智能安防管理系统的设计与实现

摘要：运用TCP／IP的通信技术、嵌入式系统、视频编解码、GSM远程通信技术等设计并实现了集安防终端主机监控报警、安防探头监控、远程监控报警等功能一体的一种智能安防管理系统，给出了系统组成框图及其实现方案。经过实际应用检测，该系统性能可靠、易于使用，有效地实现了快速报警、处警，远程监控功能，提高了安全防护水平，具有广泛的实用价值。

关键词：智能安防；嵌入式系统；以太网通信；GSM远程通信；视频监控

O 引言

    近年来，随着网络通讯技术、电子技术和计算机技术的迅猛发展，数字化智能安防当前面临新的发展契机。目前市场中常见的各种居家智能安防产品从功能上讲基本上是本地被动单向报警，不能进行远程布控，不能进行报警实时处理以减少损失和抢救生命，也不能记录犯罪证据以便迅速捕捉嫌疑犯，功能上有明显的不足。为解决传统安防系统的缺点和不足，满足人们对智能安防管理系统的需要，结合TCP／IP通信技术、嵌入式系统、视频编解码技术、GSM模块远程通信技术等设计了一种集安防终端主机监控报警、安防探头监控、远程监控报警等功能为一体的智能安防管理系统，实现了对多个重要点(如门、窗等)进行监控管理，发现异常情况及时就地报警，并通过网络平台进行远程报警及全面的联动处警。

1 系统的组成及工作原理

    该系统由硬件部分和软件部分组成。硬件部分包括一个处理核心业务的智能安防服务器、安防终端主机、多组安防探测器、声光报警器、网络摄像头、GSM通信模块。软件部分为位于处理核心业务的智能安防服务器上的服务器软件以及位于网络管理平台的接警中心管理系统软件。设计总体框架如图1所示。

    该系统中安防终端主机、网络摄像头、手机及网络管理平台的接警中心管理系统首先要登陆智能安防服务器。安防终端主机通过对无线红外探测器、无线门窗磁发射器、无线烟雾探测器等安防探头进行实时的布防、撤防与监控。当探测到有非法人员入侵、发生火灾等异常情况时，安防探头将发射射频信号给安防终端主机，安防终端主机接到信号将通过专门接口与声光报警器相连，现场立即发出报警信号，并启动视频联动报警记录现场，同时将报警信息通过以太网或局域网传到接警中心管理系统，在接警中心主机屏幕上立刻显示出报警地点的具体位置，同时接警中心收到信息后可以实时通过服务器进行基于GSM网络的远程报警。能够利用网络进行远程管理与信息查询，管理者在外时可以利用以太网网络通过网络摄像头随时了解当前安防情况，能通过登陆接警中心管理系统或通过浏览器登陆安防终端主机查看各安防设备的状态、并调动智能处理模块改变安防设备的状态，对系统进行实时设防、撤防等设置。同时该系统中的智能安防服务器可将相应的数据记录下来以备查阅，实现对各种日志信息的管理，包括系统运行状态信息、安防探头监控管理、异常处理、报警等以及安全等级变更信息等内容。通过日志让用户了解系统的当前与历史状态，方便用户对系统的维护。

2 系统功能模块设计

    该系统按照功能模块，主要分为安防探头监控管理、视频监控、异常处理、系统日志管理等功能模块。安防探头监控管理主要是可通过浏览器登陆安防终端主机或利用接警中心管理系统或直接通过安防终端主机控制无线安防探头终端主机，对安防终端主机进行总体布控，或是对无线红外探测器、无线门窗磁发射器、无线烟雾探测器等各个安防探头进行实时的设防、撤防与监控；视频监控主要是通过网络摄像头对现场进行监控，并对视频数据进行数字化存储，记录现场情况；异常处理包括本地报警响铃，本地值班室报警，远程短消息通知，远程管理员报警，一旦发生异常情况，本地报警响铃后报警响报警信号由各终端安防设备发出传至服务器，联动处警，并通过GSM通信模块接入GSM网络实施远程警报。系统日志管理则实现了对各种日志信息的管理。图2反映了系统的总控流程图。本文主要介绍安防终端主机、视频监控以及GSM通信模块的设计与实现。

