1 系統(tǒng)方案
1.1 系統(tǒng)特點
(1)傳統(tǒng)接觸式IC卡，工作時需要與讀寫終端觸點接觸，存在易磨損、并行多人刷卡困難等不足。而基于無線射頻技術非接觸式智能卡具有無接觸、可并行處理、與接觸式相比可節(jié)省70%~90%的時間[1]。
(2)采用非接觸式智能卡，巡更員提交出勤信息更加方便，讀卡器自動識別出電子標簽信息，解決了巡更棒方式必須與信息采集點準確接觸才能采集信息的缺點。
(3)采用無線方式傳輸信息，解決了傳統(tǒng)的采用RS485、CAN總線的有線方式中存在的網絡施工布線工作量大、線路易受破壞、線路損壞后故障點不易查找等缺點。
(4)GPRS的網絡覆蓋面很廣，確保了大型園區(qū)的可用性，解決了RS485、CAN總線通信方式受距離限制的問題。
(5)使用熱紅外感應式傳感器，在巡更人員經過的時候，傳感器感受到人體紅外光譜變化，通過中斷喚醒巡更機，這樣既避免能源浪費，又增加巡更機的使用年限。
(6)巡更人員和巡更機統(tǒng)一由控制室管理，便于人員調配和巡更機的管理維護，當有巡更員漏崗，或終端機故障，都可以第一時間通知控制室。
1.2 系統(tǒng)組成
實時在線巡更系統(tǒng)由GPRS模塊、巡更機終端、非接觸式IC卡、上位機巡更管理軟件等構成。GPRS模塊的組網方式一般有公網靜態(tài)IP方案、動態(tài)域名解析方案、SMS通信方案、APN專線接入方案?？紤]系統(tǒng)的安全性，本應用采用APN專線接入移動公司的GPRS網絡，中心采用APN專線，各個節(jié)點采用內網固定IP，該方案監(jiān)控中心通過1條2 M APN專線接入移動公司GPRS網絡，雙方互聯(lián)路由器之間采用私有固定IP地址進行廣域連接，在GGSN與移動公司互聯(lián)路由器之間采用GRE隧道。為監(jiān)控中心分配專用的APN，普通用戶不得申請該APN。用于GPRS專網的SIM卡僅開通該專用APN，限制使用其他APN。得到APN后，給所有監(jiān)控點及中心分配移動內部固定IP。巡更機和監(jiān)控中心之間采用端到端加密，避免信息在整個傳輸過程中可能的泄漏。雙方采用防火墻進行隔離，并在防火墻上進行IP地址和端口過濾。此種方案無論在實時性、安全性和穩(wěn)定性方面較前3種方案都有很大提高，適合于安全性要求較高、數據點比較多、實時性要求較高的應用環(huán)境。非接觸式IC卡存儲巡更員的信息，巡更機終端負責采集巡更員信息，巡更機通過GPRS模塊將采集到的信息發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心上位機存取各個巡更點巡更機采集來的信息，進行分類存儲。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1.3 系統(tǒng)工作原理
由監(jiān)控中心給各個巡更機發(fā)送命令，通過終端機返回的信息就可以確定巡更機是否工作正常。當巡更員經過巡更機時，巡更機通過讀取巡更員的IC卡信息，將巡更員工號等信息發(fā)回監(jiān)控中心，監(jiān)控中心將工號與數據庫進行匹配，確定巡更員的身份，同時將巡更機送來的一些輔助信息(如巡更員的位置、巡更時間、巡更點的治安狀況等)同時存入數據庫，這樣系統(tǒng)可以對巡更工作進行監(jiān)督。如果當班巡查人員沒有在規(guī)定的時間段內按指定的巡更路線依次逐點到崗，系統(tǒng)會將該情況及時地反映給監(jiān)控室值班人員，同時巡更機端的傳感器也會將本地的安全狀況實時提供給監(jiān)控中心。
2 終端巡更機硬件設計
巡更機的硬件部分主要由處理器、GPRS模塊、紅外傳感器等組成。處理器采用STC12C5410AD，這是一款增強型8051內核的單片機，有多種封裝形式，比普通8051核單片機快8～12倍，硬件看門狗，具有1個全雙工異步串行通信口，1個高速SPI通信端口，10位ADC，8通道且價格便宜，特別適合小型嵌入式終端使用。GPRS模塊采用BENQ 22，此模塊是臺灣明基公司GSM/GPRS模塊產品系列的主導產品，該模塊為帶TCP/IP協(xié)議的900/1 800/1 900三頻段工業(yè)模塊，主要用于無線公話、車載系統(tǒng)、監(jiān)控、防盜系統(tǒng)。由于該模塊內嵌了TCP/IP協(xié)議，這大大降低了對整個系統(tǒng)硬件和軟件的要求。BENG22模塊的工作電壓為3.2 V~4.2 V，通話時最小功耗為230 mA最大為260 mA，待機時功耗小于6 mA；支持3 V的SIM卡，支持語音、短信息、傳真功能，支持GSM和GPRS 2種模式。讀卡器中MF RC522是Philips公司最新推出的一款非接觸式低功耗讀寫基站芯片，它是應用于13.56 MHz非接觸式通信中高集成讀卡IC系列中的一員。該讀卡IC系列利用了先進的調制和解調概念，完全集成了13.56 MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協(xié)議。MF RC522支持ISO14443A所有的層，傳輸速度最高達424 Kb/s，具有3種主機接口方式：SPI模式、UART模式、I2C模式。本設計采用SPI模式進行讀卡器與單片機通信。巡更機硬件框圖如圖2所示。
