智能安防管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：運(yùn)用TCP／IP的通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、視頻編解碼、GSM遠(yuǎn)程通信技術(shù)等設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了集安防終端主機(jī)監(jiān)控報(bào)警、安防探頭監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警等功能一體的一種智能安防管理系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)組成框圖及其實(shí)現(xiàn)方案。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用檢測，該系統(tǒng)性能可靠、易于使用，有效地實(shí)現(xiàn)了快速報(bào)警、處警，遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，提高了安全防護(hù)水平，具有廣泛的實(shí)用價值。

關(guān)鍵詞：智能安防；嵌入式系統(tǒng)；以太網(wǎng)通信；GSM遠(yuǎn)程通信；視頻監(jiān)控

O 引言

    近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化智能安防當(dāng)前面臨新的發(fā)展契機(jī)。目前市場中常見的各種居家智能安防產(chǎn)品從功能上講基本上是本地被動單向報(bào)警，不能進(jìn)行遠(yuǎn)程布控，不能進(jìn)行報(bào)警實(shí)時處理以減少損失和搶救生命，也不能記錄犯罪證據(jù)以便迅速捕捉嫌疑犯，功能上有明顯的不足。為解決傳統(tǒng)安防系統(tǒng)的缺點(diǎn)和不足，滿足人們對智能安防管理系統(tǒng)的需要，結(jié)合TCP／IP通信技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、視頻編解碼技術(shù)、GSM模塊遠(yuǎn)程通信技術(shù)等設(shè)計(jì)了一種集安防終端主機(jī)監(jiān)控報(bào)警、安防探頭監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警等功能為一體的智能安防管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對多個重要點(diǎn)(如門、窗等)進(jìn)行監(jiān)控管理，發(fā)現(xiàn)異常情況及時就地報(bào)警，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程報(bào)警及全面的聯(lián)動處警。

1 系統(tǒng)的組成及工作原理

    該系統(tǒng)由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分包括一個處理核心業(yè)務(wù)的智能安防服務(wù)器、安防終端主機(jī)、多組安防探測器、聲光報(bào)警器、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、GSM通信模塊。軟件部分為位于處理核心業(yè)務(wù)的智能安防服務(wù)器上的服務(wù)器軟件以及位于網(wǎng)絡(luò)管理平臺的接警中心管理系統(tǒng)軟件。設(shè)計(jì)總體框架如圖1所示。

    該系統(tǒng)中安防終端主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、手機(jī)及網(wǎng)絡(luò)管理平臺的接警中心管理系統(tǒng)首先要登陸智能安防服務(wù)器。安防終端主機(jī)通過對無線紅外探測器、無線門窗磁發(fā)射器、無線煙霧探測器等安防探頭進(jìn)行實(shí)時的布防、撤防與監(jiān)控。當(dāng)探測到有非法人員入侵、發(fā)生火災(zāi)等異常情況時，安防探頭將發(fā)射射頻信號給安防終端主機(jī)，安防終端主機(jī)接到信號將通過專門接口與聲光報(bào)警器相連，現(xiàn)場立即發(fā)出報(bào)警信號，并啟動視頻聯(lián)動報(bào)警記錄現(xiàn)場，同時將報(bào)警信息通過以太網(wǎng)或局域網(wǎng)傳到接警中心管理系統(tǒng)，在接警中心主機(jī)屏幕上立刻顯示出報(bào)警地點(diǎn)的具體位置，同時接警中心收到信息后可以實(shí)時通過服務(wù)器進(jìn)行基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報(bào)警。能夠利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理與信息查詢，管理者在外時可以利用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭隨時了解當(dāng)前安防情況，能通過登陸接警中心管理系統(tǒng)或通過瀏覽器登陸安防終端主機(jī)查看各安防設(shè)備的狀態(tài)、并調(diào)動智能處理模塊改變安防設(shè)備的狀態(tài)，對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時設(shè)防、撤防等設(shè)置。同時該系統(tǒng)中的智能安防服務(wù)器可將相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄下來以備查閱，實(shí)現(xiàn)對各種日志信息的管理，包括系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息、安防探頭監(jiān)控管理、異常處理、報(bào)警等以及安全等級變更信息等內(nèi)容。通過日志讓用戶了解系統(tǒng)的當(dāng)前與歷史狀態(tài)，方便用戶對系統(tǒng)的維護(hù)。

