張紅霞 ZHANG Hong-xia；邊洪寧 BIAN Hong-ning；張峰 ZHANG Feng；王紅 WANG Hong
（山東協和學院，濟南 250107）
摘要： 宿舍是大學生學習、生活和日常交往的基本場所，是學校教育系統的有機組成部分，宿舍的安全關係到學生的財產與生命安全。針對宿舍的安全性，文章提出了一套基於物聯網技術的宿舍智能監控系統，包括RFID超高頻感應門禁，ZigBee技術進行宿舍內外的環境監測和智能電錶數據的採集，.net開發實現數據監控，android開發實現遠程訪問四個部分，達到對宿舍環境實時監測，數據實時採集，及時排除安全隱患，並將有效數據通知學生。
關鍵詞 ： 物聯網技術；智能；監控系統
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）26-0065-02
基金項目：山東協和學院科技計劃項目（XHXY201508）。
作者簡介：張紅霞（1985-），女，山東單縣人，碩士，助教，研究方向為物聯網應用技術。
0 引言
隨著新一代信息技術的蓬勃興起，教育信息化建設在高校中以「智慧校園」呈現，網際網路高速存在，智能終端廣泛應用，業務應用智能融合。在智慧校園中，宿舍是大學生學習、生活和日常交往的基本場所，是學校教育系統的有機組成部分，宿舍的安全（盜竊、火災、不文明行為等）關係到學生的財產與生命安全[1]，如山東協和學院學生宿舍多次發生使用大功率電器問題導致火災，新生入學期間發生多起宿舍盜竊，為此在宿舍安裝智能監控系統有著非常重要的意義。
本文研究的智能監控系統從這三個方面著手，感應門禁系統使用高頻技術，與學校2014年推行的一卡通進行結合，安裝在宿舍門口，提防外來人員的進入；宿舍內外的環境監測中火焰傳感器的數據採集及實時傳輸到.net開發的監控介面的平台上，並上傳到伺服器，及時報警；Android平台的開發，隨時與學生手機端通訊，及時進行心理課程相關信息的發布。整個系統的設計旨在減少高校宿舍安全隱患，給學校的管理減少不必要的麻煩。以高校校園宿舍為例，研究學生進出宿舍的感應門禁系統，避免外來人員入內；研究宿舍內外的環境監測，如溫度、光照、煙霧、火焰，運用.net開發將數據上報伺服器，及時排除安全隱患；研究智能電錶數據的採集，方便學生及時查看數據及電費的繳納；Android開發實現遠程訪問，通過TCP/地址協議，與手機端進行通訊，傳輸環境監測信息，及時通知學生相關重要信息。
1 監控系統整體設計
整個系統從物聯網的三層架構出發，感知層主要是門禁管理系統對一卡通信息的採集與判定，無線傳感器網絡中相關溫度、光照、煙霧、火焰傳感器的安裝和電錶數據的採集；網絡層是對採集到的數據進行高速可靠傳輸；應用層是對數據的分析及處理。採用模塊功能化設計開發方法，感應門禁系統選用高頻讀卡器，與高校一卡通結合；無線傳感器網絡搭建選用ZigBee-CC2530；區域網構建，需要交換機、伺服器，再加上串口伺服器。上位機的開發，用.net進行開發。整個系統構建完畢後，進行測試、調試。
高頻讀卡器優點是加密性比較強、感應時間短，能滿足校園宿舍出入人員次數多的情況；ZigBee-CC2530集成單片機和無線通信，節點功耗低，組網快，滿足傳感數據的可靠性無線傳輸[2]；實驗室中的設備搭建區域網，可靠性強；上位機的開發比較方便，滿足介面的需求。
圖1所示為整體結構設計，第一部分是學生進出宿舍的RFID超高頻感應門禁系統，與山東協和學院校園一卡通相結合，避免外來人員入內，及時發現非校內人員，避免宿舍出現受騙、盜竊等行為；第二部分是利用ZigBee技術進行宿舍內外的環境監測[3]，如溫度、光照、煙霧、火焰，運用.net上位機開發將數據上報伺服器，及時排除安全隱患，使宿舍管理員能夠隨時監控宿舍的環境信息；還包括智能電錶數據的採集，方便學生及時查看數據及電費的繳納，使電費的繳納公開透明化；第三部分是Android開發實現遠程訪問，通過TCP/地址協議，與手機端進行通訊，傳輸環境監測信息，及時通知學生相關重要信息。
