基于M2M的防遗失报警系统设计与实现

2014-03-15于继明樊继标秦伟楠

金陵科技学院学报 2014年1期

于继明，樊继标，秦伟楠

(1.金陵科技学院信息技术学院，江苏南京 211169; 2.江苏省信息分析工程实验室，江苏南京 211169)

随着物联网技术创新应用，物联网概念的提出引发了继互联网之后全球信息产业发展的又一次高潮，受到了世界各国的高度重视。其核心部分是机器之间的互联互通，即M2M(Machine to Machine)。M2M是物联网实现的底层平台，是处理物联网设备之间的信息交互通道[1-2]。生活中，人们经常会遗失贵重的物品，造成财产损失及不必要的麻烦。研究设计一种通用的便于携带的防遗失设备，在物品处于监管范围之外时，能够及时发出报警信息，让物品主人及时注意到物品在安全监管范围外有遗失风险，在很大程度上辅助人们挽回损失。本文围绕这一问题，采用Android蓝牙串口通信协议，设计基于M2M的防遗失报警系统，当物品超出10 m的监管范围时，防遗失报警系统自动报警。

1 防遗失报警系统原理与方案设计

1.1 防遗失报警系统原理

基于M2M的防遗失报警系统，由两个物理模块组成：随物品一起的防遗失模块和手机监测报警模块(以下简称监测报警模块)，两个模块之间可通过蓝牙、WIFI等形式进行M2M的信息交互。当防遗失模块与监测模块距离大于设定的监管距离时，两个部分同时发出报警信息，提醒物品监管者当心物品遗失。

1.2 防遗失报警系统方案设计

防遗失系统由防遗失模块、监测报警模块组成，如图1所示。系统的通信交互采用蓝牙2.0，实现防遗失模块与监测报警模块之间的M2M通信，蓝牙2.0协议是目前手机生产中标准的配置。监测报警模块采用基于Android 2.2的版本，基本上所有Android手机均能支持，实现对防遗失模块的监测及一定条件下的报警功能。防遗失模块硬件主要由3部分组成：蓝牙通信模块、信息处理模块、声音报警模块。防遗失模块与贵重物品绑定，系统启用时，监测报警(手机端)模块与防遗失模块通过蓝牙进行握手连接，保持连通交互。当物品(绑定防遗失模块)与监测报警模块距离超过监管范围(本系统设置为10 m)时，监测报警模块认为物品处于监管范围之外，有遗失风险，发出振动或者声音报警提示。防遗失模块在与监测报警模块“失联”时，启动报警功能，发出鸣叫及闪烁信号，引起物品监管者注意，防遗失模块的声音报警功能可方便地向物品监管者报告自身位置。

图1 基于M2M技术的防遗失系统原理Fig.1 The anti-lost system based on M2M technology

2 防遗失报警模块硬件设计

防遗失报警系统由防遗失模块、监测报警模块组成。监测报警模块运行于支持Android 2.2及以上版本的手机或智能终端，通信协议支持蓝牙2.0标准，本系统的开发与测试终端为htc328手机。防遗失模块由蓝牙发射模块、主控模块、报警器组成，系统的硬件电路原理如图2所示。

图2 防遗失模块电路原理Fig.2 The circuit of anti-lost module

2.1 蓝牙发射模块

防遗失模块的蓝牙发射模块用于与监测报警模块的终端蓝牙信号连接及信息交互。本系统采用的蓝牙发射模块为HC06，支持无线收发，功率可调输出，可实现10 m以内的安全距离设定，体积较小，可以设计成钥匙饰物等小挂件，易于携带[3]。系统启动后，蓝牙开始根据设定的ID、密码等信息，进行初始化工作，并等待监测报警模块的信号连接；在握手连接成功后，则进入工作状态，根据设定的时间定时与手机端保持信息交互，以确定与监测管理端保持在安全监管范围内；当设定的时间段内与监测报警端“失联”时，则向信息处理模块发送报警信息，同时继续保持待连接状态。

2.2 主控模块

主控制子功能模块采用高性能的89C51芯片，功耗小，处理能力强。用于连接蓝牙模块、声音报警模块及闪光灯模块。通过运行片内程序[4-5]，输出设置信号，对蓝牙模块进行设置，并对接收的数据进行分析处理，确定本模块是否与监测报警终端处于可监管的安全距离。如果在工作状态，处于安全距离，则无响应，若处于“失联”状态，则灯光闪烁，同时驱动声音模块发出报警声音。

2.3 报警器模块工作原理

报警功能模块采用采用9012三极管驱动，安装方便。内部带震荡源，在“失联”状态下，处理模块输出一个高电平，改变状态到报警状态。若恢复“联通”状态，则重输出低电平，取消报警，恢复正常状态。

