基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )智能保險箱安防系統的設計（二）

　　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(diǎn)為：

　　命令模式在該模式下，模塊可解析AT命令并作出回應與發(fā)送數據。

　　透明模式模塊收到的任何從串口得到的數據均會(huì )被轉發(fā)出去，包括數據與AT命令。

　　在通常情況下，人們會(huì )默認使用命令模式來(lái)進(jìn)行配置與數據解析，但在該模式下發(fā)送過(guò)程會(huì )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(wú)法發(fā)送例如JEPG 圖等16 進(jìn)制數據。但若使用透明模式，則無(wú)法解析短信或AT命令，使模塊處于為了解決這個(gè)問(wèn)題，在本系統中引入混合模式，即命令模式與透明模式。

　　如圖7所示，系統在初始化和不發(fā)送數據時(shí)工作在命令模式，以處理用戶(hù)的配置短信。當有數據需要發(fā)送時(shí)，模塊進(jìn)入透明模式，數據以16進(jìn)制格式發(fā)送，完畢后回到命令模式繼續等待。在引入混合模式后，得以使系統同時(shí)兼顧處理AT命令與發(fā)送16進(jìn)制數據。與采用該模式之前，發(fā)送效率大幅提高，并因此降低了丟幀率。

　　3.2.2 丟幀的解決

　?。?）部分重發(fā)機制：仿滑動(dòng)窗口協(xié)議在本系統中，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(dòng)窗口協(xié)議原理實(shí)現部分重發(fā)機制。

　　如圖8所示設定窗口大小為3,在網(wǎng)關(guān)接收到數據包后，向單片機發(fā)送對應ACK 表明接收成功（圖中ACK1,ACK2）。若在規定時(shí)間內沒(méi)有收到則重發(fā)對應數據包（重發(fā)Pack3）。當窗口內數據包都被成功接收后，窗口向后滑動(dòng)進(jìn)行下次發(fā)送（準備發(fā)送Pack4,Pack5,Pack6）。

　?。?）丟幀后的校正

　　此部分算法在網(wǎng)關(guān)服務(wù)器上實(shí)現，大致流程為：在服務(wù)器上將JEPG圖像轉化為BMP圖像（利用GDI+實(shí)現），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(guò)計算空白區域周?chē)南袼攸c(diǎn)獲得內部像素點(diǎn)。

　　設f（x,y）是輸入圖像，b（x,y）是結構元素。用結構元素b 對輸入圖像y 進(jìn)行膨脹的運算被定義為：

　　最后空白的地方利用縮略圖放大進(jìn)行填充。引用此算法后，丟幀圖像得到一定程度糾正，效果如圖9所示。

　　3.3 iPhone客戶(hù)端實(shí)現

　　3.3.1 iOS系統與Objective-C介紹

　　蘋(píng)果iOS 是由蘋(píng)果公司開(kāi)發(fā)的手持設備操作系統。iOS與蘋(píng)果的Mac OS X操作系統一樣，它是以Dar-win為基礎的，因此同樣屬于類(lèi)Unix的商業(yè)操作系統。

　　iOS 架構分為4 層：Cocoa Touch 層，Media 層，CoreServices層與Core OS層。其中Cocoa Touch層提供了基本的系統行為支持，可降低開(kāi)發(fā)者的工作量。Media層包含圖形，音頻，視頻技術(shù)。Core Services層為所有應用程序提供基礎系統服務(wù)，應用程序并不能直接是用這些服務(wù)，但它們是系統很多部分賴(lài)以建構的基礎。

　iOS 開(kāi)發(fā)所需語(yǔ)言為Objective-C,它是擴充C 的面向對象編程語(yǔ)言。

　　3.3.2 iOS客戶(hù)端設計作為此監測系統的移動(dòng)客戶(hù)端，在iOS平臺上實(shí)現主要功能為：用戶(hù)登錄，查詢(xún)保險箱位置，查詢(xún)實(shí)時(shí)圖片，主動(dòng)拍照與定位以及基本配置。這些功能既滿(mǎn)足了客戶(hù)的基本需求，又具有了一定的可移植性。

　　手機客戶(hù)端采用客戶(hù)端/服務(wù)器（CLIENT/SERV-ER,C/S）架構進(jìn)行設計，通過(guò)采用超文本傳輸協(xié)議（Hy-pertext Transport Protocol,HTTP）和簡(jiǎn)單對象訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議（Simple Object Access Protocol,SOAP）與Web服務(wù)器進(jìn)行通信與數據交互?？蛻?hù)端系統結構如圖10所示。

