基于無線傳感器網絡智能保險箱安防系統的設計研究

石陽陽

摘要：提出一種C/S框架的系統，這一安防系統由多個成分所構成，例如客戶端以及監測設備，達到了安防監測功能的目的，同時采用重發算法，以便能夠降低丟包率。通過研究得知，這一系統能夠滿足設計要求，且存在著一系列優點，即系統可靠、能夠糾正丟幀等，有著較為理想的實用性。

關鍵詞：安防系統;報警傳感器;保險箱;GPRS技術;無線傳感器網絡

引言：對于保險箱安防系統來講，需要具備下述特點：功耗不高，能夠采集數據等，另外，在發出警報信息的同時，可以對狀態進行追蹤。保險箱如果發生異常，能夠及時告知用戶。通過安防系統，應當可以提供一系列查詢方式，如客戶端，以便能夠隨時了解保險箱動態。基于此，為實現上述功能，基于系統，不但引入GPRS以及GPS技術，還應當融入報警傳感器。除此之外，應當引進一系列用戶功能，比如客戶端。

1.安防監測系統功能分析

（1）前端監測設備。報警模塊：通過短信，把信息發送到手機，在客戶端，實行推送的方法，來提示用戶。監測模塊：其中包含一系列傳感器，例如震動。采集模塊：借助廣角攝像頭，在采集完圖像之后，發到相關的服務器。傳輸模塊：借助GPRS模塊，把全部數據輸送到網關。（2）服務器網關：通過接入公網的服務器，收發以及保存全部中間數據[1]。（3）手機運用：借助客戶端，可以查詢到系統狀態以及信息。站在應用的角度，來區分以及設置模塊、功能，屬于一個整體，彼此間存在著很大的聯系，當觸發某功能時，應當通過一系列模塊來開展協同作業。

2.硬件系統介紹

（1）系統結構。該監測系統包含多個部分，對于前端監測，可以對異常變化進行監測，在出現異常現象時，借助網絡，把數據送至網關，同時以預警的形式，來提醒用戶。如果這個時候節點被移動，還會開展跟蹤。網關包括多個部分，例如數據保存以及挖掘等。在用戶終端中，有著多個平臺，例如定位以及訪問平臺。預警平臺：采取短信的方式，把異常告知用戶;訪問平臺：借助手機，對服務器進行訪問，同時獲得相關信息。通過手機定位，可以定位保險箱，且掌握其狀態。系統結構見圖1。（2）節點功能。核心功能有：通過傳感器掌握異常，借助GPRS模塊傳送信息，基于GPS模塊，獲得相應的位置，利用一系列設備，獲取圖像以及數據，例如攝像頭[2]。（3）數據流向。當處于穩定狀態，節點任務有：獲得信息、傳送心跳幀等，保證在線，且查詢最新位置。在觸發模塊之后，把警報信息輸送到后臺，且第一時間告知用戶異常。

3.軟件實現與改進

3.1節點軟件實現

（1）任務設計。基于對單片機的考慮，并結合系統的要求，針對uC/OS-Ⅱ，將其看成操作系統，最大程度科學分配任務進程。在系統初始化結束之后，會終止全部進程，接下來，釋放有關內存。系統僅保存一些進程，以實現一系列功能，例如數據接收。進程之外的進程，通過中斷的形式，來開展搶占。（2）接收中斷的實現。在整個系統中，存在著多個接收中斷。基于對拓展性以及功能的分析，流程差不多類似。站在系統角度來分析，可將任務看成數據接口：通過串口獲取數據，同時借助信號量，傳送至別的進程。故而進程運行，對以下任務開展初始化，也就是緩沖區以及超時任務。前者工作：在中斷進入時，讀入字符，保存于緩沖區;后者工作：在獲取字符之后，如果在兩毫秒內，未進入字符，則把之前的字符傳遞到信號量。（3）拍照功能的實現。系統選擇黑白攝像頭，能夠看成照相機，被運用于系統，獲取相應的單幀圖像，在轉換成JPEG格式之后，借助串口的作用，傳送至主控設備。基于對系統性能的考慮，對于接收的數據包，都進行再次打包處理，在通過校驗位之后，傳送到服務器。通過這樣的方式，在對數據進行發送時，可以實現對頭尾的解析，進而能夠防止混淆。