3 終端巡更機軟件設計
系統(tǒng)軟件主要包括單片機與GPRS模塊的通信，以及讀卡器讀取數據給單片機兩大部分。
在系統(tǒng)初始化完成后，應用程序對外圍電路發(fā)出的信號進行監(jiān)測、識別、處理?？紤]事件的多發(fā)，不定時的特性，本應用將μC/OS II操作系統(tǒng)移植到軟件系統(tǒng)上，采用該實時操作系統(tǒng)來實現多任務處理。監(jiān)控系統(tǒng)大多都是后臺程序，系統(tǒng)運行起來就開始進行監(jiān)聽，當有信號觸發(fā)時則進行相應的服務進程，例如，巡更人員到崗，周圍環(huán)境突發(fā)警情等。軟件流程圖如圖3所示。
3.1 GPRS模塊的軟件設計
GPRS與單片機通信的關鍵部分是該模塊的初始化，初始化完成后，單片機向GPRS模塊發(fā)送數據，步驟如下：
(1)運用命令AT+IPR=9 600(默認)設置波特率，可自由用此命令切換通信速率。支持掉電保存，因此只需要設1次，不需要每次開機重設。
(2)運用命令AT+CGDCONT=1，“IP”，“CMNET”命令設置GPRS接入網關。
(3)運用命令AT+CGCLASS=“B”設置移動終端的類別為B類，即同時監(jiān)控多種業(yè)務，但只能運行1種業(yè)務。
(4)運用命令AT+CGACT=1，1命令激活GPRS功能，如果返回OK，則GPRS連接成功；如果返回ERROR則意味著GPRS失敗。
(5)運用命令AT+CIPSTART=“TCP”，“客戶端IP”，“端口號”來連接客戶端服務器。
(6)AT%CGPC0=1，“PAP”，1(PAP驗證，默認的用戶名和密碼)AT$DESTINFO=“XXXX.XXXX.XXXX.XXXX”， 1，1234這1條指令中XXXX.XXXX.XXXX.XXXX指的是遠端的1個IP地址，這個IP地址必須是正確的，1234指的是端口號，這個端口號是遠端的接收程序默認或者設定的端口號。這里設定的端口號必須要和遠端接收程序的端口號一致。
通過上面的初始化，單片機讀取的讀卡器信息就可以通過GPRS數據業(yè)務將巡更員的信息發(fā)到監(jiān)控中心[2]。
3.2 讀卡器軟件設計
讀卡器軟件設計是單片機控制MF RC522對MIFARE卡的操作，包括主控程序、PIC單片機初始化、讀卡器核心模塊RC522初始化、RC522讀寫子程序、防沖突子程序和數據塊操作子程序等[3]。
單片機與MIFARE卡進行通信是通過天線發(fā)送協(xié)議IS014443A所規(guī)定的指令代碼和數據格式來實現的。例如向卡片發(fā)送數據是通過向讀卡器核心模塊RC522內的FIFOData寄存器寫入待發(fā)送數據，Command寄存器裝入命令Transceive的代碼0x1e，RC522就會將數據發(fā)送出去，卡中返回數據則存放在FIFOData寄存器中，由單片機讀取后寫入串口通過GPRS發(fā)送到控制中心。讀卡器對MIFARE卡片的操作流程如圖4所示[4]。
(1)復位應答操作通知MF RC500有效工作范圍(距離)內尋找MIFARE卡片。
(2)如果多余1張的MIFARE卡片在讀卡器天線的有效工作范圍(距離)內，必須執(zhí)行防重疊操作，返回1張卡片的序列號，作為本次操作的對象，而其他卡片處于等待狀態(tài)。
(3)在成功執(zhí)行防重疊操作之后或在任何時候，當程序員想與己知序列號的卡片進行通信時，必須執(zhí)行選擇卡片操作，以建立與所選卡片的通信，同時返回該卡片的字節(jié)數。
(4)為保證對卡片操作的合法性，在對卡片操作前必須在卡片和讀卡器之間進行認證操作。
3.3 上位機軟件設計
監(jiān)控中心的上位機軟件采用VC 6.0實現，主要作用是監(jiān)控各個巡更機信息，并通過GPRS數據鏈路給各個巡更機發(fā)送命令。本系統(tǒng)不屬于重點討論對象，只簡要概述。
通過具體分析小區(qū)的物業(yè)管理特征，針對現有巡更機特點進行改進設計，提出了一種新式的在線式巡更管理系統(tǒng)，實現小區(qū)巡更信息采集的網絡化、無線化。采用非接觸式IC卡操作及信息獲取簡便，極大地提高了社區(qū)管理效能和辦公工作效率。采用GPRS業(yè)務作為數據傳輸載體，使得系統(tǒng)安裝簡便，調試維護較容易，性能價格比好。同時系統(tǒng)結構緊湊、易于擴充連接，有極好的靈活性，具有很好的應用前景。
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