基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能保險(xiǎn)箱安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　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(yīng)與發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　透明模式模塊收到的任何從串口得到的數(shù)據(jù)均會(huì)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(huì)默認(rèn)使用命令模式來進(jìn)行配置與數(shù)據(jù)解析，但在該模式下發(fā)送過程會(huì)因遇到某些特殊位而停止（例如中止位一般為0x1A），因此在該模式下無法發(fā)送例如JEPG 圖等16 進(jìn)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(gè)問題，在本系統(tǒng)中引入混合模式，即命令模式與透明模式。

　　如圖7所示，系統(tǒng)在初始化和不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)工作在命令模式，以處理用戶的配置短信。當(dāng)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送時(shí)，模塊進(jìn)入透明模式，數(shù)據(jù)以16進(jìn)制格式發(fā)送，完畢后回到命令模式繼續(xù)等待。在引入混合模式后，得以使系統(tǒng)同時(shí)兼顧處理AT命令與發(fā)送16進(jìn)制數(shù)據(jù)。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

　　（1）部分重發(fā)機(jī)制：仿滑動(dòng)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(dòng)窗口協(xié)議原理實(shí)現(xiàn)部分重發(fā)機(jī)制。

　　如圖8所示設(shè)定窗口大小為3,在網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)包后，向單片機(jī)發(fā)送對應(yīng)ACK 表明接收成功（圖中ACK1,ACK2）。若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)沒有收到則重發(fā)對應(yīng)數(shù)據(jù)包（重發(fā)Pack3）。當(dāng)窗口內(nèi)數(shù)據(jù)包都被成功接收后，窗口向后滑動(dòng)進(jìn)行下次發(fā)送（準(zhǔn)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(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(shí)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(jì)算空白區(qū)域周圍的像素點(diǎn)獲得內(nèi)部像素點(diǎn)。

　　設(shè)f（x,y）是輸入圖像，b（x,y）是結(jié)構(gòu)元素。用結(jié)構(gòu)元素b 對輸入圖像y 進(jìn)行膨脹的運(yùn)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客戶端實(shí)現(xiàn)

　　3.3.1 iOS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Mac OS X操作系統(tǒng)一樣，它是以Dar-win為基礎(chǔ)的，因此同樣屬于類Unix的商業(yè)操作系統(tǒng)。

　　iOS 架構(gòu)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(tǒng)行為支持，可降低開發(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(yīng)用程序提供基礎(chǔ)系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)用程序并不能直接是用這些服務(wù)，但它們是系統(tǒng)很多部分賴以建構(gòu)的基礎(chǔ)。

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

　　3.3.2 iOS客戶端設(shè)計(jì)作為此監(jiān)測系統(tǒng)的移動(dòng)客戶端，在iOS平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)主要功能為：用戶登錄，查詢保險(xiǎn)箱位置，查詢實(shí)時(shí)圖片，主動(dòng)拍照與定位以及基本配置。這些功能既滿足了客戶的基本需求，又具有了一定的可移植性。

　　手機(jī)客戶端采用客戶端/服務(wù)器（CLIENT/SERV-ER,C/S）架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過采用超文本傳輸協(xié)議（Hy-pertext Transport Protocol,HTTP）和簡單對象訪問協(xié)議（Simple Object Access Protocol,SOAP）與Web服務(wù)器進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)交互?？蛻舳讼到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10所示。

　　如上節(jié)所述，當(dāng)保險(xiǎn)箱報(bào)警模塊被觸發(fā)后（異常震動(dòng)，濕度溫度過高等），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客戶端發(fā)送一報(bào)警信息，隨后客戶端通過PUSH（推送）功能向手機(jī)使用者推送報(bào)警信息。若用戶查看客戶端，可以獲取當(dāng)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(xiǎn)箱。同時(shí)，該客戶端提供用戶主動(dòng)查詢位置與拍照功能，使用戶了解保險(xiǎn)箱的實(shí)時(shí)狀態(tài)。

　　3.3.3 iOS客戶端實(shí)現(xiàn)

　　從用戶角度進(jìn)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(shí)現(xiàn)將逐條介紹。

　?。?）與服務(wù)器交互

　　手機(jī)終端與服務(wù)器間的通信的數(shù)據(jù)格式采用可擴(kuò)展標(biāo)記語言格式（Extensible Markup Language,XML），手機(jī)通過HTTP和SOAP方式與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

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

　　具體實(shí)現(xiàn)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(fù)后利用SOAP類解析其中內(nèi)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(xiàn)該功能。本軟件利于MapKit 框架并配合CoreLocation框架進(jìn)行開發(fā)。在進(jìn)入地圖頁面后，客戶端訪問Web服務(wù)器獲得用戶保險(xiǎn)箱所在位置坐標(biāo)，并對坐標(biāo)值進(jìn)行校對，而后標(biāo)注在地圖上?？紤]到若保險(xiǎn)箱丟失，用戶無法判斷陌生地點(diǎn)的情況，客戶端允許用戶分別以標(biāo)準(zhǔn)/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(biāo)點(diǎn)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。

　?。?）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(bào)警數(shù)據(jù)，查看歷史數(shù)據(jù)與手動(dòng)采集數(shù)據(jù)。查看最新報(bào)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(rèn)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(jìn)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

　　本系統(tǒng)分為3 個(gè)部分，因此，本章節(jié)將分兩個(gè)小部分展示：前端監(jiān)測硬件，前端監(jiān)測與數(shù)據(jù)平臺(tái)的測試，數(shù)據(jù)平臺(tái)與手機(jī)客戶端的監(jiān)測。前端監(jiān)測硬件如圖11所示，圖中可看出硬件主體，天線，攝像頭與電池。

　　前端監(jiān)測與數(shù)據(jù)平臺(tái)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(bào)信息（含GPS位置），圖片信息等。服務(wù)器上接收程序接收區(qū)如圖12所示。

　　圖12中，第1條為震動(dòng)后發(fā)送的報(bào)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，客戶端可顯示最新照片。由于超廣角攝像頭安置于保險(xiǎn)箱內(nèi)，周圍會(huì)出現(xiàn)黑色區(qū)域，這是由于隱蔽措施所導(dǎo)致的，如圖13所示。

　　機(jī)客戶端對現(xiàn)代安防系統(tǒng)有非常實(shí)用的意義，并可以以此為基礎(chǔ)衍生出更多具有實(shí)際應(yīng)用的功能。目前該應(yīng)用處于演示版階段。加一個(gè)測試結(jié)論如圖14所示。

　　5 結(jié)語

　　在對基于WSN 的安防監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行功能分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟硬件實(shí)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(jī)MSP430為核心，具有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合了多媒體技術(shù)，具有穩(wěn)定性高，正確報(bào)警率高，監(jiān)測信息完善等特點(diǎn)。同時(shí)該套系統(tǒng)具有較為完善的用戶服務(wù)，提供包括PC機(jī)，短信，用戶網(wǎng)站與手機(jī)客戶端等多種方式進(jìn)行查詢與追蹤。