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1、中文题目公共安全监管系统英文题目Public safetyregulatorysystem设计报告队伍编号：NXN-1-5参赛学校：成都信息工程学院作 者：陈昱坤 田鹏 周逸夫指导教师：文斌组别： 本科组 高职组专项奖： 恩智浦专项 WINDRIVER 摘 要本系统研究目的对城市公共安全起到积极作用。公共安全的监管保护对象包括：青少年儿童，公共设施，个人财产（例如私家车，贵重物品）。基于RFID的公共安全监管系统的方案成本较低，而且可以通过架构开放的平台，能够通过向普通用户提供付费服务来获得收入。采用无源的RFID标签还能摆脱电源的限制。介于当今比较成熟RFID技术，标签的体积可以做到非常的小
2、，很难被发现，对于学生来说，RFID标签也易携带。RFID基站的供电与数据传输可利用供电网络，避免了架设专用线路的。本系统与公安机关的天网结合会进一步的提升安全监管的效率，可靠性！关键词：城市公共安全、少年儿童人身安全、RFIDAbstractThe purpose of this system is to play an active role in city public safety.Public safety for this system include: aspects of public property, children personal safety,residential
3、 security and other real-time monitoring. Our design focuses on monitoring the personal safety of the children on the way to school or back home, and monitoring of a city manhole covers andother similar public property. Based on the lower cost of RFID monitoring system of public safety program, the
4、use of passive RFID tags can also get rid of the limitations of power.Between the volume of todays more mature RFID technology, the label can do very small, even counter-surveillance conscious thieves are hard to find .For students, RFID tags are also easy to carry. RFID base station power supply an
5、d data transmission can be used to supply network, to avoid the assumption dedicated line. The Skynet combination of the system and the public security organs will further enhance the efficiency, reliability of thesafety supervision.Key words: city public safety、children personal safety、RFID目 录第1章 绪
6、 论1.1 研究意义1.2 关于城市里所存在的安全问题1.3国内外现状第2章 系统方案2.1系统概述2.2子系统原理介绍1.RFID模块2.电力载波模块第3章 功能与指标3.1系统功能3.2性能指标第4章 实现原理4.1数据采集子系统实现原理4.2数据处理传输子系统实现原理4.3数据管理子系统实现原理第5章 硬件框图5.1总系统构造图5.2系统工作原理图5.3数据采集子系统结构图5.4数据处理/数据管理子系统构造图第六章 特 色结 论附录A ：参考文献前言面对现今的少年儿童人身安全以及公共财产保护等问题，应用物联网技术的使我们有了更多想法和可行办法。我们为使这些问题得到有效改善或解决，设计了一