2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

    該系統(tǒng)按照功能模塊，主要分為安防探頭監(jiān)控管理、視頻監(jiān)控、異常處理、系統(tǒng)日志管理等功能模塊。安防探頭監(jiān)控管理主要是可通過瀏覽器登陸安防終端主機(jī)或利用接警中心管理系統(tǒng)或直接通過安防終端主機(jī)控制無線安防探頭終端主機(jī)，對安防終端主機(jī)進(jìn)行總體布控，或是對無線紅外探測器、無線門窗磁發(fā)射器、無線煙霧探測器等各個安防探頭進(jìn)行實(shí)時的設(shè)防、撤防與監(jiān)控；視頻監(jiān)控主要是通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，并對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化存儲，記錄現(xiàn)場情況；異常處理包括本地報(bào)警響鈴，本地值班室報(bào)警，遠(yuǎn)程短消息通知，遠(yuǎn)程管理員報(bào)警，一旦發(fā)生異常情況，本地報(bào)警響鈴后報(bào)警響報(bào)警信號由各終端安防設(shè)備發(fā)出傳至服務(wù)器，聯(lián)動處警，并通過GSM通信模塊接入GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)施遠(yuǎn)程警報(bào)。系統(tǒng)日志管理則實(shí)現(xiàn)了對各種日志信息的管理。圖2反映了系統(tǒng)的總控流程圖。本文主要介紹安防終端主機(jī)、視頻監(jiān)控以及GSM通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3．1 安防終端主機(jī)

    安防終端主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括：探測器報(bào)警輸入接口、微控制器、以太網(wǎng)控制芯片、外部EEPROM存儲器、報(bào)警輸出、32字符液晶屏、4個發(fā)光二極管、電源電路、復(fù)位電路、鍵盤等部分。微控制器的主要作用是對報(bào)警輸入輸出I／O口和其它部分進(jìn)行控制，同時實(shí)現(xiàn)接收和傳送相關(guān)數(shù)據(jù)、處理以太網(wǎng)通信等功能，因此要選用具有較多的通用I／O口和外圍資源豐富便于構(gòu)建外圍電路的芯片。本系統(tǒng)微控制器選用的是高性能PIG單片 PIC24FJ256GA106。以太網(wǎng)控制芯片選用ENC28J60，可為嵌入式系統(tǒng)提供低引腳數(shù)、低成本、精簡的遠(yuǎn)程通訊解決方案。EEPROM主要用于存放本地網(wǎng)頁代碼和重要數(shù)據(jù)，如用戶名、密碼、接警平臺服務(wù)器名、收到的探測器編碼等，即使掉電，程序和數(shù)據(jù)也不會丟失。本系統(tǒng)通過無線／有線模塊實(shí)現(xiàn)與安防探測器的信號交互，完成報(bào)警輸入輸出的功能。信號輸入及輸出接口電路由接收模塊TDL208、發(fā)送模塊TDL9912及外圍電路構(gòu)成，但這兩個芯片無白帶編碼，因此采用軟解碼方式。

    安防終端主機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括本地主機(jī)設(shè)置處理模塊、本地網(wǎng)頁設(shè)置模塊、網(wǎng)絡(luò)連接模塊、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控處理模塊以及遠(yuǎn)程升級模塊。系統(tǒng)以Microchip平臺MPLAB IDEv8．14環(huán)境下采用MPLABC32進(jìn)行程序編寫，軟件可讀性強(qiáng)，便于調(diào)試與維護(hù)升級，并且有利于較復(fù)雜控制算法的實(shí)現(xiàn)。

