基于WiFi的學(xué)生公寓綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

引 言

學(xué)生公寓是學(xué)生日常生活與學(xué)習(xí)的重要場(chǎng)所。公寓管理事關(guān)學(xué)生人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，關(guān)系到學(xué)校正常的教學(xué)、生活秩序，關(guān)系到學(xué)校和社會(huì)的穩(wěn)定。隨著學(xué)校后勤社會(huì)化改革， 學(xué)生住宿條件得到了很大改善，宿舍內(nèi)的電器、貴重物品等越來(lái)越多，學(xué)生公寓防火防盜、環(huán)境衛(wèi)生等方面的監(jiān)管面臨嚴(yán)峻考驗(yàn) ；同時(shí)寢室內(nèi)學(xué)生作息情況的管理，突發(fā)事件的預(yù)防等都是讓管理人員感到棘手的問(wèn)題?，F(xiàn)有安防系統(tǒng)將門禁系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)引入到管理中，或者兩者結(jié)合使用[1]。門禁系統(tǒng)對(duì)防盜有一定作用，但對(duì)火災(zāi)隱患無(wú)能為力，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，還可能成為學(xué)生及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)的障礙 ；而且，學(xué)生卡也存在互借和丟失等現(xiàn)象。監(jiān)控系統(tǒng)需等火災(zāi)等險(xiǎn)情發(fā)展到一定程度才能通過(guò)監(jiān)控設(shè)備發(fā)現(xiàn)，且存在侵犯隱私的潛在可能。因此，現(xiàn)有公寓管理系統(tǒng)的共同缺點(diǎn)在于設(shè)備投入較高，功能單一，對(duì)人的依賴程度高，監(jiān)管可靠性低。

本設(shè)計(jì)基于WiFi和傳感器網(wǎng)絡(luò) [2,3]，在對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，提供一種公寓綜合管理系統(tǒng)，解決目前傳統(tǒng)的公寓管理系統(tǒng)中存在的一系列問(wèn)題。本設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)建立公寓監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，集防火、防盜、環(huán)境監(jiān)測(cè)、作息情況考核等多種功能于一體，實(shí)現(xiàn)安防的智能化。

1 系統(tǒng)組成和原理

圖 1 為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。包括①傳感器模塊、②客戶端處理器模塊、③通信模塊、④數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、⑤控制模塊、⑥ 信息輸出模塊、⑦數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖模塊和、⑧分析處理模塊。傳感器模塊與客戶端處理器模塊相連 ；客戶端處理器模塊將傳感器模塊的感應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)信號(hào)傳遞給通信模塊， 數(shù)據(jù)處理服務(wù)器接收并處理通信模塊傳遞來(lái)的信號(hào)數(shù)據(jù)，并通過(guò)信息輸出模塊顯示最終監(jiān)測(cè)信息 ；控制模塊與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器相連，控制傳感器模塊的開(kāi)斷或設(shè)置傳感器模塊的預(yù)警閾值。

傳感器模塊為被動(dòng)式紅外探測(cè)器、語(yǔ)音傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、用電功率監(jiān)控傳感器中的一種或多種組合?？蛻舳颂幚砥髂K采用GS1010 SoC。GS1010 將IEEE802.11b/g 需要的高頻部分電路集成到了電路內(nèi)部，支持有線和無(wú)線兩種配置模式。通信模塊為WiFi 無(wú)線網(wǎng)卡通信模塊。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器包括數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖模塊和分析處理模塊，數(shù)據(jù)收發(fā)緩沖模塊采用大容量存儲(chǔ)設(shè)備，分析處理模塊采用CPU 進(jìn)行處理。信息輸出模塊為圖像顯示器、聲音報(bào)警器、燈光報(bào)警器和信息發(fā)送器的組合，圖像以分屏方式顯示。由于圖像顯示器、聲音報(bào)警器和燈光報(bào)警器一同提醒異常狀況，異常狀況被忽視的概率將大為減小。信息發(fā)送器同時(shí)發(fā)送異常狀況信息到手機(jī)等便攜式移動(dòng)設(shè)備上，使管理人員在因特殊情況暫時(shí)離開(kāi)值班房間時(shí)仍能及時(shí)獲悉異常狀況。

