基于nRF24LE1的校園警情定位系統(tǒng)設計

摘要：在手機報警受限的情況下，為了使求助者能向校園保衛(wèi)處緊急報警并且準確定好自己所處的位置，本文研制了求助者隨身攜帶的微型無線遙控器和相應的配套系統(tǒng)。當求助者按下緊急求助按鈕時，立即向保衛(wèi)處發(fā)出求助信號，同時在保衛(wèi)處的監(jiān)控界面上直觀顯示求助者所在的位置。測試表明，從求助者按下緊急求助按鈕到保衛(wèi)處頁面刷新顯示為40～50 s，位置精度為20～40m。

引言

學校安全工作是全社會安全工作的重要組成部分之一。它直接關系到青年學生能否安全、健康地成長，關系到千千萬萬個家庭的幸福安寧和社會穩(wěn)定。廣東海洋大學湖光校區(qū)校園面積大，有些地方比較偏僻，往往是警情多發(fā)地段。遇到緊急情況，求助者通過手機報警，但往往很難準確描述其所在位置。若求助者手機報警受到限制，就更加無法對外發(fā)出求助。

為了解決以上的問題，讓求助者能通過第二種方式向校園保衛(wèi)處緊急報警并且準確定好自己所處的位置，本文研制了求助者隨身攜帶的微型無線遙控器和相應的配套裝置。當求助者按下緊急求助按鈕，立即向保衛(wèi)處發(fā)出求助信號，同時在保衛(wèi)處的監(jiān)控界面上直觀顯示求助者所在的位置。

1 系統(tǒng)整體實現(xiàn)

該系統(tǒng)的整體架構如圖1所示。在某需要監(jiān)控的區(qū)域布置中心站，在中心站周圍布置多個分站，形成一個星狀網(wǎng)絡。一旦各個站點布置的位置確定，其經(jīng)緯度的位置信息便確定下來。區(qū)域內的各個分站的信息直接或者間接傳送到中心站，中心站接著把該信息傳送到數(shù)據(jù)中心。為了增加分站布置的靈活性，本文對分站之間信息的接力傳遞進行了技術上的實現(xiàn)，但從實時性和可靠性的角度看，盡量避免分站之間信息的接力傳遞，從信息起始發(fā)起的分站到中心站之間的分站不應超過2個。

求助者按下隨身攜帶的微型無線遙控器的緊急求助按鈕，當離其最近的分站接收到該求助信號時，該分站首先啟動報警器蜂鳴，這樣做是為了獲得周圍群眾的幫助，然后該分站通過某種預定的路徑，直接或者間接地把該信息傳送到中心站。最后中心站通過GPRS網(wǎng)絡把該信息傳送到互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心，并存儲在數(shù)據(jù)庫服務器中。

在WEB服務器上發(fā)布警情監(jiān)控的網(wǎng)站，學校保衛(wèi)處作為客戶端之一訪問該網(wǎng)站。該頁面不斷實時刷新顯示最新的警情信息。學校保安人員也可以通過手機訪問該網(wǎng)站，從而協(xié)助其準確到達案發(fā)地點。

監(jiān)控開始時，客戶端在瀏覽器上鍵入“http：//210.38.139.35/warn/default.htm”地址。假設現(xiàn)有不同用戶在不同地方按下緊急求助按鈕，圖2為顯示界面。

圖2中標注“警衛(wèi)”的地方就是學校固定警力分布的位置，標注“警報”的位置就是當前警情位置，其以不停的跳動和聲音提示最新警情。只有保衛(wèi)處用戶才有權限去處理該警情信息，其他用戶只有瀏覽權限。這樣保衛(wèi)處根據(jù)求助地點和警衛(wèi)的位置，作出最優(yōu)的指揮。同時警衛(wèi)人員可以利用手機訪問該網(wǎng)站，作為位置協(xié)助找到求助者。

2 系統(tǒng)硬件

2.1 nRF24LE1模塊

nRF24LE1是NORDIC公司新推出的一款芯片。nRF24LE1采用了NORDIC公司最新的無線和超低功耗技術，在一個極小封裝中集成了2.4 GHz無線傳輸、增強型51 Flash高速單片機、豐富外設及接口等，是一個性能和成本的完美結合，很適合應用于各種2.4GHz的產(chǎn)品設計。

在本系統(tǒng)中的微型無線遙控器、分站和中心站的無線收發(fā)裝置選用的都是nRF24LE1模塊，它們之間的信息傳遞是通過各自的nRF24LE1模塊進行的。其中，分站和中心站采用的nRF24LE1模塊帶有外置功率放大天線，開闊地傳輸距離約為200～400 m，而微型無線遙控器采用的nRF 24LE1網(wǎng)模塊帶有內置天線，開闊地通信距離為10～30 m。

2.2 EM310模塊

中心站最后還需要把警情信息通過GPRS網(wǎng)絡傳送到互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)中心。GPRS網(wǎng)絡的接入采用華為公司生產(chǎn)的EM310模塊。EM310模塊內置了TCP/IP協(xié)議棧，由AT指令控制并使得應用程序可以很容易地接入網(wǎng)絡。該方案的優(yōu)點在于最小化了將網(wǎng)絡連接集成入一個新的或已存在的應用程序所需的成本和時間。

在本系統(tǒng)中，EM310模塊是由中心站的nRF24LE1通過AT指令控制操作的，它們之間的接口就是典型的三線制串行通信。

3 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)

3.1 微型無線遙控器軟件

考慮到遙控器的功耗和體積，采用紐扣電池供電。平時不需要報警的時候，電源按鈕處于被關閉狀態(tài)，當有緊急情況時，電源按鈕被按下，系統(tǒng)開始工作，啟動發(fā)送警報，其工作流程如圖3所示。

求助信號發(fā)送出去后，離其最近的分站接收到該信號，分站啟動大功率蜂鳴器工作，同時發(fā)送一個應答包給該遙控器。當遙控器接收到該應答包后，停止發(fā)送警報，同時觸發(fā)LED指示，表示警報信息已經(jīng)被成功捕獲，否則重新發(fā)送。這樣設置是為了加強系統(tǒng)的可靠性，萬一分站的蜂鳴器壞了，求助者無法通過蜂鳴器嗚叫來確認求助信息是否被成功捕獲。

3.2 分站軟件

與無線遙控器供電方式不同，分站采用連續(xù)的供電方式，其工作流程圖如圖4所示。分站不斷循環(huán)檢測是否有警報信息需要處理。若有警報信息需要處理，首先發(fā)出應答包，接著往預定的目標地址發(fā)送警報數(shù)據(jù)包。該目標地址可以是其他分站，也可以是中心站，是根據(jù)實際需要設定的。