2 系統硬體設計
2.1 感應門禁
由於統一使用校園一卡通系統，故宿舍的安全門禁系統也要採用同一系統，避免資源浪費。在宿舍的入口處放置讀卡器，讀卡器以固定頻率向外發出電磁波（頻率一般是13.56MHz），當學生持卡進入讀卡器電磁波輻射範圍內時，會觸發感應卡上的線圈，產生電流並觸發感應卡上的天線向讀卡器發射一個信號，該信號帶有卡片信息，讀卡器將電平信號轉換成數字序號，傳送給控制器，最終上傳給門禁伺服器，門禁伺服器將卡號與資料庫內的信息進行比對，從而得到全部的卡片信息[4]。
2.2 環境監測及數據的採集
在每一個宿舍安裝溫度、光照、煙霧、火焰傳感器、智能電錶，傳感器和智能電錶與節點連接，節點布置在宿舍的合適位置，保證能夠監測到每個宿舍的環境信息。如果樓層比較高，這個時候藉助於路由器，能夠達到遠距離傳遞數據的效果。最終傳感器的數據和電錶數據經過節點和路由器的傳輸，最終到達協調器。協調器放置在宿舍管理員的辦公室，協調器經串口與計算機連接，在監控介面顯示。
2.3 區域網構建
校園有若干個宿舍，為了達到將每個宿舍的數據進行資源共享，需要構建區域網。採用星型網絡拓撲結構進行區域網的布線。採取交換機-集線器-客戶機的星型網絡結構，中間的連線採用非屏蔽超五類雙絞線。伺服器作業系統選擇和安裝、DNS配置、郵件伺服器的安裝和配置等。
3 系統軟體設計
3.1 數據實時採集
為了滿足對監測環境的數據實時採集，需要對每個節點和協調器進行程序的燒寫。無線傳感器網絡採用CC2530晶片，ZSTACK2007協議棧[5]。燒寫程序之前，需要對協調器、節點進行MAC地址的燒寫。開發環境採用IAR7.51集成開發環境。
3.2 .net開發介面
上位機的開發關係到系統的應用，協調器將節點採集、傳輸來的實時數據通過串口傳給上位機，用.net開發的介面能夠顯示溫度、光照、煙霧、火焰傳感器、智能電錶數據。本文採用VS2010進行開發。介面的開發主要是控制項的添加和使用，重點是串行通信。根據DLL開發庫Configuration.dll、Controllers.dll、Helpers.dll，做一個窗體應用程式，完成基礎網絡數據讀取的功能。
3.3 Android開發實現遠程訪問
Android應用程式是在Java環境下開發，選用Eclipse開發平台[6]。用到ADT插件，設計應用程式介面，用SDK進行調試。通過TCP/地址協議，與手機端進行通訊，傳輸環境監測信息。
4 系統指標
技術指標：採集傳感數據的精確度<±0.1，門禁系統的響應時間<±10s，採集電錶的數據精確度<±0.5；經濟指標：與未採用智能監控系統相比，構建成本低，便利程度高，發生宿舍隱患機率較小，需要宿管員數量少。
5 結語
ZigBee技術組建無線傳感器網絡，節點功耗低，組網快，採集的相關數據精確度高，RFID超高頻感應門禁系統響應時間短，構建成本低，並運用軟體工程思想，將Android開發和.net開發應用到物聯網應用層。從經濟效益和適用範圍出發，本文研究的宿舍智能監控系統，可與學校的一卡通系統相結合，且有著數據傳輸快、精確度高，安裝成本低等優點。
參考文獻：
[1]陳愛武.基於LabVIEW學生宿舍智能監控系統研究[J].現代電子技術，2013（1）：114-116.
[2]焦偉平.基於WSN的宿舍監控系統設計[J].通信技術，2012（5）：77-79.
[3]黎智成.基於ZigBee無線通信網絡的智能辦公綜合監控系統[D].華南理工大學，2012.
[4]朱燦.基於非接觸式IC卡的讀卡器的設計與開發[D].武漢理工大學，2006.
[5]孫倩文.基於無線傳感網絡的豬舍溫濕度監控系統設計[D].安徽工業大學，2014.
