张红霞 ZHANG Hong-xia；边洪宁 BIAN Hong-ning；张峰 ZHANG Feng；王红 WANG Hong
（山东协和学院，济南 250107）
摘要： 宿舍是大学生学习、生活和日常交往的基本场所，是学校教育系统的有机组成部分，宿舍的安全关系到学生的财产与生命安全。针对宿舍的安全性，文章提出了一套基于物联网技术的宿舍智能监控系统，包括RFID超高频感应门禁，ZigBee技术进行宿舍内外的环境监测和智能电表数据的采集，.net开发实现数据监控，android开发实现远程访问四个部分，达到对宿舍环境实时监测，数据实时采集，及时排除安全隐患，并将有效数据通知学生。
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关键词 ： 物联网技术；智能；监控系统
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0065-02
基金项目：山东协和学院科技计划项目（XHXY201508）。
作者简介：张红霞（1985-），女，山东单县人，硕士，助教，研究方向为物联网应用技术。
0 引言
随着新一代信息技术的蓬勃兴起，教育信息化建设在高校中以“智慧校园”呈现，互联网络高速存在，智能终端广泛应用，业务应用智能融合。在智慧校园中，宿舍是大学生学习、生活和日常交往的基本场所，是学校教育系统的有机组成部分，宿舍的安全（盗窃、火灾、不文明行为等）关系到学生的财产与生命安全[1]，如山东协和学院学生宿舍多次发生使用大功率电器问题导致火灾，新生入学期间发生多起宿舍盗窃，为此在宿舍安装智能监控系统有着非常重要的意义。
本文研究的智能监控系统从这三个方面着手，感应门禁系统使用高频技术，与学校2014年推行的一卡通进行结合，安装在宿舍门口，提防外来人员的进入；宿舍内外的环境监测中火焰传感器的数据采集及实时传输到.net开发的监控界面的平台上，并上传到服务器，及时报警；Android平台的开发，随时与学生手机端通讯，及时进行心理课程相关信息的发布。整个系统的设计旨在减少高校宿舍安全隐患，给学校的管理减少不必要的麻烦。以高校校园宿舍为例，研究学生进出宿舍的感应门禁系统，避免外来人员入内；研究宿舍内外的环境监测，如温度、光照、烟雾、火焰，运用.net开发将数据上报服务器，及时排除安全隐患；研究智能电表数据的采集，方便学生及时查看数据及电费的缴纳；Android开发实现远程访问，通过TCP/IP协议，与手机端进行通讯，传输环境监测信息，及时通知学生相关重要信息。
1 监控系统整体设计
整个系统从物联网的三层架构出发，感知层主要是门禁管理系统对一卡通信息的采集与判定，无线传感器网络中相关温度、光照、烟雾、火焰传感器的安装和电表数据的采集；网络层是对采集到的数据进行高速可靠传输；应用层是对数据的分析及处理。采用模块功能化设计开发方法，感应门禁系统选用高频读卡器，与高校一卡通结合；无线传感器网络搭建选用ZigBee-CC2530；局域网构建，需要交换机、服务器，再加上串口服务器。上位机的开发，用.net进行开发。整个系统构建完毕后，进行测试、调试。
高频读卡器优点是加密性比较强、感应时间短，能满足校园宿舍出入人员次数多的情况；ZigBee-CC2530集成单片机和无线通信，节点功耗低，组网快，满足传感数据的可靠性无线传输[2]；实验室中的设备搭建局域网，可靠性强；上位机的开发比较方便，满足界面的需求。
图1所示为整体结构设计，第一部分是学生进出宿舍的RFID超高频感应门禁系统，与山东协和学院校园一卡通相结合，避免外来人员入内，及时发现非校内人员，避免宿舍出现受骗、盗窃等行为；第二部分是利用ZigBee技术进行宿舍内外的环境监测[3]，如温度、光照、烟雾、火焰，运用.net上位机开发将数据上报服务器，及时排除安全隐患，使宿舍管理员能够随时监控宿舍的环境信息；还包括智能电表数据的采集，方便学生及时查看数据及电费的缴纳，使电费的缴纳公开透明化；第三部分是Android开发实现远程访问，通过TCP/IP协议，与手机端进行通讯，传输环境监测信息，及时通知学生相关重要信息。