7、套较为完整的系统。它涵盖了嵌入式，通信，射频，GPRS等技术领域，同时，它能够为城市电子监控提供一种新的方法。该系统共由三个子系统构成：数据采集子系统，数据处理子系统，数据管理子系统。数据采集子系统包括：RFID模块、MCU数据汇总发送模块、电力载波通信模块、数据备份模块、GPRS通信模块。数据处理子系统：接收来自MCU的汇总后的数据，查询与这些数据的关联信息，录入数据库，显示于电脑屏幕。数据管理端：将处理后的数据按要求及时准确的通过Internet或GPRS发送至指定地点。少年儿童在上学放学途中缺乏监管措施，容易发生意外事故。我们可将数据接收模块（基站）合理放置于学校周围重要街道处、未成年人
8、禁止进入的区域、被认定的危险区域。在少年儿童的衣物、书包上装配RFID芯片，每日家长会收到由数据管理端发送来的有用信息，提高了对少年儿童安全的监管力度城市街道井盖之类的公共财产时常会发生被盗的事件，在适当地点安放数据基站（数据采集子系统），并在井盖上装配RFID芯片，可对其进行有效监控。一旦发生被盗事件，系统在第一时间将信息发送至责任人处，以便其及时作出相应措施。第1章 绪 论1.1 研究意义城市里面的公共安全一直都是一个很头疼的问题，虽然城市里面有天网系统，但是天网的运行需要消耗极大的人力物力。天网的工作人员，每天都需要对着屏幕，用自己的眼睛去观察。人的效率以及可靠度不一定能和技术成熟的自动
9、化设备相比。相比之下广泛使用自动化设备又能极大的降低成本，但是考虑到天网系统的特殊性，不可能取代，于是我们的目的就是设计一个能和天网系统兼容，相互辅助，也能够独立运行的系统。1.2 关于城市里所存在的安全问题在现代所面临的安全问题中，少年儿童的安全问题面临很大的挑战，如何监管少年儿童的行为也是个很大的问题。部分学生放学后不回家，在校外到处闲逛、出入危险区域或未成年人禁止进入的区域。会存在与社会上的不良人士接触、被坏人拐卖、绑架的潜在风险。对于放学后喜欢喜欢闲逛、出入于危险区域或者未成年人禁止进入的区域的学生，父母很难知道他们的动向。长期的隐瞒父母，在这些社会人员聚集的地方，很容易被影响到成长，
10、性格容易发生改变，或者沉迷游戏，与社会上的不良人员接触，从而接触抽烟、吸毒、暴力等等。生活环境会很大的影响青少年的成长方向，青少年在这人生的这个时期长期在社会人员聚集的地方混，很容易被影响行为、性格。到目前为止都没有一套系统能够有效的给家长提供孩子的行动具体信息。来自网络关于问题青少年方面的报道网瘾：据有关调查显示：全国8700万上网人数中，4500万网民是青少年，4500万青少年中有1650万是18岁以下未成年人，占到了19%，需要我们特别关注的是他们不仅爱上网，而且着了迷、上了瘾。按照国际上标准的说法，这叫作“互联网成瘾综合症”（英文简称 IAD），它是一种现代形式的心理疾病。 暴力：近年
11、来，少年犯罪已成为全球注目的社会问题，少年犯罪不仅人数增多，而且涉及面广，在全部犯罪人员中，青少年犯罪比例最高，据日本70年代的统计表明，14岁-20岁的违法犯罪青少年占全国青少年的1.36，英国为3，美国为5，南朝鲜为22。如此大的数字不能不引起我们的警醒。少年犯罪是一个相当复杂的问题，引起少年犯罪的原因更是纷繁复杂，三言两语很难说清。在这里，我想从心理学的角度来分析一下导致少年犯罪的心理因素，使家长了解孩子的犯罪心理，以便对症下药，防范于未然。遇到危险的学生，父母无法通过一种途径能够及时的了解到信息，如果被绑架、拐卖，按常理来说，当孩子没有按照正常的时间回家，父母在没有突破自己心里承受底线
12、的时候，以及没有确切证明的时候，不会报警或者寻求帮助。如果是真正的发生了，那么将会浪费了宝贵的时间，即使报案了，警方也很难在那么长的时间过后提供有效的帮助，光是依靠天网，在茫茫人海中寻找目标又会浪费宝贵的时间，怎么提高效率是面临的一大问题。下面是来自网络的一段资料大部分被拐卖儿童都永远不会再回来了。中国拐骗儿童的案件并不是为了索取赎金而是进行人类交易。这些孩子通常来自贫困和边远的家庭这些家庭没有能力去找寻孩子的下落并且把他们救出来。有些孩子被卖给了那些所谓的收养家庭，这种家庭迫切需要一个孩子。其他的孩子只能做苦工，从事卖淫或者干脆在街上流浪。有些健康的孩子甚至被人贩子残忍的打残，孩子们残疾的身
