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

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)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化智能安防當前面臨新的發(fā)展契機。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警，不能進行遠程布控，不能進行報警實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模塊遠程通信技術(shù)等設(shè)計了一種集安防終端主機監(jiān)控報警、安防探頭監(jiān)控、遠程監(jiān)控報警等功能為一體的智能安防管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對多個重要點(如門、窗等)進行監(jiān)控管理，發(fā)現(xiàn)異常情況及時就地報警，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺進行遠程報警及全面的聯(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、多組安防探測器、聲光報警器、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)計總體框架如圖1所示。

    該系統(tǒng)中安防終端主機、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、手機及網(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行實時的布防、撤防與監(jiān)控。當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，安防終端主機接到信號將通過專門接口與聲光報警器相連，現(xiàn)場立即發(fā)出報警信號，并啟動視頻聯(lián)動報警記錄現(xiàn)場，同時將報警信息通過以太網(wǎng)或局域網(wǎng)傳到接警中心管理系統(tǒng)，在接警中心主機屏幕上立刻顯示出報警地點的具體位置，同時接警中心收到信息后可以實時通過服務(wù)器進行基于GSM網(wǎng)絡(luò)的遠程報警。能夠利用網(wǎng)絡(luò)進行遠程管理與信息查詢，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)進行實時設(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，實現(xiàn)對各種日志信息的管理，包括系統(tǒng)運行狀態(tài)信息、安防探頭監(jiān)控管理、異常處理、報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)的當前與歷史狀態(tài)，方便用戶對系統(tǒng)的維護。

2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

    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或利用接警中心管理系統(tǒng)或直接通過安防終端主機控制無線安防探頭終端主機，對安防終端主機進行總體布控，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行實時的設(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)場進行監(jiān)控，并對視頻數(shù)據(jù)進行數(shù)字化存儲，記錄現(xiàn)場情況；異常處理包括本地報警響鈴，本地值班室報警，遠程短消息通知，遠程管理員報警，一旦發(fā)生異常情況，本地報警響鈴后報警響報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)實施遠程警報。系統(tǒng)日志管理則實現(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、視頻監(jiān)控以及GSM通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

3．1 安防終端主機

    安防終端主機硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要包括：探測器報警輸入接口、微控制器、以太網(wǎng)控制芯片、外部EEPROM存儲器、報警輸出、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警輸入輸出I／O口和其它部分進行控制，同時實現(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／有線模塊實現(xiàn)與安防探測器的信號交互，完成報警輸入輸出的功能。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。

    安防終端主機軟件體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，主要包括本地主機設(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)遠程監(jiān)控處理模塊以及遠程升級模塊。系統(tǒng)以Microchip平臺MPLAB IDEv8．14環(huán)境下采用MPLABC32進行程序編寫，軟件可讀性強，便于調(diào)試與維護升級，并且有利于較復(fù)雜控制算法的實現(xiàn)。

    每個安防主機都是一個獨立的系統(tǒng)，在安防主機啟動服務(wù)時，需要向服務(wù)器進行注冊，并定期和服務(wù)器通信，在服務(wù)器上維護一個正在運行的安防主機的信息列表，定時更新該列表，將安防終端主機當前的IP地址、主機名、布控、警報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，得到身份認證后，獲得正在運行的安防主機信息列表，然后選擇需要連接的監(jiān)控點進行連接后可查看該主機

信息及進行遠程布控。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，可以獲知哪些地點安防主機處于正常運行狀態(tài)，當有報警情況出現(xiàn)，報警點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)攝像頭實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的實時采集、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)計如圖5所示。視頻監(jiān)控啟動時，可遠程控制云臺、鏡頭等設(shè)備，自由選擇監(jiān)控目標，將接收到的視頻數(shù)據(jù)流解碼并實時顯示到屏幕中。

3．3 GSM通信模塊

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

4 結(jié)束語

    該系統(tǒng)已部署于學(xué)校信息技術(shù)實驗中心及部份家庭、商戶中試用，進行安防管理，實現(xiàn)了本地報警以及通過電信寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺進行報警及全面的聯(lián)動處警，結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠性高、誤報警率低、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，安防方面的報警迅速、遠程監(jiān)控等功能，還能對該系統(tǒng)進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程監(jiān)控的地方，應(yīng)用廣泛，具有可開發(fā)性及可拓展性。