2 系统硬件设计
2.1 感应门禁
由于统一使用校园一卡通系统，故宿舍的安全门禁系统也要采用同一系统，避免资源浪费。在宿舍的入口处放置读卡器，读卡器以固定频率向外发出电磁波（频率一般是13.56MHz），当学生持卡进入读卡器电磁波辐射范围内时，会触发感应卡上的线圈，产生电流并触发感应卡上的天线向读卡器发射一个信号，该信号带有卡片信息，读卡器将电平信号转换成数字序号，传送给控制器，最终上传给门禁服务器，门禁服务器将卡号与数据库内的信息进行比对，从而得到全部的卡片信息[4]。
2.2 环境监测及数据的采集
在每一个宿舍安装温度、光照、烟雾、火焰传感器、智能电表，传感器和智能电表与节点连接，节点布置在宿舍的合适位置，保证能够监测到每个宿舍的环境信息。如果楼层比较高，这个时候借助于路由器，能够达到远距离传递数据的效果。最终传感器的数据和电表数据经过节点和路由器的传输，最终到达协调器。协调器放置在宿舍管理员的办公室，协调器经串口与计算机连接，在监控界面显示。
2.3 局域网构建
校园有若干个宿舍，为了达到将每个宿舍的数据进行资源共享，需要构建局域网。采用星型网络拓扑结构进行局域网的布线。采取交换机-集线器-客户机的星型网络结构，中间的连线采用非屏蔽超五类双绞线。服务器操作系统选择和安装、DNS配置、邮件服务器的安装和配置等。
3 系统软件设计
3.1 数据实时采集
为了满足对监测环境的数据实时采集，需要对每个节点和协调器进行程序的烧写。无线传感器网络采用CC2530芯片，ZSTACK2007协议栈[5]。烧写程序之前，需要对协调器、节点进行MAC地址的烧写。开发环境采用IAR7.51集成开发环境。
3.2 .net开发界面
上位机的开发关系到系统的应用，协调器将节点采集、传输来的实时数据通过串口传给上位机，用.net开发的界面能够显示温度、光照、烟雾、火焰传感器、智能电表数据。本文采用VS2010进行开发。界面的开发主要是控件的添加和使用，重点是串行通信。根据DLL开发库Configuration.dll、Controllers.dll、Helpers.dll，做一个窗体应用程序，完成基础网络数据读取的功能。
3.3 Android开发实现远程访问
Android应用程序是在Java环境下开发，选用Eclipse开发平台[6]。用到ADT插件，设计应用程序界面，用SDK进行调试。通过TCP/IP协议，与手机端进行通讯，传输环境监测信息。
4 系统指标
技术指标：采集传感数据的精确度<±0.1，门禁系统的响应时间<±10s，采集电表的数据精确度<±0.5；经济指标：与未采用智能监控系统相比，构建成本低，便利程度高，发生宿舍隐患概率较小，需要宿管员数量少。
5 结语
ZigBee技术组建无线传感器网络，节点功耗低，组网快，采集的相关数据精确度高，RFID超高频感应门禁系统响应时间短，构建成本低，并运用软件工程思想，将Android开发和.net开发应用到物联网应用层。从经济效益和适用范围出发，本文研究的宿舍智能监控系统，可与学校的一卡通系统相结合，且有着数据传输快、精确度高，安装成本低等优点。
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参考文献：
[1]陈爱武.基于LabVIEW学生宿舍智能监控系统研究[J].现代电子技术，2013（1）：114-116.
[2]焦伟平.基于WSN的宿舍监控系统设计[J].通信技术，2012（5）：77-79.
[3]黎智成.基于ZigBee无线通信网络的智能办公综合监控系统[D].华南理工大学，2012.
[4]朱灿.基于非接触式IC卡的读卡器的设计与开发[D].武汉理工大学，2006.
[5]孙倩文.基于无线传感网络的猪舍温湿度监控系统设计[D].安徽工业大学，2014.
[6]谌宝林.基于Android平台的车辆远程信息服务系统客服端设计与开发[D].重庆大学，2014.