[6]諶寶林.基於Android平台的車輛遠程信息服務系統客服端設計與開發[D].重慶大學，2014.
（山東協和學院，濟南 250107）
摘要： 宿舍是大學生學習、生活和日常交往的基本場所，是學校教育系統的有機組成部分，宿舍的安全關係到學生的財產與生命安全。針對宿舍的安全性，文章提出了一套基於物聯網技術的宿舍智能監控系統，包括RFID超高頻感應門禁，ZigBee技術進行宿舍內外的環境監測和智能電錶數據的採集，.net開發實現數據監控，android開發實現遠程訪問四個部分，達到對宿舍環境實時監測，數據實時採集，及時排除安全隱患，並將有效數據通知學生。
關鍵詞 ： 物聯網技術；智能；監控系統
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）26-0065-02
基金項目：山東協和學院科技計劃項目（XHXY201508）。
作者簡介：張紅霞（1985-），女，山東單縣人，碩士，助教，研究方向為物聯網應用技術。
0 引言
隨著新一代信息技術的蓬勃興起，教育信息化建設在高校中以「智慧校園」呈現，網際網路高速存在，智能終端廣泛應用，業務應用智能融合。在智慧校園中，宿舍是大學生學習、生活和日常交往的基本場所，是學校教育系統的有機組成部分，宿舍的安全（盜竊、火災、不文明行為等）關係到學生的財產與生命安全[1]，如山東協和學院學生宿舍多次發生使用大功率電器問題導致火災，新生入學期間發生多起宿舍盜竊，為此在宿舍安裝智能監控系統有著非常重要的意義。
本文研究的智能監控系統從這三個方面著手，感應門禁系統使用高頻技術，與學校2014年推行的一卡通進行結合，安裝在宿舍門口，提防外來人員的進入；宿舍內外的環境監測中火焰傳感器的數據採集及實時傳輸到.net開發的監控介面的平台上，並上傳到伺服器，及時報警；Android平台的開發，隨時與學生手機端通訊，及時進行心理課程相關信息的發布。整個系統的設計旨在減少高校宿舍安全隱患，給學校的管理減少不必要的麻煩。以高校校園宿舍為例，研究學生進出宿舍的感應門禁系統，避免外來人員入內；研究宿舍內外的環境監測，如溫度、光照、煙霧、火焰，運用.net開發將數據上報伺服器，及時排除安全隱患；研究智能電錶數據的採集，方便學生及時查看數據及電費的繳納；Android開發實現遠程訪問，通過TCP/地址協議，與手機端進行通訊，傳輸環境監測信息，及時通知學生相關重要信息。
1 監控系統整體設計
整個系統從物聯網的三層架構出發，感知層主要是門禁管理系統對一卡通信息的採集與判定，無線傳感器網絡中相關溫度、光照、煙霧、火焰傳感器的安裝和電錶數據的採集；網絡層是對採集到的數據進行高速可靠傳輸；應用層是對數據的分析及處理。採用模塊功能化設計開發方法，感應門禁系統選用高頻讀卡器，與高校一卡通結合；無線傳感器網絡搭建選用ZigBee-CC2530；區域網構建，需要交換機、伺服器，再加上串口伺服器。上位機的開發，用.net進行開發。整個系統構建完畢後，進行測試、調試。
高頻讀卡器優點是加密性比較強、感應時間短，能滿足校園宿舍出入人員次數多的情況；ZigBee-CC2530集成單片機和無線通信，節點功耗低，組網快，滿足傳感數據的可靠性無線傳輸[2]；實驗室中的設備搭建區域網，可靠性強；上位機的開發比較方便，滿足介面的需求。
圖1所示為整體結構設計，第一部分是學生進出宿舍的RFID超高頻感應門禁系統，與山東協和學院校園一卡通相結合，避免外來人員入內，及時發現非校內人員，避免宿舍出現受騙、盜竊等行為；第二部分是利用ZigBee技術進行宿舍內外的環境監測[3]，如溫度、光照、煙霧、火焰，運用.net上位機開發將數據上報伺服器，及時排除安全隱患，使宿舍管理員能夠隨時監控宿舍的環境信息；還包括智能電錶數據的採集，方便學生及時查看數據及電費的繳納，使電費的繳納公開透明化；第三部分是Android開發實現遠程訪問，通過TCP/地址協議，與手機端進行通訊，傳輸環境監測信息，及時通知學生相關重要信息。