　　如上節所述，當保險箱報警模塊被觸發(fā)后（異常震動(dòng)，濕度溫度過(guò)高等），會(huì )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(shí)服務(wù)器會(huì )向iOS客戶(hù)端發(fā)送一報警信息，隨后客戶(hù)端通過(guò)PUSH（推送）功能向手機使用者推送報警信息。若用戶(hù)查看客戶(hù)端，可以獲取當前最新的所有信息，有助于幫助用戶(hù)更好地管理以及追回保險箱。同時(shí)，該客戶(hù)端提供用戶(hù)主動(dòng)查詢(xún)位置與拍照功能，使用戶(hù)了解保險箱的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

　　3.3.3 iOS客戶(hù)端實(shí)現

　　從用戶(hù)角度進(jìn)行需求分析，該應用主要用到與服務(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(shí)現將逐條介紹。

　?。?）與服務(wù)器交互

　　手機終端與服務(wù)器間的通信的數據格式采用可擴展標記語(yǔ)言格式（Extensible Markup Language,XML），手機通過(guò)HTTP和SOAP方式與服務(wù)器進(jìn)行數據交互。

　　SOAP 方式可通過(guò)開(kāi)源類(lèi)“ASIHTTPRequest”與“GDATA”共同實(shí)現。

　　具體實(shí)現流程為：首先按照WEB Service 提供SOAP 1.2請求示例打包SOAP請求字符串，同時(shí)按照該示例創(chuàng )建請求實(shí)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，在收到回復后利用SOAP類(lèi)解析其中內容即可。

　?。?）地圖定位

　　在iOS 5.x 及以下版本中，都可采用谷歌地圖實(shí)現該功能。本軟件利于MapKit 框架并配合CoreLocation框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在進(jìn)入地圖頁(yè)面后，客戶(hù)端訪(fǎng)問(wèn)Web服務(wù)器獲得用戶(hù)保險箱所在位置坐標，并對坐標值進(jìn)行校對，而后標注在地圖上?？紤]到若保險箱丟失，用戶(hù)無(wú)法判斷陌生地點(diǎn)的情況，客戶(hù)端允許用戶(hù)分別以標準/衛星/混合3 種方式查看地圖。在載入地圖后，客戶(hù)端通過(guò)調用MKReverseGeocoder 類(lèi)反相查詢(xún)坐標點(diǎn)信息，以獲得所處位置的國家/城市/街道名，供用戶(hù)更方便的追蹤設備位置。

　?。?）數據信息處理

　　客戶(hù)端提供3 種數據信息服務(wù)：查看最新報警數據，查看歷史數據與手動(dòng)采集數據。查看最新報警數據是利用Web 服務(wù)器從服務(wù)器讀取最新數據，用戶(hù)若認為此數據有用，那么可以連同該圖片所在位置信息等保存至客戶(hù)端，方便以后查看。另外，客戶(hù)端可以通過(guò)短信方式控制用戶(hù)擁有的監控設備進(jìn)行數據采集，隨后在更新服務(wù)器數據后顯示在客戶(hù)端上。

　　4 功能測試

　　本系統分為3 個(gè)部分，因此，本章節將分兩個(gè)小部分展示：前端監測硬件，前端監測與數據平臺的測試，數據平臺與手機客戶(hù)端的監測。前端監測硬件如圖11所示，圖中可看出硬件主體，天線(xiàn)，攝像頭與電池。

　　前端監測與數據平臺之間的交互主要為信息的發(fā)送，需發(fā)送信息包括心跳幀，警報信息（含GPS位置），圖片信息等。服務(wù)器上接收程序接收區如圖12所示。

　　圖12中，第1條為震動(dòng)后發(fā)送的報警信息，第2,3條為心跳幀，均以16進(jìn)制顯示。在圖片發(fā)送完畢后，客戶(hù)端可顯示最新照片。由于超廣角攝像頭安置于保險箱內，周?chē)鷷?huì )出現黑色區域，這是由于隱蔽措施所導致的，如圖13所示。

　　機客戶(hù)端對現代安防系統有非常實(shí)用的意義，并可以以此為基礎衍生出更多具有實(shí)際應用的功能。目前該應用處于演示版階段。加一個(gè)測試結論如圖14所示。

　　5 結語(yǔ)

　　在對基于WSN 的安防監測系統進(jìn)行功能分析，系統設計與軟硬件實(shí)現后，開(kāi)發(fā)出了一套基于C/S架構的安防監測系統。該系統的硬件以超低功耗單片機MSP430為核心，具有無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)，并結合了多媒體技術(shù)，具有穩定性高，正確報警率高，監測信息完善等特點(diǎn)。同時(shí)該套系統具有較為完善的用戶(hù)服務(wù)，提供包括PC機，短信，用戶(hù)網(wǎng)站與手機客戶(hù)端等多種方式進(jìn)行查詢(xún)與追蹤。