学生公寓寝室防盗系统的设计与实现

四川省通信学会成都理工大学学生分会 刘文钦 严 欣 王亦君 罗 粟 李树丹

1.引言

学生公寓物品失窃时常发生，即使采取了许多措施，如增加防护栏、加大楼管人员的巡查力度，失窃现象仍难以杜绝。使用现在市面流行的大型企业级防盗系统，无疑会增加大量开支；而摄像头实时监控不仅成本高昂，而且有侵犯同学隐私之虞。结合学生公寓安防的实际需要，我们设计了这个寝室防盗系统，基于红外感应的探头，不会侵犯同学隐私，而且成本低廉，通过现有互联网线路即可完成信号传输，不需额外投入布线成本。

2.设计思路

针对传统防盗预警系统的缺陷和学生公寓特点，提出以“及时报警”、“方便管理员监控”的设计理念。同时要求该系统要满足性价比较高、实用性强、性能稳定、操作简单。

结合公寓防盗实际需求，设计系统应有功能：系统上电初始化时，通过红外遥控器把电话号码存储在GSM内部的EEPROM中。菲涅尔镜监测红外信号，当有人体红外触发菲涅尔镜时，51单片机检测到外部中断请求，立刻现场报警，通过GSM给宿舍成员发送短信，同时给公寓管理员终端发送报警消息。假如内部人员不小心误触发系统报警，可以通过红外遥控器公寓管理员发送误报消息，并使系统复位。

3.系统结构及各模块设计

寝室防盗系统主要包括三个部分：寝室监测终端、楼层信号传输端和管理员服务端。各部分又由不同的功能模块组成。寝室监测终端由红外传感器模块、GSM模块、单片机控制模块组成；楼层信号传输端则主要是以太网接口，负责上传异常数据；管理员服务端则是软件客户端和数据库两部分组成。

3.1 寝室监测终端

寝室监测终端主要包括51单片机、菲涅耳镜和红外遥控器、继电器等器件，红外监测模块安装在寝室门上面。终端接收到红外异常信息后，立刻现场响铃报警，发送短信给室长，同时通过楼层信号传输线路上传数据给管理员服务端。另外，当报警信号发送后30秒内，是误报监听时间，在这段时间内，监测终端会忽略红外模块的信号，转而监测红外遥控是否发送误报信息，如果红外遥控器发送误报信息，则监测终端向信号传输端发送误报信息，并通过GSM发送短信给室长提示误报。

3.1.1 MCU选取方案

51单片机对于该模块来说端口足够使用，价格便宜，功耗低，因此将STC89C51作为MCU的最终选取方案。

3.1.2 红外传感器模块

图1 红外传感器模块

该模块负责感应人体活动信号，传感器是使用菲涅尔镜制作的模块。当人进入感应范围，人体释放的红外光透过镜片被聚集在远距离A区或中距离B区或近距离C区的某个段的同心环上（如图1所示），同心环与红外线探头有一个适当的焦距，红外光正好被探头接收，人体移动造成红外信号移动，探头将光信号变成电信号送入电子电路驱动负载工作。整个接收人体红外光的方式也被称为被动式红外活动目标探测。

3.1.3 GSM模块

采用GTM900无线模块，它是一款三频段GSM/GPRS无线模块。其短消息业务模式支持TEXT和PDU。通过51单片机串口对GSM发送AT命令，即可实现发送PDU短信功能。手机号码需事先通过红外遥控器设置。

3.1.4 单片机控制模块

单片机控制模块主要是通过编程实现红外线遥控器对菲尼尔镜工作状态的控制、误报解除、设置手机号码等功能；另需控制I/O口向以太网接口发送异常信号以及控制GSM模块发送短信。限于篇幅，此处不再给出具体程序代码。

3.2 楼层信号传输端

每个楼层信号传输端可连接若干个寝室监测终端，信号传输端则通过网线上网，以便于和管理员服务端建立TCP连接。这里采用PIC18F97J60作为处理芯片，原因在于其效率较高、I/O资源多、有现成网络协议栈便于编程开发、价格较低等特点。楼层信号传输端能定义每一个I/O口对应的寝室号。

3.2.1 PIC以太网模块

工作在PIC单片机上的嵌入式TCP协议栈是其核心程序。这个模块符合IEEE 802.3中所有关于双绞线网络10Base—T连接的规定。它在内部实现了一些数据包过滤机制，用于限制传入的数据包。并提供了一个用于实现快速数据吞吐的内置DMA模块，以及硬件IP校验和计算。

3.2.2 工作方式

在定义好的I/O接口上连接相应寝室的监测终端，并与之共地，当寝室监测终端有异常发现后，会在信号线产生一个持续一段时间的高电平，信号传输端接收到此信号后会将相应的寝室号通过TCP发送给服务端。由服务端记录进数据库。

若寝室监测端的红外遥控器误报按钮在异常触发30秒内被按下，则监测终端也在信号线产生持续一定时间的高电平，信号传输端重发此寝室号，服务端修改数据库记录，标记为误报。

3.3 管理员服务端

管理员服务端界面用C#/.NET编写（如图2所示），并采用Microsoft Sql Server存储异常记录。管理员终端使用前需要确保能正常连接到互联网。当登录管理终端后，程序会开启一个委托线程负责监听TCP数据，当接受到来自监测终端的信号，以太网模块将信息通过TCP上传至管理员服务端，服务端会记录和处理这些异常数据。当第一次接收到报警数据时，立刻发出报警响铃，同时界面的绿灯变红发出警报；当在30秒内接收到相同警报信息时，说明是误报记录，系统自动清除报警响铃和红灯警报，并标记报警数据为误报。

图2 管理员服务端界面

4.总结

该防盗报警系统主要有以下特点：

(1)遥控器控制系统；

(2)用户可以自己设置报警短信电话号码，系统具有掉电保护功能；

(3)楼管终端具备多管理员登陆和密码保护功能；

(4)具有误报消息处理功能；

(5)可以实现现场报警、短信报警、管理员终端报警三路报警模式；

(6)能实现对整幢宿舍楼进行统一监督和管理；

(7)功能扩展方便；

(8)便于移植。

本设计虽是针对学生公寓寝室安全防盗的设计，也可进行功能扩展。如在寝室监测终端增加温度、湿度等传感器模块，可以进行火灾预警。该系统移植性比较好，只需对管理界面和数据库稍作修改，就可应用在居民小区、办公大楼的防火防盗。

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