智能科学技术论文范文参考

　　在当今保险箱快速发展的同时，人们对资产及个人收藏品的全方位防护需求也同样在升级，而对于目前市面上的保险箱防护手段过于单一，应急反应缓慢等弊病，而造成了多起保险箱被盗事故。目前在贵重物品防护及相关珍藏品收藏的保险箱系统中，大多都采用物理安防手段，采取深层加密或者加厚保险箱外层材料厚度等等，虽然保护了保险箱内部的物品，但是系统不能保护保险箱自身，而常常造成保险箱本身失窃而给用户带来巨大损失。

　　摘要：提出了一种基于无线传感器网络技术的智能保险箱安防监测系统。该系统由前端监测设备、物联网网关和手机客户端3部分组成，实现了集远程监控、实时报警和、远程动态管理于一体的安防监测功能，并提出了部分重发算法等调优算法以减低丢包率。测试结果表明，该系统实现了所提出要求，并拥有系统稳定，发送快速，可纠正丢帧等优点，具有可行性与实用性。

　　关键词：无线传感器网络,智能保险箱,iPhone,远程监测,MSP430

　　0引言

　　在我国数字信息化发达的今天，无线传感器网络技术的兴起，已在各个安防领域得到广泛的应用[1]。但就目前而言，基于多手段，全方位，全天时的无线传感器网络技术如何让保险箱防护体系做到更安全，已经成为目前安防保险箱行业的一个重要研究课题。目前，传感器网络技术应用到保险箱的领域在国内还没有先例，有的企业也做了一些安防联动的手段，但是依然探测手段单一，无法真正达到实际应用的需求[2]。

　　针对现有的保险箱系统中存在的这些问题，将无线传感器网络引入现有保险箱系统中，希望能成为主流解决方案。仔细分析需求后，现代的保险箱安防系统应有以下特点：

　　（1）从硬件角度，该安防系统具有无线传感器网络的特点[3]：低功耗，自组织，可采集数据等，同时可发实时报警并追踪状态。该特点的使得保险箱一旦出现异常，可第一时间通知用户，并实时追踪动态。

　　（2）从用户角度看，安防系统提供多种查询方式，例如短信息，B/S架构访问页面，以及手机客户端等等，使用户时刻掌握保险箱的动态。

　　因此，为了实现以上功能，除了在系统中使用技术通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService，GPRS）[4]，全球定位系统技术（GlobalPositioningSystem，GPS）[5]等常规模块的同时，还需要增加不同功能的报警传感器（如震动传感器等）。同时，还需要引入更多的用户功能，例如用户可能会用到的网页支持，手机客户端等。

　　1基于物联网的安防监测系统功能分析

　　本文所属的安防系统的功能由以下子模块组成：

　　（1）前端监测设备

　　异常监测模块：包括了多种传感器（红外，震动，温湿度等）；

　　无线传输模块：通过GPRS模块将所有数据（报警信息，位置信息，心跳帧等）发送至网关；

　　定位模块：通过GPS完成对节点的定位；

　　视频采集模块：通过具有夜视功能的广角摄像头进行图像采集后会发送至服务器；

　　报警模块：监测节点将报警信息以短信方式发送至用户手机，手机客户端则以推送的方式提醒用户。

　　（2）服务器网关：一台连入公网的服务器，作为系统的中间件部分负责连接底层硬件与上层应用，收发和存储所有中间数据。

　　（3）用户手机应用：允许用户通过iPhone客户端对监控系统的状态和信息进行查询。

　　这些模块与功能是从实际应用角度进行划分与设计，实际上，他们是一个整体，之间有着非常紧密的联系，在某一功能被触发时，需要多个模块进行协同工作。

　　2硬件系统介绍

　　2.1系统结构

　　本监测系统共分为3个部分：前端监测，服务器网关和用户终端。

　　其中前端监测部分实时监测用户节点的异常变化，当有异常情况（震动，温度湿度超过标准值，非法闯入等）发生时，传感器将数据通过无线网络传输到服务器网关，并通过手机预警的方式通知用户。若此时节点被移动，还将对其进行实时跟踪。

　　服务器网关部分包括数据接收，数据解析处理，数据存储，有效数据挖掘4个部分。

　　2.2节点结构

　　监测节点主要功能为：利用传感器感应异常，利用GPRS传输数据，使用GPS模块获取位置，通过摄像头/麦克风等设备采集图像音频数据。

　　2.3数据流向

　　3软件实现及改进

　　本节将分2部分介绍系统的软件实现，从节点软件和上层iPhone客户端来详细说明本安防系统的工作方式。

　　3.1节点软件实现

　　3.1.1任务设计

　　下面会重点介绍核心模块的实现。

　　3.1.2接收中断的实现

　　如表1所示，系统中含有4个串口接收中断。出于功能分析与拓展性考虑，这些进程的流程基本类似，这里只介绍配置串口进程的实现，如图5所示。

　　3.1.3拍照功能的实现

　　系统选用摄像头为一款针对串口通信与微光条件的广角黑白摄像头，可作为JPEG照相机应用在系统中，获得高解析度的单帧图像，图像压缩成JPEG格式后通过串口传回主控设备。程序流程如图6所示。出于对系统性能的考虑，给收到的每个数据包重新打包，附加设备IMEI号与结尾校验位后再发送至后台服务器。这样的好处是，当多台设备同时发送数据时，后台程序将数据包的头尾进行解析，从而避免混淆。