3 防遗失报警系统工作流程

3.1 防遗失系统工作流程

防遗失模块加电启动，需要人工打开系统工作按键，系统初始化并等待连接防遗失监测报警模块(手机)，进行等待状态，指示灯闪烁；打开监测报警模块(Android手机端)，点击“连接”功能，搜索与验证防遗失模块蓝牙名称。选择正确的蓝牙名称，建立连接。手机验证防遗失模块，输入正确防验证密码，系统进入连接状态，系统LED指示灯由闪烁变成常亮，如果密码验证错误，不能建立连接，系统LED指示灯保持闪烁状态并发出同频率的警报声。

图3 系统工作流程Fig.3 The working system

3.2 监测报警工作过程

当监测报警模块与防遗失模块连接完成，建立实时通信之后，进入正常工作状态；系统状态由正常工作状态转化为非正常状态时，说明监测报警模块(手机端)与防遗失模块断开连接，防遗失模块发送警报信号，系统启动声音警报模块发出警报声，向物品主人提醒并通过声音报告本身位置；监测报警模块也同时发出振动或者声音报警，提示物品正在面临遗失风险。如果要解除报警功能，手动关闭防遗失模块电源或者关闭手机蓝牙功能即可。

4 防遗失报警系统软件实现

基于M2M的防遗失报警系统关键技术是M2M通信与交互技术。在防遗失模块与监测报警模块之间，根据应用需求，自动进行握手连接和身份认证，并根据实时的连接状态进行信息的交互，以及正常与非正常状态的转换。

4.1 防遗失模块信息处理软件算法设计

防遗失模块软件部分功能主要是89C51编程，完成系统初始化，并根据当前连通状态，判断报警条件进行状态转化，并判断报警条件，实现报警功能或者恢复正常状态。部分功能实现如下：

Anti_loss_init(Led,Buzzer,Buffer);//初始化防遗失报警模块，//Led初始化灯的状态，Buzzer报警状态，Buffer 常驻数据区，设置防遗失模块蓝牙开启状态

Anti_loss_judge(Led,Buzzer,Buffer,State)

//判断是否系统两部分“失联”，若“失联”则驱动LED闪烁，同时模块报警；

while(1)

{

delayms(time);//系统采集数据间隔

Monitor_Buffer() //对数据区数据分析，确定其所处状态：等待连接、连接、失联

Alert(Buzzer);//根据状态报警；

SetState()//清除数据位，进入下一轮数据采集。

}

4.2 监测报警端(手机端)软件算法设计

防遗失监测报警模块(手机端)软件主要功能：本地(主)蓝牙端口检测与管理操作；查询从蓝牙设备；与从蓝牙设备建立连接，匹配蓝牙密钥并验证；链接完成之后，实现手机与防丢失系统实时数据交互。

Anti_loss_Android_init(Buffer);//初始化监测报警模块，绑定按钮动作，实现监听服务端口，打开通用唯一识别码UUID(Universally Unique Identifier)服务

public void onCreate(buffer) //设置基本参数

super.onCreate(UUID);//创建UUID服务

setContentView(R.layout.main);//启动监测报警界面，显示菜单内容

judgeblutooth(_bluetooth == null)//检测并自动打开本地蓝牙设备

{

openblutooth_device(_blutooth)

return;

}

public void anti_loss_find&connect( ) // 搜寻防遗失模块，连接与证

{ //开始搜索

_bluetooth.startDiscovery(); //搜寻防遗失模块

Dispaly_result(info); //显示搜寻结果

}

_bluetooth_Discovery(bluethoonstate) //根据当前的搜索状态确定是否连接

try{

_socket=_device.createRfcommSocketToServiceRecord 如果状态正确，创建服务

(UUID.fromString(Uuidstring));//设置UUID串码

//Open_local_bluetooth()//打开本地蓝牙设备

Display("打开服务成功");

}

catch(IOException e){ //处理出错信息

dispay("打开服务不成功"+errorcode);

return;

}

4.3 软件界面设计

根据应用需求，创建一个易用美观的用户界面，可以为用户提供更舒适的操作体验。防遗失报警系统手机端用户界面设计主页面用的是线性布局控件(LinearLayout)布局方式。系统界面如图4所示。列表视图图标选项栏列举了防丢失系统的查询和取消两项列表项。为每个按钮都绑定相应的监测服务功能，可以通过用户界面的形式来管理开关蓝牙等操作。

图4 手机端监测报警软件界面Fig.4 The interface of mobile phone monitor-alarm software

监测报警(手机端)界面中，“查找设备”可以查询到其设定范围内的蓝牙设备，并以列表的形式显示；“选择设备”需要选择与本系统相关的设备，如果选择搜索到的其它设备，则连接用户识别码时会失败，选择防遗失模块，则可以进行身份验证状态，进入下一步“连接”操作。“连接”功能，需要输入密码验证，确认后进入工作状态。系统实时监测两个物理模块之间是否处于监管范围内，如果有遗失风险时，则两个模块将同时做出响应。