O 引言
近年來，隨著網絡通訊技術、電子技術和計算機技術的迅猛發展，數字化智能安防當前面臨新的發展契機。目前市場中常見的各種居家智能安防產品從功能上講基本上是本地被動單向報警，不能進行遠程布控，不能進行報警實時處理以減少損失和搶救生命，也不能記錄犯罪證據以便迅速捕捉嫌疑犯，功能上有明顯的不足。為解決傳統安防系統的缺點和不足，滿足人們對智能安防管理系統的需要，結合TCP／IP通信技術、嵌入式系統、視頻編解碼技術、GSM模塊遠程通信技術等設計了一種集安防終端主機監控報警、安防探頭監控、遠程監控報警等功能為一體的智能安防管理系統，實現了對多個重要點(如門、窗等)進行監控管理，發現異常情況及時就地報警，并通過網絡平臺進行遠程報警及全面的聯動處警。
1 系統的組成及工作原理
該系統由硬件部分和軟件部分組成。硬件部分包括一個處理核心業務的智能安防服務器、安防終端主機、多組安防探測器、聲光報警器、網絡攝像頭、GSM通信模塊。軟件部分為位于處理核心業務的智能安防服務器上的服務器軟件以及位于網絡管理平臺的接警中心管理系統軟件。設計總體框架如圖1所示。
該系統中安防終端主機、網絡攝像頭、手機及網絡管理平臺的接警中心管理系統首先要登陸智能安防服務器。安防終端主機通過對無線紅外探測器、無線門窗磁發射器、無線煙霧探測器等安防探頭進行實時的布防、撤防與監控。當探測到有非法人員入侵、發生火災等異常情況時，安防探頭將發射射頻信號給安防終端主機，安防終端主機接到信號將通過專門接口與聲光報警器相連，現場立即發出報警信號，并啟動視頻聯動報警記錄現場，同時將報警信息通過以太網或局域網傳到接警中心管理系統，在接警中心主機屏幕上立刻顯示出報警地點的具體位置，同時接警中心收到信息后可以實時通過服務器進行基于GSM網絡的遠程報警。能夠利用網絡進行遠程管理與信息查詢，管理者在外時可以利用以太網網絡通過網絡攝像頭隨時了解當前安防情況，能通過登陸接警中心管理系統或通過瀏覽器登陸安防終端主機查看各安防設備的狀態、并調動智能處理模塊改變安防設備的狀態，對系統進行實時設防、撤防等設置。同時該系統中的智能安防服務器可將相應的數據記錄下來以備查閱，實現對各種日志信息的管理，包括系統運行狀態信息、安防探頭監控管理、異常處理、報警等以及安全等級變更信息等內容。通過日志讓用戶了解系統的當前與歷史狀態，方便用戶對系統的維護。
2 系統功能模塊設計
該系統按照功能模塊，主要分為安防探頭監控管理、視頻監控、異常處理、系統日志管理等功能模塊。安防探頭監控管理主要是可通過瀏覽器登陸安防終端主機或利用接警中心管理系統或直接通過安防終端主機控制無線安防探頭終端主機，對安防終端主機進行總體布控，或是對無線紅外探測器、無線門窗磁發射器、無線煙霧探測器等各個安防探頭進行實時的設防、撤防與監控；視頻監控主要是通過網絡攝像頭對現場進行監控，并對視頻數據進行數字化存儲，記錄現場情況；異常處理包括本地報警響鈴，本地值班室報警，遠程短消息通知，遠程管理員報警，一旦發生異常情況，本地報警響鈴后報警響報警信號由各終端安防設備發出傳至服務器，聯動處警，并通過GSM通信模塊接入GSM網絡實施遠程警報。系統日志管理則實現了對各種日志信息的管理。圖2反映了系統的總控流程圖。本文主要介紹安防終端主機、視頻監控以及GSM通信模塊的設計與實現。
3 系統實現
3．1 安防終端主機