13、躯和可怕的疥疮可以在上街乞讨时获得更多的钱财。自1980年开始，拐卖和非法交易人口逐渐成为中国的一大问题，其主要的受害者是孩子。关于被拐卖儿童数量的估计只能由事件发展的程度得到粗略的估计。在中国政府的报道中，每年至多有近万名儿童被拐卖，但是美国国务院称这个数字接近了20000人。有些独立机构甚至将这个数字定在了70000人（在美国每年有100到200名儿童被拐卖）。其二，城市中，公共财产的安全监管也是一大难题，价值高的公共财产很容易失窃，或者被破坏，监视、维修也需要很高的人力、物力成本。政府每年都会花费巨额资金在上面，但是年年如此，却总是得不到改善。以下是由于没有良好的监管方法，发生的事情，来
14、自网络媒体的报道到目前为止，公共自行车总共丢失8辆，丢失时间基本上在凌晨，大多为从卡位上被硬性拉走。监控显示，更有甚者拿砖头敲断连接件实施盗窃。这其中，有6辆已经还回。有一辆4月8日在嘉兴银行网点丢失，4月13日早上在广益路富民桥下的河里被发现。还有一辆是4月8日在曙光医院网点丢失，至今未找回。 在对公共财产的态度方面，国人一直都备受西方国家的鄙视，要想提高人口素质那将会是一个极其漫长的过程，需要不断的加强教育，改善社会环境。但是从某种意义上面来讲，我们还是可以通过强硬的手段，比如通过加强监管力度来逐渐改变现在的现状。1.3国内外现状a.在日本，小学生用的报警器非常流行，每个孩子的书包上，基本
15、上都挂着一个小小的报警器。当孩子认为面临危险需要别人帮助时，只要拉下报警线或按下报警按钮，报警器马上就能发出警报声。这种学生专用报警器发出的声音很刺耳，可以传到很远的地方，引起周围人群的注意。随着手机的日益普及，日本开发出一款专门面向小学生的定位手机，同样具有报警装置。当手机的警报器启动后，手机在发出响亮警报声的同时，还自动向指 定联络人（一般是家长）的电话发出报警，并马上进行电话联系。指定联络人也可通过定位系统，马上确定孩子当前所在位置。如果在购买手机时选择了日本 大型警备公司提供的服务，警备公司可以根据家长的要求，全天候向家长报告孩子的情况。一旦孩子报警，警备公司马上做出快速反应，在最短的
16、时间内赶到孩子身边。分析：这种措施的优点是小学生在发生安全事故时能及时向周围及家长发送信息。但是面临很多的缺点：1、小学生对事物是非能力的判断并不强，他们很少能够靠自己的主观意识去判断发生的事情的正确与否，还是需要第三方来帮他们进行帮助。2、在GPS仪电量较低的情况下，这种方案有缺点就突显出来了，而且GPS定位会受到地理环境的影响，在上空不开阔，或者室内，GPS的信号会存在很大的误差。学生进入了不合适的场所，家长也无从知晓，并不能起到监督的作用。3、该方案的成本因素又是限制其进一步推广的原因，如若丢失又将付出较高的代价才能购得，不适合本国的国情b.随着社会的发展，城镇基础设施也越来越多了，而这
17、些公共基础设施的安全确成了个难题。据咸阳新闻网，咸阳市2011年11月22日，在一夜之间40余井盖被盗，累计3个月，已经有两百多井盖被盗。这样类似的事件在全国各地都有发生。分析：于是对于这些公共设施的监控对于市政部门成了一个问题，如若能在投入较低成本的条件下又能及时防盗就十分适合对其进行管理了。c.为了防止车辆被盗,很多车主加装了防盗的设备，但是车辆被盗的事例仍然时有发生。分析：较为常见的便是天网系统，它虽能够实时监控，而且能直观地记录车辆的信息，也有能记录作案时作案人的信息，为公安机关破案提供有用信息。但是车辆在被盗后要找监控车辆的位置信息在绝大多说的汽车上不容易实现（只有大多数高端车型配有
18、跟踪系统），而且盗贼可能会有相应的防侦破意识，拆除或者破坏掉部分关键的防盗系统，要找回被盗车辆的难度大大的增加。第2章 系统方案2.1系统概述系统由三个部分组成：数据采集系统，数据处理系统，数据管理系统。数据采集子系统由以下模块构成：RFID模块，MCU，电力载波通信模块，GSM模块。数据管理子系统：将处理后的数据按要求及时准确的通过Internet或GPRS发给指定的用户。数据采集子系统的核心技术是RFID（射频识别）技术。在数据采集子系统中，用RFID基站进行片区和关键地点的覆盖，构建成一个完整的监测网络（覆盖的示意图将会在后面提到），能在覆盖的片区之内查询到所有RFID标签的物品信息或个
19、人信息。RFID基站通过MCU控制模块，将信息通过电力载波模块传输至数据处理子系统中。同时GPRS模块也可将区域内不能通过电力载波通信的基站信息汇总。RFID标签在所覆盖的不同区域内移动时，可由分布在各个区域的RFID基站进行监测，将信息汇总处理后，由数据管理子系统通过各种终端将信息发出，发送方式为TCP/IP或GPRS两种。备注：本次参加比赛，鉴于本系统工程量较为庞大，故只完成数据采集子系统的设计。2.2子系统原理介绍1.RFID模块：本模块采用的是本校老师，独立自主设计研发制造的RFID读写模块。能够在天线条件好的情况，最大达到15M以上的读取范围，并采用串行通信标准与MCU进行通信。标签
