GPRS/RFID技術在巡更系統(tǒng)中的應用

?現(xiàn)代化的大型園區(qū)需要一個安全、高效的辦公環(huán)境，隨著企業(yè)規(guī)模的逐步擴大，怎樣更好地加強園區(qū)內(nèi)部安全管理，已成為困擾每一個園區(qū)管理者的問題，而加強保安的管理是確保園區(qū)安全的第一要務。因此保安巡更監(jiān)察系統(tǒng)應運而生，用于對保安員的巡更點、巡更路線、到達時間和巡更班次等信息進行管理與分配。傳統(tǒng)簽名簿的巡更簽到形式容易出現(xiàn)冒簽或補簽的問題。在查核簽到時費時費力，對于失盜、失職分析難度較大。采用巡更手機的脫機式巡更方式，無法實時監(jiān)控巡更情況，而且需要配備專門的巡更手機設備。考慮到保安人員工作環(huán)境復雜和人員素質(zhì)參差不齊，巡更手機易造成人為損壞，維護起來工作量大。本文介紹了一種新型的實時在線巡更系統(tǒng)，該系統(tǒng)使巡更管理更為科學、方便，對監(jiān)督巡更人員，保障園區(qū)安全起到極其重要的作用。在實際使用時，由巡更員隨身攜帶一張智能卡，按事先設定好的巡更線路巡查保護區(qū)域，在指定的時間內(nèi)到達巡更點，當巡更員經(jīng)過事先設定的巡更點時，巡更機自動識別并讀取保安身上的智能卡信息，由巡更機通過GPRS將保安ID、到達時間等工作記錄信息發(fā)送到總監(jiān)控室，管理人員在中心電腦上可以及時看到巡更員巡邏情況，從而實現(xiàn)在線巡更管理功能。
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(wǎng)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(wǎng)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(jīng)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(diào)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(gòu)成。GPRS模塊的組網(wǎng)方式一般有公網(wǎng)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(wǎng)絡，中心采用APN專線，各個節(jié)點采用內(nèi)網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(nèi)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(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)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***明基公司GSM/GPRS模塊產(chǎn)品系列的主導產(chǎn)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(nèi)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(diào)制和解調(diào)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(shù)據(jù)給單片機兩大部分。
??? 在系統(tǒng)初始化完成后，應用程序?qū)ν鈬娐钒l(fā)出的信號進行監(jiān)測、識別、處理。考慮事件的多發(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(xiàn)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(shù)據(jù)，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(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式來實現(xiàn)的。例如向卡片發(fā)送數(shù)據(jù)是通過向讀卡器核心模塊RC522內(nèi)的FIFOData寄存器寫入待發(fā)送數(shù)據(jù)，Command寄存器裝入命令Transceive的代碼0x1e，RC522就會將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，卡中返回數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)，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(shù)。
??? (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(xiàn)，主要作用是監(jiān)控各個巡更機信息，并通過GPRS數(shù)據(jù)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(xiàn)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(xiàn)小區(qū)巡更信息采集的網(wǎng)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(shù)據(jù)傳輸載體，使得系統(tǒng)安裝簡便，調(diào)試維護較容易，性能價格比好。同時系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、易于擴充連接，有極好的靈活性，具有很好的應用前景。