在當今保險箱快速發(fā)展的同時，人們對資產(chǎn)及個人收藏品的全方位防護需求也同樣在升級，而對于目前市面上的保險箱防護手段過于單一，應(yīng)急反應(yīng)緩慢等弊病，而造成了多起保險箱被盜事故。目前在貴重物品防護及相關(guān)珍藏品收藏的保險箱系統(tǒng)中，大多都采用物理安防手段，采取深層加密或者加厚保險箱外層材料厚度等等，雖然保護了保險箱內(nèi)部的物品，但是系統(tǒng)不能保護保險箱自身，而常常造成保險箱本身失竊而給用戶帶來巨大損失。

　　摘要：提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能保險箱安防監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由前端監(jiān)測設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和手機客戶端3部分組成，實現(xiàn)了集遠程監(jiān)控、實時報警和、遠程動態(tài)管理于一體的安防監(jiān)測功能，并提出了部分重發(fā)算法等調(diào)優(yōu)算法以減低丟包率。測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了所提出要求，并擁有系統(tǒng)穩(wěn)定，發(fā)送快速，可糾正丟幀等優(yōu)點，具有可行性與實用性。

　　關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò),智能保險箱,iPhone,遠程監(jiān)測,MSP430

　　0引言

　　在我國數(shù)字信息化發(fā)達的今天，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，已在各個安防領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1]。但就目前而言，基于多手段，全方位，全天時的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如何讓保險箱防護體系做到更安全，已經(jīng)成為目前安防保險箱行業(yè)的一個重要研究課題。目前，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到保險箱的領(lǐng)域在國內(nèi)還沒有先例，有的企業(yè)也做了一些安防聯(lián)動的手段，但是依然探測手段單一，無法真正達到實際應(yīng)用的需求[2]。

　　針對現(xiàn)有的保險箱系統(tǒng)中存在的這些問題，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入現(xiàn)有保險箱系統(tǒng)中，希望能成為主流解決方案。仔細分析需求后，現(xiàn)代的保險箱安防系統(tǒng)應(yīng)有以下特點：

　�。�1）從硬件角度，該安防系統(tǒng)具有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點[3]：低功耗，自組織，可采集數(shù)據(jù)等，同時可發(fā)實時報警并追蹤狀態(tài)。該特點的使得保險箱一旦出現(xiàn)異常，可第一時間通知用戶，并實時追蹤動態(tài)。

　�。�2）從用戶角度看，安防系統(tǒng)提供多種查詢方式，例如短信息，B/S架構(gòu)訪問頁面，以及手機客戶端等等，使用戶時刻掌握保險箱的動態(tài)。

　　因此，為了實現(xiàn)以上功能，除了在系統(tǒng)中使用技術(shù)通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GeneralPacketRadioService，GPRS）[4]，全球定位系統(tǒng)技術(shù)（GlobalPositioningSystem，GPS）[5]等常規(guī)模塊的同時，還需要增加不同功能的報警傳感器（如震動傳感器等）。同時，還需要引入更多的用戶功能，例如用戶可能會用到的網(wǎng)頁支持，手機客戶端等。

　　1基于物聯(lián)網(wǎng)的安防監(jiān)測系統(tǒng)功能分析

　　本文所屬的安防系統(tǒng)的功能由以下子模塊組成：

　　（1）前端監(jiān)測設(shè)備

　　異常監(jiān)測模塊：包括了多種傳感器（紅外，震動，溫濕度等）；

　　無線傳輸模塊：通過GPRS模塊將所有數(shù)據(jù)（報警信息，位置信息，心跳幀等）發(fā)送至網(wǎng)關(guān)；

　　定位模塊：通過GPS完成對節(jié)點的定位；

　　視頻采集模塊：通過具有夜視功能的廣角攝像頭進行圖像采集后會發(fā)送至服務(wù)器；

　　報警模塊：監(jiān)測節(jié)點將報警信息以短信方式發(fā)送至用戶手機，手機客戶端則以推送的方式提醒用戶。

　　（2）服務(wù)器網(wǎng)關(guān)：一臺連入公網(wǎng)的服務(wù)器，作為系統(tǒng)的中間件部分負責連接底層硬件與上層應(yīng)用，收發(fā)和存儲所有中間數(shù)據(jù)。

　�。�3）用戶手機應(yīng)用：允許用戶通過iPhone客戶端對監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)和信息進行查詢。

