基于nRF24LE1的校園警情定位系統設計

摘要：在手機報警受限的情況下，為了使求助者能向校園保衛處緊急報警并且準確定好自己所處的位置，本文研制了求助者隨身攜帶的微型無(wú)線(xiàn)遙控器和相應的配套系統。當求助者按下緊急求助按鈕時(shí)，立即向保衛處發(fā)出求助信號，同時(shí)在保衛處的監控界面上直觀(guān)顯示求助者所在的位置。測試表明，從求助者按下緊急求助按鈕到保衛處頁(yè)面刷新顯示為40～50 s，位置精度為20～40m。

引言

學(xué)校安全工作是全社會(huì )安全工作的重要組成部分之一。它直接關(guān)系到青年學(xué)生能否安全、健康地成長(cháng)，關(guān)系到千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)家庭的幸福安寧和社會(huì )穩定。廣東海洋大學(xué)湖光校區校園面積大，有些地方比較偏僻，往往是警情多發(fā)地段。遇到緊急情況，求助者通過(guò)手機報警，但往往很難準確描述其所在位置。若求助者手機報警受到限制，就更加無(wú)法對外發(fā)出求助。

為了解決以上的問(wèn)題，讓求助者能通過(guò)第二種方式向校園保衛處緊急報警并且準確定好自己所處的位置，本文研制了求助者隨身攜帶的微型無(wú)線(xiàn)遙控器和相應的配套裝置。當求助者按下緊急求助按鈕，立即向保衛處發(fā)出求助信號，同時(shí)在保衛處的監控界面上直觀(guān)顯示求助者所在的位置。

1 系統整體實(shí)現

該系統的整體架構如圖1所示。在某需要監控的區域布置中心站，在中心站周?chē)贾枚鄠€(gè)分站，形成一個(gè)星狀網(wǎng)絡(luò )。一旦各個(gè)站點(diǎn)布置的位置確定，其經(jīng)緯度的位置信息便確定下來(lái)。區域內的各個(gè)分站的信息直接或者間接傳送到中心站，中心站接著(zhù)把該信息傳送到數據中心。為了增加分站布置的靈活性，本文對分站之間信息的接力傳遞進(jìn)行了技術(shù)上的實(shí)現，但從實(shí)時(shí)性和可靠性的角度看，盡量避免分站之間信息的接力傳遞，從信息起始發(fā)起的分站到中心站之間的分站不應超過(guò)2個(gè)。

求助者按下隨身攜帶的微型無(wú)線(xiàn)遙控器的緊急求助按鈕，當離其最近的分站接收到該求助信號時(shí)，該分站首先啟動(dòng)報警器蜂鳴，這樣做是為了獲得周?chē)罕姷膸椭?，然后該分站通過(guò)某種預定的路徑，直接或者間接地把該信息傳送到中心站。最后中心站通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )把該信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)上的數據中心，并存儲在數據庫服務(wù)器中。

在WEB服務(wù)器上發(fā)布警情監控的網(wǎng)站，學(xué)校保衛處作為客戶(hù)端之一訪(fǎng)問(wèn)該網(wǎng)站。該頁(yè)面不斷實(shí)時(shí)刷新顯示最新的警情信息。學(xué)校保安人員也可以通過(guò)手機訪(fǎng)問(wèn)該網(wǎng)站，從而協(xié)助其準確到達案發(fā)地點(diǎn)。

監控開(kāi)始時(shí)，客戶(hù)端在瀏覽器上鍵入“http：//210.38.139.35/warn/default.htm”地址。假設現有不同用戶(hù)在不同地方按下緊急求助按鈕，圖2為顯示界面。

圖2中標注“警衛”的地方就是學(xué)校固定警力分布的位置，標注“警報”的位置就是當前警情位置，其以不停的跳動(dòng)和聲音提示最新警情。只有保衛處用戶(hù)才有權限去處理該警情信息，其他用戶(hù)只有瀏覽權限。這樣保衛處根據求助地點(diǎn)和警衛的位置，作出最優(yōu)的指揮。同時(shí)警衛人員可以利用手機訪(fǎng)問(wèn)該網(wǎng)站，作為位置協(xié)助找到求助者。

2 系統硬件

2.1 nRF24LE1模塊

nRF24LE1是NORDIC公司新推出的一款芯片。nRF24LE1采用了NORDIC公司最新的無(wú)線(xiàn)和超低功耗技術(shù)，在一個(gè)極小封裝中集成了2.4 GHz無(wú)線(xiàn)傳輸、增強型51 Flash高速單片機、豐富外設及接口等，是一個(gè)性能和成本的完美結合，很適合應用于各種2.4GHz的產(chǎn)品設計。

在本系統中的微型無(wú)線(xiàn)遙控器、分站和中心站的無(wú)線(xiàn)收發(fā)裝置選用的都是nRF24LE1模塊，它們之間的信息傳遞是通過(guò)各自的nRF24LE1模塊進(jìn)行的。其中，分站和中心站采用的nRF24LE1模塊帶有外置功率放大天線(xiàn)，開(kāi)闊地傳輸距離約為200～400 m，而微型無(wú)線(xiàn)遙控器采用的nRF 24LE1網(wǎng)模塊帶有內置天線(xiàn)，開(kāi)闊地通信距離為10～30 m。

2.2 EM310模塊

中心站最后還需要把警情信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )傳送到互聯(lián)網(wǎng)上的數據中心。GPRS網(wǎng)絡(luò )的接入采用華為公司生產(chǎn)的EM310模塊。EM310模塊內置了TCP/IP協(xié)議棧，由AT指令控制并使得應用程序可以很容易地接入網(wǎng)絡(luò )。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于最小化了將網(wǎng)絡(luò )連接集成入一個(gè)新的或已存在的應用程序所需的成本和時(shí)間。

在本系統中，EM310模塊是由中心站的nRF24LE1通過(guò)AT指令控制操作的，它們之間的接口就是典型的三線(xiàn)制串行通信。

3 系統軟件的實(shí)現

3.1 微型無(wú)線(xiàn)遙控器軟件

考慮到遙控器的功耗和體積，采用紐扣電池供電。平時(shí)不需要報警的時(shí)候，電源按鈕處于被關(guān)閉狀態(tài)，當有緊急情況時(shí)，電源按鈕被按下，系統開(kāi)始工作，啟動(dòng)發(fā)送警報，其工作流程如圖3所示。

求助信號發(fā)送出去后，離其最近的分站接收到該信號，分站啟動(dòng)大功率蜂鳴器工作，同時(shí)發(fā)送一個(gè)應答包給該遙控器。當遙控器接收到該應答包后，停止發(fā)送警報，同時(shí)觸發(fā)LED指示，表示警報信息已經(jīng)被成功捕獲，否則重新發(fā)送。這樣設置是為了加強系統的可靠性，萬(wàn)一分站的蜂鳴器壞了，求助者無(wú)法通過(guò)蜂鳴器嗚叫來(lái)確認求助信息是否被成功捕獲。

3.2 分站軟件

與無(wú)線(xiàn)遙控器供電方式不同，分站采用連續的供電方式，其工作流程圖如圖4所示。分站不斷循環(huán)檢測是否有警報信息需要處理。若有警報信息需要處理，首先發(fā)出應答包，接著(zhù)往預定的目標地址發(fā)送警報數據包。該目標地址可以是其他分站，也可以是中心站，是根據實(shí)際需要設定的。