20、采用的是具有极小体积、长使用寿命的无源RFID标签。下述是对RFID的概括：RFID技术的工作原理RFID技术的基本工作原理：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。完整的RFID系统， 是由阅读器（Reader）与电子标签（TAG）也就是所谓的应答器（Transponder）及应用软件系统三个部份所组成，其工作原理是Reader发射一特定频率的无线电波能量给
21、Transponder，用以驱Transponder电路将内部的数据送出，此时 Reader便依序接收解读数据， 送给应用程序做相应的处理。以RFID 卡片阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看大致上可以分成：感应耦合（Inductive Coupling) 及后向散射耦合（Backscatter Coupling）两种。一般低频的RFID大都采用第一种式，而较高频大多采用第二种方式。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器
22、通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。被动式RFID标签：被动式标签没有内部供电电源。其内部集成电路通过接收到的电磁波进行驱动，这些电磁波是由RFID读取器发出的。当标签接收到足够强度的讯号时，可以向读取器发出数据。这些数据不仅包括ID号（全球唯一标示ID），还可以包括预先存在于标签内EEPROM中的数据。由于被动式标签具有价格低廉，体积小巧，无需电源的优点。目前市场的RFID标签主要是被动式
23、的。 2. 电力载波模块电力载波模块才用的是杭州新实科技有限公司的SENS-01-B高速200字节电力载波模块，其核心芯片采用专用电力载波集成电路，配合新实科技专门研发的通讯算法及电力线接口信号驱动电路，使得产品具有通信速率高，通讯可靠，抗杂波干扰能力强，通讯距离远等特点，是专门为适应中国国内电力线应用环境而研发的高性能电力线载波通讯产品。SENS-01嵌入式电力线载波模块包括了所有的电源220V降压、载波耦合等外围复杂电路,自带防雷击保护电路，自恢复保险丝等保护电路，还可以提供5V电源给用户的设备，波特率9600或19200bps可由用户自己选定（通过端口设定），具有TTL电平接口，可以直接
24、与单片机的RXD、TXD连接完成数据从串口到载波的透明转发。方便用户进行二次开发。SENS-01嵌入式电力线载波模块提供半双工通信功能，可以在220V/110V，50/60Hz电力线上实现局域通信。该模块为用户提供了透明的数据传输通道，数据传输与用户协议无关，由用户数据传输协议验证数据传输的正可靠性。在同一台变压器下，多个SENS-01嵌入式电力线载波模块可以连接在同一条电力线上，在主从通信模式下，模块分别单独工作，不会相互影响。SENS-01嵌入式电力线载波模块还可以在停电的时候(电力线上没有交流220V电源)通过低压直流供电(如蓄电池等备用电源)进行通讯PLC的最大特点：不需要重新架设网络
25、，只要有电线，就能进行数据传递，无疑成为了解决这智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在家庭这个范围中传输，束缚PLC应用的5大困扰将在很大程度上减弱，远程对家电的控制我们也能通过传统网络先连接到PC然后再控制家电方式实现，PLC调制解调模块的成本也远低于无线模块。第3章 功能与指标3.1系统功能在实现了合理基站网络分布的情况下，能够实现对学生实现智能化监管。具体功能如下：1. 在学校所在区域，对学生放学时的去向进行监管，包括每个学生经过的区域、回家线路。2. 实现区域报警，例如在网吧聚集的地方，或者是被认定是社会人士聚集的地方。如果学生在此地逗留的时间过久，将会向家长主动汇报信息。3