3 系统实现

3．1 安防终端主机

    安防终端主机硬件结构如图3所示，主要包括：探测器报警输入接口、微控制器、以太网控制芯片、外部EEPROM存储器、报警输出、32字符液晶屏、4个发光二极管、电源电路、复位电路、键盘等部分。微控制器的主要作用是对报警输入输出I／O口和其它部分进行控制，同时实现接收和传送相关数据、处理以太网通信等功能，因此要选用具有较多的通用I／O口和外围资源丰富便于构建外围电路的芯片。本系统微控制器选用的是高性能PIG单片 PIC24FJ256GA106。以太网控制芯片选用ENC28J60，可为嵌入式系统提供低引脚数、低成本、精简的远程通讯解决方案。EEPROM主要用于存放本地网页代码和重要数据，如用户名、密码、接警平台服务器名、收到的探测器编码等，即使掉电，程序和数据也不会丢失。本系统通过无线／有线模块实现与安防探测器的信号交互，完成报警输入输出的功能。信号输入及输出接口电路由接收模块TDL208、发送模块TDL9912及外围电路构成，但这两个芯片无白带编码，因此采用软解码方式。

    安防终端主机软件体系结构如图4所示，主要包括本地主机设置处理模块、本地网页设置模块、网络连接模块、网络远程监控处理模块以及远程升级模块。系统以Microchip平台MPLAB IDEv8．14环境下采用MPLABC32进行程序编写，软件可读性强，便于调试与维护升级，并且有利于较复杂控制算法的实现。

    每个安防主机都是一个独立的系统，在安防主机启动服务时，需要向服务器进行注册，并定期和服务器通信，在服务器上维护一个正在运行的安防主机的信息列表，定时更新该列表，将安防终端主机当前的IP地址、主机名、布控、警报等信息提供给接警中心管理系统。接警中心管理系统首先连接服务器，得到身份认证后，获得正在运行的安防主机信息列表，然后选择需要连接的监控点进行连接后可查看该主机

信息及进行远程布控。在接警中心管理系统主界面为所设区域的电子地图，可以获知哪些地点安防主机处于正常运行状态，当有报警情况出现，报警点的位置会有警示信息。

3．2 视菝监控

    视频监控主要包括监控现场的网络摄像头、服务器及位于接警中心的视频数据接受播放模块、云台和镜头控制模块。监控现场的网络摄像头实现视频数据的实时采集、H．264压缩编码、打包传送，并对压缩的视频数据进行数字化存储。视频服务器主要完成与监控现场的通信、用户的身份认证、与接警中心的通信以及登陆信息等功能。接警中心可以通过广播、组播、单播的方式接收视频数据，同时必须完成缓冲管理、H．264的实时解码、回放等功能，还可以修改和查看用户的信息、修改监控现场网络摄像头等信息。

    每个网络摄像头在启动时同样需要向服务器进行注册，发送网络摄像头的信息列表，包括网络摄像头设备名称、IP地址、端口等，服务器将这些信息传递给接警中心。网络摄像头在开启时就有侦听功能，等待接警中心或服务端的连接请求，将编码后的数据流通过TCP发送给接警中心。接警中心和网络摄像头建立连接后，等待接收数据包，并实现解码回放。对于接警中心管理系统中视频监控部分的设计如图5所示。视频监控启动时，可远程控制云台、镜头等设备，自由选择监控目标，将接收到的视频数据流解码并实时显示到屏幕中。

3．3 GSM通信模块

    GSM通信模块主要采用短信猫，通过串口与计算机连接，通过AT指令，与GSM网络直接交互，控制进行短信的收发。报警信息以AT命令的形式写入GSM模块并通过短消息发送到用户手机上，以便用户采取相应的处理措施。具体实现流程为远程监控模块串口初始化，远程通讯GSM模块初始化，短消息编码，短消息发送，确认成功。

4 结束语

    该系统已部署于学校信息技术实验中心及部份家庭、商户中试用，进行安防管理，实现了本地报警以及通过电信宽带网络平台进行报警及全面的联动处警，结果表明，该系统运行稳定、可靠性高、误报警率低、使用简单、成本低廉，能够满足用户的需求。该系统充分利用嵌入式网络通信上的优势，安防方面的报警迅速、远程监控等功能，还能对该系统进行软硬件的升级和整合新的功能模块，满足智能家居安防上未来发展的需要。该系统还可以用在银行、图书馆和博物馆等需要安防和远程监控的地方，应用广泛，具有可开发性及可拓展性。