    每個安防主機(jī)都是一個獨(dú)立的系統(tǒng)，在安防主機(jī)啟動服務(wù)時，需要向服務(wù)器進(jìn)行注冊，并定期和服務(wù)器通信，在服務(wù)器上維護(hù)一個正在運(yùn)行的安防主機(jī)的信息列表，定時更新該列表，將安防終端主機(jī)當(dāng)前的IP地址、主機(jī)名、布控、警報(bào)等信息提供給接警中心管理系統(tǒng)。接警中心管理系統(tǒng)首先連接服務(wù)器，得到身份認(rèn)證后，獲得正在運(yùn)行的安防主機(jī)信息列表，然后選擇需要連接的監(jiān)控點(diǎn)進(jìn)行連接后可查看該主機(jī)

信息及進(jìn)行遠(yuǎn)程布控。在接警中心管理系統(tǒng)主界面為所設(shè)區(qū)域的電子地圖，可以獲知哪些地點(diǎn)安防主機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)有報(bào)警情況出現(xiàn)，報(bào)警點(diǎn)的位置會有警示信息。

3．2 視菝監(jiān)控

    視頻監(jiān)控主要包括監(jiān)控現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)攝像頭、服務(wù)器及位于接警中心的視頻數(shù)據(jù)接受播放模塊、云臺和鏡頭控制模塊。監(jiān)控現(xiàn)場的網(wǎng)絡(luò)攝像頭實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時采集、H．264壓縮編碼、打包傳送，并對壓縮的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化存儲。視頻服務(wù)器主要完成與監(jiān)控現(xiàn)場的通信、用戶的身份認(rèn)證、與接警中心的通信以及登陸信息等功能。接警中心可以通過廣播、組播、單播的方式接收視頻數(shù)據(jù)，同時必須完成緩沖管理、H．264的實(shí)時解碼、回放等功能，還可以修改和查看用戶的信息、修改監(jiān)控現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)攝像頭等信息。

    每個網(wǎng)絡(luò)攝像頭在啟動時同樣需要向服務(wù)器進(jìn)行注冊，發(fā)送網(wǎng)絡(luò)攝像頭的信息列表，包括網(wǎng)絡(luò)攝像頭設(shè)備名稱、IP地址、端口等，服務(wù)器將這些信息傳遞給接警中心。網(wǎng)絡(luò)攝像頭在開啟時就有偵聽功能，等待接警中心或服務(wù)端的連接請求，將編碼后的數(shù)據(jù)流通過TCP發(fā)送給接警中心。接警中心和網(wǎng)絡(luò)攝像頭建立連接后，等待接收數(shù)據(jù)包，并實(shí)現(xiàn)解碼回放。對于接警中心管理系統(tǒng)中視頻監(jiān)控部分的設(shè)計(jì)如圖5所示。視頻監(jiān)控啟動時，可遠(yuǎn)程控制云臺、鏡頭等設(shè)備，自由選擇監(jiān)控目標(biāo)，將接收到的視頻數(shù)據(jù)流解碼并實(shí)時顯示到屏幕中。

3．3 GSM通信模塊

    GSM通信模塊主要采用短信貓，通過串口與計(jì)算機(jī)連接，通過AT指令，與GSM網(wǎng)絡(luò)直接交互，控制進(jìn)行短信的收發(fā)。報(bào)警信息以AT命令的形式寫入GSM模塊并通過短消息發(fā)送到用戶手機(jī)上，以便用戶采取相應(yīng)的處理措施。具體實(shí)現(xiàn)流程為遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊串口初始化，遠(yuǎn)程通訊GSM模塊初始化，短消息編碼，短消息發(fā)送，確認(rèn)成功。

4 結(jié)束語

    該系統(tǒng)已部署于學(xué)校信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心及部份家庭、商戶中試用，進(jìn)行安防管理，實(shí)現(xiàn)了本地報(bào)警以及通過電信寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行報(bào)警及全面的聯(lián)動處警，結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、誤報(bào)警率低、使用簡單、成本低廉，能夠滿足用戶的需求。該系統(tǒng)充分利用嵌入式網(wǎng)絡(luò)通信上的優(yōu)勢，安防方面的報(bào)警迅速、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，還能對該系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件的升級和整合新的功能模塊，滿足智能家居安防上未來發(fā)展的需要。該系統(tǒng)還可以用在銀行、圖書館和博物館等需要安防和遠(yuǎn)程監(jiān)控的地方，應(yīng)用廣泛，具有可開發(fā)性及可拓展性。