　　3.2节点软件调优

　　3.2.1模式的选择

　　该模块拥有2种发送模式，分别是命令模式与透明模式，他们的特点为：透明模式模块收到的任何从串口得到的数据均会被转发出去，包括数据与AT命令。

　　在通常情况下，人们会默认使用命令模式来进行配置与数据解析，但在该模式下发送过程会因遇到某些特殊位而停止（例如中止位一般为0x1A），因此在该模式下无法发送例如JEPG图等16进制数据。但若使用透明模式，则无法解析短信或AT命令，使模块处于

　　为了解决这个问题，在本系统中引入混合模式，即命令模式与透明模式。

　　3.2.2丢帧的解决

　　（1）部分重发机制：仿滑动窗口协议

　　在本系统中，由于选用超低功耗芯片MSP430，因此不可能将整张图片保存在FLASH中。本文在此借用了TCP/IP中的滑动窗口协议原理实现部分重发机制。

　　（2）丢帧后的校正

　　此部分算法在网关服务器上实现，大致流程为：在服务器上将JEPG图像转化为BMP图像（利用GDI+实现），并获得其缩略图。然后利用灰度图像处理中的膨胀算法，通过计算空白区域周围的像素点获得内部像素点。

　　3.3iPhone客户端实现

　　3.3.1iOS系统与Objective?C介绍

　　苹果iOS是由苹果公司开发的手持设备操作系统。iOS与苹果的MacOSX操作系统一样，它是以Darwin为基础的，因此同样属于类Unix的商业操作系统。

　　iOS开发所需语言为Objective?C，它是扩充C的面向对象编程语言。

　　3.3.2iOS客户端设计

　　作为此监测系统的移动客户端，在iOS平台上实现主要功能为：用户登录，查询保险箱位置，查询实时图片，主动拍照与定位以及基本配置。这些功能既满足了客户的基本需求，又具有了一定的可移植性。

　　如上节所述，当保险箱报警模块被触发后（异常震动，湿度温度过高等），会将最新GPS位置信息，连同所采集到的图像信息发送至服务器。此时服务器会向iOS客户端发送一报警信息，随后客户端通过PUSH（推送）功能向手机使用者推送报警信息。若用户查看客户端，可以获取当前最新的所有信息，有助于帮助用户更好地管理以及追回保险箱。同时，该客户端提供用户主动查询位置与拍照功能，使用户了解保险箱的实时状态。

　　3.3.3iOS客户端实现

　　从用户角度进行需求分析，该应用主要用到与服务器交互，地图定位，图片操作，发送短信等功能。以上功能的实现将逐条介绍。

　　（1）与服务器交互

　　手机终端与服务器间的通信的数据格式采用可扩展标记语言格式（ExtensibleMarkupLanguage，XML），手机通过HTTP和SOAP方式与服务器进行数据交互。

　　SOAP方式可通过开源类“ASIHTTPRequest”与“GDATA”共同实现。

　　具体实现流程为：首先按照WEBService提供SOAP1.2请求示例打包SOAP请求字符串，同时按照该示例创建请求实例，所包含字段为：HOST，Content?Tpye，Content?Length与SOAPAction。完成后将该请求发送至Web服务器，在收到回复后利用SOAP类解析其中内容即可。

　　（2）地图定位

　　在iOS5.x及以下版本中，都可采用谷歌地图实现该功能。本软件利于MapKit框架并配合CoreLocation框架进行开发。在进入地图页面后，客户端访问Web服务器获得用户保险箱所在位置坐标，并对坐标值进行校对，而后标注在地图上。考虑到若保险箱丢失，用户无法判断陌生地点的情况，客户端允许用户分别以标准/卫星/混合3种方式查看地图。在载入地图后，客户端通过调用MKReverseGeocoder类反相查询坐标点信息，以获得所处位置的国家/城市/街道名，供用户更方便的追踪设备位置。

　　（3）数据信息处理

　　客户端提供3种数据信息服务：查看最新报警数据，查看历史数据与手动采集数据。查看最新报警数据是利用Web服务器从服务器读取最新数据，用户若认为此数据有用，那么可以连同该图片所在位置信息等保存至客户端，方便以后查看。另外，客户端可以通过短信方式控制用户拥有的监控设备进行数据采集，随后在更新服务器数据后显示在客户端上。

　　4功能测试

　　5结语

　　在对基于WSN的安防监测系统进行功能分析，系统设计与软硬件实现后，开发出了一套基于C/S架构的安防监测系统。该系统的硬件以超低功耗单片机MSP430为核心，具有无线传感器网络的优点，并结合了多媒体技术，具有稳定性高，正确报警率高，监测信息完善等特点。同时该套系统具有较为完善的用户服务，提供包括PC机，短信，用户网站与手机客户端等多种方式进行查询与追踪。

　　参考文献

　　[1]郭晓乐，杨瑞峰，贾建芳.基于WSN的工厂安防管理系统[J].山西电子技术，2012（5）：43?45.

　　[2]冯冠宇.网络保险箱设计与实现[D].长春：吉林大学，2008.

　　[3]李晓维.无线传感器网络技术[M].北京：北京理工大学出版社，2007.

　　[4]田齐，杨小平.安防报警系统中GSM通信模块的设计实现[J].科技信息，2006（10）：44?45.

　　[5]赵金东，马领先.基于GPS/GPRS的车辆监控系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2007，28（10）：2498?2500.

　　[6]周钦山.基于Client/Server模式的煤矿安全监控系统软件设计[D].济南：山东大学，2008.

　　[7]周学泳，石丹.短信息（SMS）与WAP的开发及应用[M].北京：电子工业出版社，2002.

　　[8]杨靖，洪露，李捍东.基于WSN的家居安防系统中防入侵探测节点的设计[J].计算机衡量与控制，2012（7）：1941?1943.