基于nRF24LE1的校園警情定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：在手機(jī)報(bào)警受限的情況下，為了使求助者能向校園保衛(wèi)處緊急報(bào)警并且準(zhǔn)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線遙控器和相應(yīng)的配套系統(tǒng)。當(dāng)求助者按下緊急求助按鈕時(shí)，立即向保衛(wèi)處發(fā)出求助信號(hào)，同時(shí)在保衛(wèi)處的監(jiān)控界面上直觀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(wèi)處頁面刷新顯示為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，關(guān)系到千千萬萬個(gè)家庭的幸福安寧和社會(huì)穩(wěn)定。廣東海洋大學(xué)湖光校區(qū)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，求助者通過手機(jī)報(bào)警，但往往很難準(zhǔn)確描述其所在位置。若求助者手機(jī)報(bào)警受到限制，就更加無法對(duì)外發(fā)出求助。

為了解決以上的問題，讓求助者能通過第二種方式向校園保衛(wèi)處緊急報(bào)警并且準(zhǔn)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線遙控器和相應(yīng)的配套裝置。當(dāng)求助者按下緊急求助按鈕，立即向保衛(wèi)處發(fā)出求助信號(hào)，同時(shí)在保衛(wèi)處的監(jiān)控界面上直觀顯示求助者所在的位置。

1 系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。在某需要監(jiān)控的區(qū)域布置中心站，在中心站周圍布置多個(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。區(qū)域內(nèi)的各個(gè)分站的信息直接或者間接傳送到中心站，中心站接著把該信息傳送到數(shù)據(jù)中心。為了增加分站布置的靈活性，本文對(duì)分站之間信息的接力傳遞進(jìn)行了技術(shù)上的實(shí)現(xiàn)，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(yīng)超過2個(gè)。

求助者按下隨身攜帶的微型無線遙控器的緊急求助按鈕，當(dāng)離其最近的分站接收到該求助信號(hào)時(shí)，該分站首先啟動(dòng)報(bào)警器蜂鳴，這樣做是為了獲得周圍群眾的幫助，然后該分站通過某種預(yù)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GPRS網(wǎng)絡(luò)把該信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。

在WEB服務(wù)器上發(fā)布警情監(jiān)控的網(wǎng)站，學(xué)校保衛(wèi)處作為客戶端之一訪問該網(wǎng)站。該頁面不斷實(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手機(jī)訪問該網(wǎng)站，從而協(xié)助其準(zhǔn)確到達(dá)案發(fā)地點(diǎn)。

監(jiān)控開始時(shí)，客戶端在瀏覽器上鍵入“http：//210.38.139.35/warn/default.htm”地址。假設(shè)現(xiàn)有不同用戶在不同地方按下緊急求助按鈕，圖2為顯示界面。

圖2中標(biāo)注“警衛(wèi)”的地方就是學(xué)校固定警力分布的位置，標(biāo)注“警報(bào)”的位置就是當(dāng)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(wèi)處用戶才有權(quán)限去處理該警情信息，其他用戶只有瀏覽權(quán)限。這樣保衛(wèi)處根據(jù)求助地點(diǎn)和警衛(wèi)的位置，作出最優(yōu)的指揮。同時(shí)警衛(wèi)人員可以利用手機(jī)訪問該網(wǎng)站，作為位置協(xié)助找到求助者。

2 系統(tǒng)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公司最新的無線和超低功耗技術(shù)，在一個(gè)極小封裝中集成了2.4 GHz無線傳輸、增強(qiáng)型51 Flash高速單片機(jī)、豐富外設(shè)及接口等，是一個(gè)性能和成本的完美結(jié)合，很適合應(yīng)用于各種2.4GHz的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

在本系統(tǒng)中的微型無線遙控器、分站和中心站的無線收發(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，開闊地傳輸距離約為200～400 m，而微型無線遙控器采用的nRF 24LE1網(wǎng)模塊帶有內(nèi)置天線，開闊地通信距離為10～30 m。

2.2 EM310模塊

中心站最后還需要把警情信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)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(nèi)置了TCP/IP協(xié)議棧，由AT指令控制并使得應(yīng)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(yīng)用程序所需的成本和時(shí)間。

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

3 系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)

3.1 微型無線遙控器軟件

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(bào)警的時(shí)候，電源按鈕處于被關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)有緊急情況時(shí)，電源按鈕被按下，系統(tǒng)開始工作，啟動(dòng)發(fā)送警報(bào)，其工作流程如圖3所示。

求助信號(hào)發(fā)送出去后，離其最近的分站接收到該信號(hào)，分站啟動(dòng)大功率蜂鳴器工作，同時(shí)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答包給該遙控器。當(dāng)遙控器接收到該應(yīng)答包后，停止發(fā)送警報(bào)，同時(shí)觸發(fā)LED指示，表示警報(bào)信息已經(jīng)被成功捕獲，否則重新發(fā)送。這樣設(shè)置是為了加強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，萬一分站的蜂鳴器壞了，求助者無法通過蜂鳴器嗚叫來確認(rèn)求助信息是否被成功捕獲。

3.2 分站軟件

與無線遙控器供電方式不同，分站采用連續(xù)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(bào)信息需要處理。若有警報(bào)信息需要處理，首先發(fā)出應(yīng)答包，接著往預(yù)定的目標(biāo)地址發(fā)送警報(bào)數(shù)據(jù)包。該目標(biāo)地址可以是其他分站，也可以是中心站，是根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定的。