3.2節點軟件調優

（1）模式的選取。此模塊存在多種發送模式，基于命令模式，能夠對命令進行解析，同時發送信息。透明模式：可以對數據進行轉發，既包含數據，也包括AT命令。一般情況下，會借助命令模式，來開展配置等，不過在這一模式下，會由于碰上一些特殊位，進而終止，故而基于這一模式，難以傳輸16進制數據。另一方面，如果考慮透明模式，則難以對短信進行解析，為更好處理該問題，選用混合模式。當初始化時，處于命令模式，用來對配置短信進行處理。在傳輸數據時，處于透明模式，采取16進制格式，進一步來傳輸數據，在結束之后，回至該模式繼續等待。使用混合模式之后，不但可以處理AT命令，也能夠發送數據。相較于使用之前，極大提升了發送效率，同時減少了丟幀率。

（2）丟幀的處理。此系統中，因為選擇MSP43O，所以無法把整張圖儲存于FLASH。基于此，通過窗口協議原理，來達到一些重發機制。將窗口大小設成3，獲取數據包之后，發送ACK，則表示有效完成接收。在既定時間內，若未收到，則再次發送數據包。在成功接收之后，開展下次發送。丟幀之后的校正。基于服務器，進一步來實現這一部分算法，流程如下：對圖像進行轉化，以形成BMP圖像，同時獲取相應的縮略圖[1]。接下來，通過膨脹算法，對像素點進行計算。最終對于空白處，通過放大縮略圖，從而來實現填充。在有效應用這一算法的基礎上，可以對丟幀圖像進行糾正。

3.3客戶端實現

（1）相關介紹。iOS幾乎類似于操作系統，主要基于Dar-win，是一種商業操作系統。可將iOS架構分成多層，例如Media層。對于Cocoa Touch層：能夠支持系統行為，能夠減少工作量。Media層：其中既包括音頻，也包含圖形。在iOS開發過程中，應當借助C語言，屬于一種編程語言。（2）iOS客戶端設計。對于移動客戶端，其可以實現多項功能，例如圖片以及位置的查詢。在符合基本需求的同時，也存在著較好的可移植性。通過客戶端架構，來開展設置，借助相關協議以及服務器，例如HTTP，從而達到數據交互的目的。在觸發模塊之后，會把信息輸送到服務器。這個時候，向用戶提示信息。如果查看客戶端，能夠查詢當前全部信息，則便于更好管理保險箱。并且通過查詢以及拍照功能，可以掌握其實時狀態。（3）客戶端實現。①和服務器交互。對于通信數據格式，實施XML格式，借助HTTP協議，并且采用SOAP方式，從而實現數據交互。②地圖定位。進到地圖頁面之后，通過訪問服務器，獲取相應的位置坐標，同時開展校對，在此之后，標注于地圖。如果保險箱丟失，難以辨別陌生地點，可以采用多種方式，來查看地圖，例如衛星。載進地圖后，對坐標點信息進行調用，以掌握所處位置的信息，有助于找到設備位置。

結論：針對WSN安防監測系統，對其功能開展分析，在設置和硬件、軟件實現之后，研究出C/S框架的系統。硬件主要基于MSP430，有效融合了多媒體技術，存在著一系列特點，即：可靠性理想、信息健全等。通過這一套系統，可為用戶提供更為優質的服務，可以采取多種方式，例如短信，來開展查詢以及追蹤。

參考文獻：

[1]劉天俊，潘健，王鵬，廖揚凡，陳新旗.具有視頻捕獲的GSM-GPS多功能智能保險箱安防系統[J].湖北師范學院學報（自然科學版），2020，36（02）：85-89.

[2]何燁，趙魯陽，王營冠.基于無線傳感器網絡智能保險箱安防系統的設計[J].現代電子技術，2019，36（12）：137-142.

[3]賀黎湘.五項專利進軍安防市場 恩爾保險箱打造致富良機[J].現代營銷（創富信息版），2018（09）：49.