的監控及檔案管理系統，本套系統具有傳統系統無法比擬的高可靠性與易用性。智能監控部分由高性能MCU自動控制，受到異常情況觸發時會立刻反應，可靠性遠高于人工檢測。檔案管理系統使用優秀的數據庫管理算法，能夠較好的管理現有檔案，對檔案分門別類。本系統能夠很好地實現對涉密場所的監控和場所內部涉密文檔的管理。

作者簡介：

戴進（2000-），男，漢族，江蘇泰州人，揚州大學本科在讀，電子信息工程方向。

基金項目：

2020年江蘇省大學生實踐創新訓練項目（X20200409）。

參考文獻：

[1]陳斌.涉密場所智能監控和檔案管理系統的設計與實現[D].華南理工大學，2015.

[2]鐘群，張暢.機要文書檔案管理的案例分析[J].電子技術，2021，50（07）：122-123.

[3]王海鋒.淺議檔案管理存在的問題與應對措施[J].現代企業，2021（07）：24-25.