2 系統硬體設計
2.1 感應門禁
由於統一使用校園一卡通系統，故宿舍的安全門禁系統也要採用同一系統，避免資源浪費。在宿舍的入口處放置讀卡器，讀卡器以固定頻率向外發出電磁波（頻率一般是13.56MHz），當學生持卡進入讀卡器電磁波輻射範圍內時，會觸發感應卡上的線圈，產生電流並觸發感應卡上的天線向讀卡器發射一個信號，該信號帶有卡片信息，讀卡器將電平信號轉換成數字序號，傳送給控制器，最終上傳給門禁伺服器，門禁伺服器將卡號與資料庫內的信息進行比對，從而得到全部的卡片信息[4]。
2.2 環境監測及數據的採集
在每一個宿舍安裝溫度、光照、煙霧、火焰傳感器、智能電錶，傳感器和智能電錶與節點連接，節點布置在宿舍的合適位置，保證能夠監測到每個宿舍的環境信息。如果樓層比較高，這個時候藉助於路由器，能夠達到遠距離傳遞數據的效果。最終傳感器的數據和電錶數據經過節點和路由器的傳輸，最終到達協調器。協調器放置在宿舍管理員的辦公室，協調器經串口與計算機連接，在監控介面顯示。
2.3 區域網構建
校園有若干個宿舍，為了達到將每個宿舍的數據進行資源共享，需要構建區域網。採用星型網絡拓撲結構進行區域網的布線。採取交換機-集線器-客戶機的星型網絡結構，中間的連線採用非屏蔽超五類雙絞線。伺服器作業系統選擇和安裝、DNS配置、郵件伺服器的安裝和配置等。
3 系統軟體設計
3.1 數據實時採集
為了滿足對監測環境的數據實時採集，需要對每個節點和協調器進行程序的燒寫。無線傳感器網絡採用CC2530晶片，ZSTACK2007協議棧[5]。燒寫程序之前，需要對協調器、節點進行MAC地址的燒寫。開發環境採用IAR7.51集成開發環境。
3.2 .net開發介面
上位機的開發關係到系統的應用，協調器將節點採集、傳輸來的實時數據通過串口傳給上位機，用.net開發的介面能夠顯示溫度、光照、煙霧、火焰傳感器、智能電錶數據。本文採用VS2010進行開發。介面的開發主要是控制項的添加和使用，重點是串行通信。根據DLL開發庫Configuration.dll、Controllers.dll、Helpers.dll，做一個窗體應用程式，完成基礎網絡數據讀取的功能。
3.3 Android開發實現遠程訪問
Android應用程式是在Java環境下開發，選用Eclipse開發平台[6]。用到ADT插件，設計應用程式介面，用SDK進行調試。通過TCP/地址協議，與手機端進行通訊，傳輸環境監測信息。
4 系統指標
技術指標：採集傳感數據的精確度<±0.1，門禁系統的響應時間<±10s，採集電錶的數據精確度<±0.5；經濟指標：與未採用智能監控系統相比，構建成本低，便利程度高，發生宿舍隱患機率較小，需要宿管員數量少。
5 結語
ZigBee技術組建無線傳感器網絡，節點功耗低，組網快，採集的相關數據精確度高，RFID超高頻感應門禁系統響應時間短，構建成本低，並運用軟體工程思想，將Android開發和.net開發應用到物聯網應用層。從經濟效益和適用範圍出發，本文研究的宿舍智能監控系統，可與學校的一卡通系統相結合，且有著數據傳輸快、精確度高，安裝成本低等優點。
參考文獻：
[1]陳愛武.基於LabVIEW學生宿舍智能監控系統研究[J].現代電子技術，2013（1）：114-116.
[2]焦偉平.基於WSN的宿舍監控系統設計[J].通信技術，2012（5）：77-79.
[3]黎智成.基於ZigBee無線通信網絡的智能辦公綜合監控系統[D].華南理工大學，2012.
[4]朱燦.基於非接觸式IC卡的讀卡器的設計與開發[D].武漢理工大學，2006.
[5]孫倩文.基於無線傳感網絡的豬舍溫濕度監控系統設計[D].安徽工業大學，2014.
[6]諶寶林.基於Android平台的車輛遠程信息服務系統客服端設計與開發[D].重慶大學，2014.
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