　　這些模塊與功能是從實際應(yīng)用角度進行劃分與設(shè)計，實際上，他們是一個整體，之間有著非常緊密的聯(lián)系，在某一功能被觸發(fā)時，需要多個模塊進行協(xié)同工作。

　　2硬件系統(tǒng)介紹

　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本監(jiān)測系統(tǒng)共分為3個部分：前端監(jiān)測，服務(wù)器網(wǎng)關(guān)和用戶終端。

　　其中前端監(jiān)測部分實時監(jiān)測用戶節(jié)點的異常變化，當有異常情況（震動，溫度濕度超過標準值，非法闖入等）發(fā)生時，傳感器將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒��?wù)器網(wǎng)關(guān)，并通過手機預(yù)警的方式通知用戶。若此時節(jié)點被移動，還將對其進行實時跟蹤。

　　服務(wù)器網(wǎng)關(guān)部分包括數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)解析處理，數(shù)據(jù)存儲，有效數(shù)據(jù)挖掘4個部分。

　　2.2節(jié)點結(jié)構(gòu)

　　監(jiān)測節(jié)點主要功能為：利用傳感器感應(yīng)異常，利用GPRS傳輸數(shù)據(jù)，使用GPS模塊獲取位置，通過攝像頭/麥克風等設(shè)備采集圖像音頻數(shù)據(jù)。

　　2.3數(shù)據(jù)流向

　　3軟件實現(xiàn)及改進

　　本節(jié)將分2部分介紹系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，從節(jié)點軟件和上層iPhone客戶端來詳細說明本安防系統(tǒng)的工作方式。

　　3.1節(jié)點軟件實現(xiàn)

　　3.1.1任務(wù)設(shè)計

　　下面會重點介紹核心模塊的實現(xiàn)。

　　3.1.2接收中斷的實現(xiàn)

　　如表1所示，系統(tǒng)中含有4個串口接收中斷。出于功能分析與拓展性考慮，這些進程的流程基本類似，這里只介紹配置串口進程的實現(xiàn)，如圖5所示。

　　3.1.3拍照功能的實現(xiàn)

　　系統(tǒng)選用攝像頭為一款針對串口通信與微光條件的廣角黑白攝像頭，可作為JPEG照相機應(yīng)用在系統(tǒng)中，獲得高解析度的單幀圖像，圖像壓縮成JPEG格式后通過串口傳回主控設(shè)備。程序流程如圖6所示。出于對系統(tǒng)性能的考慮，給收到的每個數(shù)據(jù)包重新打包，附加設(shè)備IMEI號與結(jié)尾校驗位后再發(fā)送至后臺服務(wù)器。這樣的好處是，當多臺設(shè)備同時發(fā)送數(shù)據(jù)時，后臺程序?qū)��?shù)據(jù)包的頭尾進行解析，從而避免混淆。

　　3.2節(jié)點軟件調(diào)優(yōu)

　　3.2.1模式的選擇

　　該模塊擁有2種發(fā)送模式，分別是命令模式與透明模式，他們的特點為：透明模式模塊收到的任何從串口得到的數(shù)據(jù)均會被轉(zhuǎn)發(fā)出去，包括數(shù)據(jù)與AT命令。

　　在通常情況下，人們會默認使用命令模式來進行配置與數(shù)據(jù)解析，但在該模式下發(fā)送過程會因遇到某些特殊位而停止（例如中止位一般為0x1A），因此在該模式下無法發(fā)送例如JEPG圖等16進制數(shù)據(jù)。但若使用透明模式，則無法解析短信或AT命令，使模塊處于

　　為了解決這個問題，在本系統(tǒng)中引入混合模式，即命令模式與透明模式。

　　3.2.2丟幀的解決

　　（1）部分重發(fā)機制：仿滑動窗口協(xié)議

　　在本系統(tǒng)中，由于選用超低功耗芯片MSP430，因此不可能將整張圖片保存在FLASH中。本文在此借用了TCP/IP中的滑動窗口協(xié)議原理實現(xiàn)部分重發(fā)機制。

　�。�2）丟幀后的校正

　　此部分算法在網(wǎng)關(guān)服務(wù)器上實現(xiàn)，大致流程為：在服務(wù)器上將JEPG圖像轉(zhuǎn)化為BMP圖像（利用GDI+實現(xiàn)），并獲得其縮略圖。然后利用灰度圖像處理中的膨脹算法，通過計算空白區(qū)域周圍的像素點獲得內(nèi)部像素點。

　　3.3iPhone客戶端實現(xiàn)