26、. 对学生进行考勤，能够有效的获取当日的迟到、缺勤情况，上课期间也能对逃课的学生进行监管。4. 当学生没有按照正常的时间回家，或者已经确认发生了不幸的事故，可立即根据区域信息，配合天网找到学生，第一时间联系上学生，或者实施营救在有基站分布的网络中配合天网对公共财产也实行合理监管。当已经被标记上的公共财产所在区域发生了变化，可以立即把信息发送给警方，获取区域信息之后，在立刻利用天网进行侦查，协助警方办案。所在区域的人民可以通过开放的平台将自己的私有财产做上RFID标签，当失窃或者遗失的时候，可以通过这个平台查询到有用的信息。3.2性能指标数据采集端的各项指标如下：RFID接收模块：其覆盖范围达到
27、25米左右，可较快的读出发送芯片所发数据MCU控制模块：读出RFID传来的数据；处理数据将其通过电力载波模块完整发送；备份重要数据；控制GPRS在电力载波模块失控时，发挥备用通信的作用。电力载波模块：发送数据只数据处理子系统。在电力载波发送数据过程中，遇到变压器则需要一个接力基站。第4章 实现原理4.1数据采集子系统实现原理带有RFID标签的物体进入RFID基站覆盖范围时，RFID基站通过读写，可以接收到信息，通过部署分散结构的RFID基站就能够采集同一物体在不同时刻的位置，以达到监控的目的。构建此系统的一个难点就是基站的部署，怎么样在规划的区域里面合理的布置基站是个很讲究的问题。一般来说，采
28、用一条街两个基站，街头与街尾各一个，在直线上实现封锁直线，在大的区域上，经过精心安排，实现最小化成本，最大化效率，让标签在整个区域中移动时都能够检测到。下面为一个简单的事例，下图为本校地图，蓝色的小圆圈为覆盖的基站及其信号的范围。大的蓝色区域，为通过合理设计能监控到的延伸区域。合理分布基站，最小化成本就能够对整个区域实现监控。能够得知学生进出校门的信息，校园内部的公共物品、注册了的私人物品的情况，如果发生了区域变动都能得知。 当然这只是一种很简单的情况，对于中小学生来说，街道中存在的网吧，以及被认定的危险区域，可能会出现在街道中，或者是原理街道，就要根据实际的情况进行加减。现实生活中设计覆盖分
29、布是件很复杂的工程，需要考虑到很多实际情况，在此文中可能会有遗漏到没有考虑到的情况。4.2数据处理传输子系统实现原理RFID接收到信息后送到MCU，MCU对数据进行验证，并作防碰撞处理。重要的数据MCU存放EEPROM备份，MCU对数据处理好后就通过电力载波的方式传送数据给终端。电力载波在实际应用中会出现很多缺点：但是电力线载波通讯因为有以下缺点：1、配电变压器对电力载波信号有阻隔作用，所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送；2、三相电力线间有很大信号损失（10 dB -30dB）。通讯距离很近时，不同相间可能会收到信号。一般电力载波信号只能在单相电力线上传输；3、不同信号藕合方式
30、对电力载波信号损失不同，藕合方式有线-地藕合和线-中线藕合。线-地藕合方式与线-中线藕合方式相比，电力载波信号少损失十几dB，但线-地藕合方式不是所有地区电力系统都适用；4、电力线存在本身固有的脉冲干扰。目前使用的交流电有50HZ和60HZ，其周期为20ms和16.7ms，在每一交流周期中，出现两次峰值，两次峰值会带来两次脉冲干扰，即电力线上有固定的100HZ或120HZ脉冲干扰，干扰时间约2ms，因此干扰必须加以处理。有一种利用波形过0点的短时间内进行数据传输的方法，但由于过0点时间短，实际应用与交流波形同步不好控制，现代通讯数据帧又比较长，所以难以应用；5、电力线对载波信号造成高削减。当电
31、力线上负荷很重时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米。电力载波通信是本系统最为核心的模块，在实际应用中我们考虑到了以上情况，加入了GSM模块来应付一部分情况。一部分距离太远的就采取多级模块接力的方式，来保证数据的可靠性。PLCPLC变压器基站基站GPRS4.3数据管理子系统实现原理数据从各个基站传送到终端后，终端以数据整理分类，对外可以连接互联网，实现远程查看信息。在终端可以直接查询要监控的物体的位置信息，可以把这些信息通过GPRS或者互联网发送。第5章 硬件框图5.1总系统构造图5.2系统工作原理图5.3数据采集子系统结构图5.4数据处理/数据管理子系统构造图第6章 特 色基于RFID的公共安全监管系统的方案成本较低，采用无源的RFID标签还能摆脱电源的限制。介于当今比较成熟RFID技术，标签的体积可以做到非常的小，即使是有反侦察意识的盗贼也很难发现，对于学生来说，RFID标签也易携带。RFID基站的供电与数据传输可利用供电网络，避免了架设专用线路的。本系统与公安机关的天网结合会进一步的提升安全监管的效率，可靠性。结 论附录A ：参考文献