基于WiFi的學生公寓綜合管理系統(tǒng)設(shè)計方案

引 言

學生公寓是學生日常生活與學習的重要場所。公寓管理事關(guān)學生人身安全和財產(chǎn)安全，關(guān)系到學校正常的教學、生活秩序，關(guān)系到學校和社會的穩(wěn)定。隨著學校后勤社會化改革， 學生住宿條件得到了很大改善，宿舍內(nèi)的電器、貴重物品等越來越多，學生公寓防火防盜、環(huán)境衛(wèi)生等方面的監(jiān)管面臨嚴峻考驗 ；同時寢室內(nèi)學生作息情況的管理，突發(fā)事件的預防等都是讓管理人員感到棘手的問題?，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)對防盜有一定作用，但對火災(zāi)隱患無能為力，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，還可能成為學生及時撤離危險區(qū)的障礙 ；而且，學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)等險情發(fā)展到一定程度才能通過監(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)的共同缺點在于設(shè)備投入較高，功能單一，對人的依賴程度高，監(jiān)管可靠性低。

本設(shè)計基于WiFi和傳感器網(wǎng)絡(luò) [2,3]，在對現(xiàn)有技術(shù)進行改進的基礎(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)中存在的一系列問題。本設(shè)計利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)建立公寓監(jiān)測管理系統(tǒng)，集防火、防盜、環(huán)境監(jiān)測、作息情況考核等多種功能于一體，實現(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的信號數(shù)據(jù)，并通過信息輸出模塊顯示最終監(jiān)測信息 ；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斷或設(shè)置傳感器模塊的預警閾值。

傳感器模塊為被動式紅外探測器、語音傳感器、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。客戶端處理器模塊采用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，支持有線和無線兩種配置模式。通信模塊為WiFi 無線網(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設(shè)備，分析處理模塊采用CPU 進行處理。信息輸出模塊為圖像顯示器、聲音報警器、燈光報警器和信息發(fā)送器的組合，圖像以分屏方式顯示。由于圖像顯示器、聲音報警器和燈光報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)送器同時發(fā)送異常狀況信息到手機等便攜式移動設(shè)備上，使管理人員在因特殊情況暫時離開值班房間時仍能及時獲悉異常狀況。

2 系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計

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式紅外探測器，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，添加被動式紅外探測器和用電功率監(jiān)控傳感器，主要考慮了對作息時間的考勤和安全用電的監(jiān)測等因素。被動式紅外探測器由光學系統(tǒng)、熱釋電傳感器等部分組成，其基本工作原理是光學系統(tǒng)將來自多個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，經(jīng)適當處理后送到輸出端，觸發(fā)報警 [9]。該系統(tǒng)中的被動式紅外探測器與市場中常見的被動式紅外探測器略有不同，可將市場上現(xiàn)有被動式紅外探測器進行適當改裝，修改其原有硬件開關(guān)， 同時去掉其本身帶有的報警功能，將開關(guān)控制信號和報警觸發(fā)電平處理后，分別送入客戶端處理器模塊 GS1010。GS1010 是一個高度集成、超低功耗的無線片上系統(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)計也極為重要，此處不詳細討論。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，主要實現(xiàn) 2大功能 ：一為環(huán)境節(jié)點信息的實時監(jiān)控，包括配合硬件設(shè)備處理遠程提取采集來的數(shù)據(jù)，設(shè)置預警閾值，控制輸出預警信息 ；另一功能為環(huán)境節(jié)點的控制，主要包括控制相應(yīng)傳感器的開關(guān)和修改傳感器的靈敏度。其中，傳感器的開關(guān)控制，主要是考慮到某些特定時段， 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警閾值等。軟件流程如圖 2所示。

3 系統(tǒng)性能分析

學生公寓綜合管理系統(tǒng)以WiFi技術(shù)為核心，通過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：

(1) 運用傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測并通過軟件判斷觸發(fā)報警信號， 減少了管理過程中人的參與度，在節(jié)省人力資源的同時，也減小了人為因素對管理效果的影響 ；

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

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

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

結(jié) 語

本文提供了一種基于 WiFi 技術(shù)的學生公寓綜合管理系統(tǒng)設(shè)計方案，給出了系統(tǒng)設(shè)計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、無線WiFi 等信息技術(shù)在節(jié)省人力資源、減少人為因素干預的同時，提高了管理效率。需要說明的是，系統(tǒng)的硬件、軟件性能會直接影響到數(shù)據(jù)的采集和傳輸 ；除此之外，傳感器節(jié)點和 WiFi 熱點的布局也是影響數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹匾蛩?，擬采用時域有限差分法（FDTD）建模，進行布局的優(yōu)化設(shè)計。目前正在開展上述研究，相關(guān)研究結(jié)果將在以后陸續(xù)呈現(xiàn)。