基于WiFi的学生公寓综合管理系统设计方案

引 言

学生公寓是学生日常生活与学习的重要场所。公寓管理事关学生人身安全和财产安全，关系到学校正常的教学、生活秩序，关系到学校和社会的稳定。随着学校后勤社会化改革， 学生住宿条件得到了很大改善，宿舍内的电器、贵重物品等越来越多，学生公寓防火防盗、环境卫生等方面的监管面临严峻考验 ；同时寝室内学生作息情况的管理，突发事件的预防等都是让管理人员感到棘手的问题。现有安防系统将门禁系统或监控系统引入到管理中，或者两者结合使用[1]。门禁系统对防盗有一定作用，但对火灾隐患无能为力，一旦出现突发事件，还可能成为学生及时撤离危险区的障碍 ；而且，学生卡也存在互借和丢失等现象。监控系统需等火灾等险情发展到一定程度才能通过监控设备发现，且存在侵犯隐私的潜在可能。因此，现有公寓管理系统的共同缺点在于设备投入较高，功能单一，对人的依赖程度高，监管可靠性低。

本设计基于WiFi和传感器网络 [2,3]，在对现有技术进行改进的基础上，提供一种公寓综合管理系统，解决目前传统的公寓管理系统中存在的一系列问题。本设计利用现有网络建立公寓监测管理系统，集防火、防盗、环境监测、作息情况考核等多种功能于一体，实现安防的智能化。

1 系统组成和原理

图 1 为系统结构图。包括①传感器模块、②客户端处理器模块、③通信模块、④数据处理服务器、⑤控制模块、⑥ 信息输出模块、⑦数据收发缓冲模块和、⑧分析处理模块。传感器模块与客户端处理器模块相连 ；客户端处理器模块将传感器模块的感应数据转换为以太网信号传递给通信模块， 数据处理服务器接收并处理通信模块传递来的信号数据，并通过信息输出模块显示最终监测信息 ；控制模块与数据处理服务器相连，控制传感器模块的开断或设置传感器模块的预警阈值。

传感器模块为被动式红外探测器、语音传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器、用电功率监控传感器中的一种或多种组合。客户端处理器模块采用GS1010 SoC。GS1010 将IEEE802.11b/g 需要的高频部分电路集成到了电路内部，支持有线和无线两种配置模式。通信模块为WiFi 无线网卡通信模块。数据处理服务器包括数据收发缓冲模块和分析处理模块，数据收发缓冲模块采用大容量存储设备，分析处理模块采用CPU 进行处理。信息输出模块为图像显示器、声音报警器、灯光报警器和信息发送器的组合，图像以分屏方式显示。由于图像显示器、声音报警器和灯光报警器一同提醒异常状况，异常状况被忽视的概率将大为减小。信息发送器同时发送异常状况信息到手机等便携式移动设备上，使管理人员在因特殊情况暂时离开值班房间时仍能及时获悉异常状况。

2 系统硬件、软件设计

2.1 系统硬件部分

如系统结构框图所示，除传感器模块中的被动式红外探测器，用电功率监控传感器和客户端处理器模块中的GS1010 SoC 外[4]，其余均为安防系统中的常用模块 [5-8]。如语音传感器，温湿度传感器，烟雾传感器，火焰传感器及结构图右侧的数据返冲、处理部分。传感器模块中，添加被动式红外探测器和用电功率监控传感器，主要考虑了对作息时间的考勤和安全用电的监测等因素。被动式红外探测器由光学系统、热释电传感器等部分组成，其基本工作原理是光学系统将来自多个方向的红外辐射能量经反射或特殊的透镜透射后全部集中在热释电传感器上，而热释电传感器将接收到的活动人体与背景物体之间的红外辐射能量的变化转化为相应的电信号，经适当处理后送到输出端，触发报警 [9]。该系统中的被动式红外探测器与市场中常见的被动式红外探测器略有不同，可将市场上现有被动式红外探测器进行适当改装，修改其原有硬件开关， 同时去掉其本身带有的报警功能，将开关控制信号和报警触发电平处理后，分别送入客户端处理器模块 GS1010。GS1010 是一个高度集成、超低功耗的无线片上系统，处理器性能高和外围I/O 丰富。由于不同传感器的工作电压不同，信号输出特性等有所差异，因此，除器件选型需要斟酌外，传感器与GS1010 间的接口电路设计也极为重要，此处不详细讨论。结构图右侧的数据返冲、处理部分在选取时要考虑所处理的数据规模等因素。

2.2 系统软件部分

系统的软件部分，主要实现 2大功能 ：一为环境节点信息的实时监控，包括配合硬件设备处理远程提取采集来的数据，设置预警阈值，控制输出预警信息 ；另一功能为环境节点的控制，主要包括控制相应传感器的开关和修改传感器的灵敏度。其中，传感器的开关控制，主要是考虑到某些特定时段， 需要停用相应传感器，以及由于环境条件的变化等原因，需要重新修改传感器的预警阈值等。软件流程如图 2所示。

3 系统性能分析

学生公寓综合管理系统以WiFi技术为核心，通过将功能齐备的各型传感器组合应用，并利用现有的信息化设备，最终使得管理更智能化、全面化。与传统的安全防护类系统相比， 基于WiFi技术的综合管理系统有以下优势：

(1) 运用传感器网络监测并通过软件判断触发报警信号， 减少了管理过程中人的参与度，在节省人力资源的同时，也减小了人为因素对管理效果的影响 ；

(2) 可将公寓管理深入到各个寝室单元并利用WiFi网络将信息及时反馈给管理人员，使得管理更加细致化，时效性更强；

(3) 由于反馈信息可同时发给多个部门，方便实现层层监管，减少管理中的疏忽、漏洞，提高管理效能 ；

(4) 可实现安防与作息考勤等功能，系统管理功能多样化，同时，由于考虑了传感器的开关控制，灵敏度调整和预警阈值修正等问题，系统的可靠性较高。

结 语

本文提供了一种基于 WiFi 技术的学生公寓综合管理系统设计方案，给出了系统设计原理框图和软件流程图。该系统集安防与作息考勤功能于一体，利用传感器、无线WiFi 等信息技术在节省人力资源、减少人为因素干预的同时，提高了管理效率。需要说明的是，系统的硬件、软件性能会直接影响到数据的采集和传输 ；除此之外，传感器节点和 WiFi 热点的布局也是影响数据采集和传输的重要因素，拟采用时域有限差分法（FDTD）建模，进行布局的优化设计。目前正在开展上述研究，相关研究结果将在以后陆续呈现。