　　3.3.1iOS系統(tǒng)與Objective?C介紹

　　蘋果iOS是由蘋果公司開發(fā)的手持設(shè)備操作系統(tǒng)。iOS與蘋果的MacOSX操作系統(tǒng)一樣，它是以Darwin為基礎(chǔ)的，因此同樣屬于類Unix的商業(yè)操作系統(tǒng)。

　　iOS開發(fā)所需語言為Objective?C，它是擴充C的面向?qū)ο缶幊陶Z言。

　　3.3.2iOS客戶端設(shè)計

　　作為此監(jiān)測系統(tǒng)的移動客戶端，在iOS平臺上實現(xiàn)主要功能為：用戶登錄，查詢保險箱位置，查詢實時圖片，主動拍照與定位以及基本配置。這些功能既滿足了客戶的基本需求，又具有了一定的可移植性。

　　如上節(jié)所述，當保險箱報警模塊被觸發(fā)后（異常震動，濕度溫度過高等），會將最新GPS位置信息，連同所采集到的圖像信息發(fā)送至服務(wù)器。此時服務(wù)器會向iOS客戶端發(fā)送一報警信息，隨后客戶端通過PUSH（推送）功能向手機使用者推送報警信息。若用戶查看客戶端，可以獲取當前最新的所有信息，有助于幫助用戶更好地管理以及追回保險箱。同時，該客戶端提供用戶主動查詢位置與拍照功能，使用戶了解保險箱的實時狀態(tài)。

　　3.3.3iOS客戶端實現(xiàn)

　　從用戶角度進行需求分析，該應(yīng)用主要用到與服務(wù)器交互，地圖定位，圖片操作，發(fā)送短信等功能。以上功能的實現(xiàn)將逐條介紹。

　　（1）與服務(wù)器交互

　　手機終端與服務(wù)器間的通信的數(shù)據(jù)格式采用可擴展標記語言格式（ExtensibleMarkupLanguage，XML），手機通過HTTP和SOAP方式與服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互。

　　SOAP方式可通過開源類“ASIHTTPRequest”與“GDATA”共同實現(xiàn)。

　　具體實現(xiàn)流程為：首先按照WEBService提供SOAP1.2請求示例打包SOAP請求字符串，同時按照該示例創(chuàng)建請求實例，所包含字段為：HOST，Content?Tpye，Content?Length與SOAPAction。完成后將該請求發(fā)送至Web服務(wù)器，在收到回復(fù)后利用SOAP類解析其中內(nèi)容即可。

　�。�2）地圖定位

　　在iOS5.x及以下版本中，都可采用谷歌地圖實現(xiàn)該功能。本軟件利于MapKit框架并配合CoreLocation框架進行開發(fā)。在進入地圖頁面后，客戶端訪問Web服務(wù)器獲得用戶保險箱所在位置坐標，并對坐標值進行校對，而后標注在地圖上�？紤]到若保險箱丟失，用戶無法判斷陌生地點的情況，客戶端允許用戶分別以標準/衛(wèi)星/混合3種方式查看地圖。在載入地圖后，客戶端通過調(diào)用MKReverseGeocoder類反相查詢坐標點信息，以獲得所處位置的國家/城市/街道名，供用戶更方便的追蹤設(shè)備位置。

　�。�3）數(shù)據(jù)信息處理

　　客戶端提供3種數(shù)據(jù)信息服務(wù)：查看最新報警數(shù)據(jù)，查看歷史數(shù)據(jù)與手動采集數(shù)據(jù)。查看最新報警數(shù)據(jù)是利用Web服務(wù)器從服務(wù)器讀取最新數(shù)據(jù)，用戶若認為此數(shù)據(jù)有用，那么可以連同該圖片所在位置信息等保存至客戶端，方便以后查看。另外，客戶端可以通過短信方式控制用戶擁有的監(jiān)控設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，隨后在更新服務(wù)器數(shù)據(jù)后顯示在客戶端上。

　　4功能測試

　　5結(jié)語

　　在對基于WSN的安防監(jiān)測系統(tǒng)進行功能分析，系統(tǒng)設(shè)計與軟硬件實現(xiàn)后，開發(fā)出了一套基于C/S架構(gòu)的安防監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)的硬件以超低功耗單片機MSP430為核心，具有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點，并結(jié)合了多媒體技術(shù)，具有穩(wěn)定性高，正確報警率高，監(jiān)測信息完善等特點。同時該套系統(tǒng)具有較為完善的用戶服務(wù)，提供包括PC機，短信，用戶網(wǎng)站與手機客戶端等多種方式進行查詢與追蹤。

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