2 系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件部分

如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖所示，除傳感器模塊中的被動(dòng)式紅外探測(cè)器，用電功率監(jiān)控傳感器和客戶端處理器模塊中的GS1010 SoC 外[4]，其余均為安防系統(tǒng)中的常用模塊 [5-8]。如語(yǔ)音傳感器，溫濕度傳感器，煙霧傳感器，火焰?zhèn)鞲衅骷敖Y(jié)構(gòu)圖右側(cè)的數(shù)據(jù)返沖、處理部分。傳感器模塊中，添加被動(dòng)式紅外探測(cè)器和用電功率監(jiān)控傳感器，主要考慮了對(duì)作息時(shí)間的考勤和安全用電的監(jiān)測(cè)等因素。被動(dòng)式紅外探測(cè)器由光學(xué)系統(tǒng)、熱釋電傳感器等部分組成，其基本工作原理是光學(xué)系統(tǒng)將來(lái)自多個(gè)方向的紅外輻射能量經(jīng)反射或特殊的透鏡透射后全部集中在熱釋電傳感器上，而熱釋電傳感器將接收到的活動(dòng)人體與背景物體之間的紅外輻射能量的變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)，經(jīng)適當(dāng)處理后送到輸出端，觸發(fā)報(bào)警 [9]。該系統(tǒng)中的被動(dòng)式紅外探測(cè)器與市場(chǎng)中常見(jiàn)的被動(dòng)式紅外探測(cè)器略有不同，可將市場(chǎng)上現(xiàn)有被動(dòng)式紅外探測(cè)器進(jìn)行適當(dāng)改裝，修改其原有硬件開(kāi)關(guān)， 同時(shí)去掉其本身帶有的報(bào)警功能，將開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和報(bào)警觸發(fā)電平處理后，分別送入客戶端處理器模塊 GS1010。GS1010 是一個(gè)高度集成、超低功耗的無(wú)線片上系統(tǒng)，處理器性能高和外圍I/O 豐富。由于不同傳感器的工作電壓不同，信號(hào)輸出特性等有所差異，因此，除器件選型需要斟酌外，傳感器與GS1010 間的接口電路設(shè)計(jì)也極為重要，此處不詳細(xì)討論。結(jié)構(gòu)圖右側(cè)的數(shù)據(jù)返沖、處理部分在選取時(shí)要考慮所處理的數(shù)據(jù)規(guī)模等因素。

2.2 系統(tǒng)軟件部分

系統(tǒng)的軟件部分，主要實(shí)現(xiàn) 2大功能 ：一為環(huán)境節(jié)點(diǎn)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括配合硬件設(shè)備處理遠(yuǎn)程提取采集來(lái)的數(shù)據(jù)，設(shè)置預(yù)警閾值，控制輸出預(yù)警信息 ；另一功能為環(huán)境節(jié)點(diǎn)的控制，主要包括控制相應(yīng)傳感器的開(kāi)關(guān)和修改傳感器的靈敏度。其中，傳感器的開(kāi)關(guān)控制，主要是考慮到某些特定時(shí)段， 需要停用相應(yīng)傳感器，以及由于環(huán)境條件的變化等原因，需要重新修改傳感器的預(yù)警閾值等。軟件流程如圖 2所示。

3 系統(tǒng)性能分析

學(xué)生公寓綜合管理系統(tǒng)以WiFi技術(shù)為核心，通過(guò)將功能齊備的各型傳感器組合應(yīng)用，并利用現(xiàn)有的信息化設(shè)備，最終使得管理更智能化、全面化。與傳統(tǒng)的安全防護(hù)類系統(tǒng)相比， 基于WiFi技術(shù)的綜合管理系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)：

(1) 運(yùn)用傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)并通過(guò)軟件判斷觸發(fā)報(bào)警信號(hào)， 減少了管理過(guò)程中人的參與度，在節(jié)省人力資源的同時(shí)，也減小了人為因素對(duì)管理效果的影響 ；

(2) 可將公寓管理深入到各個(gè)寢室單元并利用WiFi網(wǎng)絡(luò)將信息及時(shí)反饋給管理人員，使得管理更加細(xì)致化，時(shí)效性更強(qiáng)；

(3) 由于反饋信息可同時(shí)發(fā)給多個(gè)部門，方便實(shí)現(xiàn)層層監(jiān)管，減少管理中的疏忽、漏洞，提高管理效能 ；

(4) 可實(shí)現(xiàn)安防與作息考勤等功能，系統(tǒng)管理功能多樣化，同時(shí)，由于考慮了傳感器的開(kāi)關(guān)控制，靈敏度調(diào)整和預(yù)警閾值修正等問(wèn)題，系統(tǒng)的可靠性較高。

結(jié) 語(yǔ)

本文提供了一種基于 WiFi 技術(shù)的學(xué)生公寓綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，給出了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理框圖和軟件流程圖。該系統(tǒng)集安防與作息考勤功能于一體，利用傳感器、無(wú)線WiFi 等信息技術(shù)在節(jié)省人力資源、減少人為因素干預(yù)的同時(shí)，提高了管理效率。需要說(shuō)明的是，系統(tǒng)的硬件、軟件性能會(huì)直接影響到數(shù)據(jù)的采集和傳輸 ；除此之外，傳感器節(jié)點(diǎn)和 WiFi 熱點(diǎn)的布局也是影響數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹匾蛩?，擬采用時(shí)域有限差分法（FDTD）建模，進(jìn)行布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前正在開(kāi)展上述研究，相關(guān)研究結(jié)果將在以后陸續(xù)呈現(xiàn)。