安防終端主機硬件結構如圖3所示，主要包括：探測器報警輸入接口、微控制器、以太網控制芯片、外部EEPROM存儲器、報警輸出、32字符液晶屏、4個發光二極管、電源電路、復位電路、鍵盤等部分。微控制器的主要作用是對報警輸入輸出I／O口和其它部分進行控制，同時實現接收和傳送相關數據、處理以太網通信等功能，因此要選用具有較多的通用I／O口和外圍資源豐富便于構建外圍電路的芯片。本系統微控制器選用的是高性能PIG單片 PIC24FJ256GA106。以太網控制芯片選用ENC28J60，可為嵌入式系統提供低引腳數、低成本、精簡的遠程通訊解決方案。EEPROM主要用于存放本地網頁代碼和重要數據，如用戶名、密碼、接警平臺服務器名、收到的探測器編碼等，即使掉電，程序和數據也不會丟失。本系統通過無線／有線模塊實現與安防探測器的信號交互，完成報警輸入輸出的功能。信號輸入及輸出接口電路由接收模塊TDL208、發送模塊TDL9912及外圍電路構成，但這兩個芯片無白帶編碼，因此采用軟解碼方式。
安防終端主機軟件體系結構如圖4所示，主要包括本地主機設置處理模塊、本地網頁設置模塊、網絡連接模塊、網絡遠程監控處理模塊以及遠程升級模塊。系統以Microchip平臺MPLAB IDEv8．14環境下采用MPLABC32進行程序編寫，軟件可讀性強，便于調試與維護升級，并且有利于較復雜控制算法的實現。
每個安防主機都是一個獨立的系統，在安防主機啟動服務時，需要向服務器進行注冊，并定期和服務器通信，在服務器上維護一個正在運行的安防主機的信息列表，定時更新該列表，將安防終端主機當前的IP地址、主機名、布控、警報等信息提供給接警中心管理系統。接警中心管理系統首先連接服務器，得到身份認證后，獲得正在運行的安防主機信息列表，然后選擇需要連接的監控點進行連接后可查看該主機
信息及進行遠程布控。在接警中心管理系統主界面為所設區域的電子地圖，可以獲知哪些地點安防主機處于正常運行狀態，當有報警情況出現，報警點的位置會有警示信息。
3．2 視菝監控
視頻監控主要包括監控現場的網絡攝像頭、服務器及位于接警中心的視頻數據接受播放模塊、云臺和鏡頭控制模塊。監控現場的網絡攝像頭實現視頻數據的實時采集、H．264壓縮編碼、打包傳送，并對壓縮的視頻數據進行數字化存儲。視頻服務器主要完成與監控現場的通信、用戶的身份認證、與接警中心的通信以及登陸信息等功能。接警中心可以通過廣播、組播、單播的方式接收視頻數據，同時必須完成緩沖管理、H．264的實時解碼、回放等功能，還可以修改和查看用戶的信息、修改監控現場網絡攝像頭等信息。
每個網絡攝像頭在啟動時同樣需要向服務器進行注冊，發送網絡攝像頭的信息列表，包括網絡攝像頭設備名稱、IP地址、端口等，服務器將這些信息傳遞給接警中心。網絡攝像頭在開啟時就有偵聽功能，等待接警中心或服務端的連接請求，將編碼后的數據流通過TCP發送給接警中心。接警中心和網絡攝像頭建立連接后，等待接收數據包，并實現解碼回放。對于接警中心管理系統中視頻監控部分的設計如圖5所示。視頻監控啟動時，可遠程控制云臺、鏡頭等設備，自由選擇監控目標，將接收到的視頻數據流解碼并實時顯示到屏幕中。
3．3 GSM通信模塊
GSM通信模塊主要采用短信貓，通過串口與計算機連接，通過AT指令，與GSM網絡直接交互，控制進行短信的收發。報警信息以AT命令的形式寫入GSM模塊并通過短消息發送到用戶手機上，以便用戶采取相應的處理措施。具體實現流程為遠程監控模塊串口初始化，遠程通訊GSM模塊初始化，短消息編碼，短消息發送，確認成功。
4 結束語
該系統已部署于學校信息技術實驗中心及部份家庭、商戶中試用，進行安防管理，實現了本地報警以及通過電信寬帶網絡平臺進行報警及全面的聯動處警，結果表明，該系統運行穩定、可靠性高、誤報警率低、使用簡單、成本低廉，能夠滿足用戶的需求。該系統充分利用嵌入式網絡通信上的優勢，安防方面的報警迅速、遠程監控等功能，還能對該系統進行軟硬件的升級和整合新的功能模塊，滿足智能家居安防上未來發展的需要。該系統還可以用在銀行、圖書館和博物館等需要安防和遠程監控的地方，應用廣泛，具有可開發性及可拓展性。