基于无线传感器网络智能保险箱安防系统的设计（二）

单片机

　　3.2 节点软件调优
　　3.2.1 模式的选择
　　该模块拥有2种发送模式，分别是命令模式与透明模式，他们的特点为：
　　命令模式在该模式下，模块可解析AT命令并作出回应与发送数据。
　　透明模式模块收到的任何从串口得到的数据均会被转发出去，包括数据与AT命令。
　　在通常情况下，人们会默认使用命令模式来进行配置与数据解析，但在该模式下发送过程会因遇到某些特殊位而停止（例如中止位一般为0x1A），因此在该模式下无法发送例如JEPG 图等16 进制数据。但若使用透明模式，则无法解析短信或AT命令，使模块处于为了解决这个问题，在本系统中引入混合模式，即命令模式与透明模式。
　　如图7所示，系统在初始化和不发送数据时工作在命令模式，以处理用户的配置短信。当有数据需要发送时，模块进入透明模式，数据以16进制格式发送，完毕后回到命令模式继续等待。在引入混合模式后，得以使系统同时兼顾处理AT命令与发送16进制数据。与采用该模式之前，发送效率大幅提高，并因此降低了丢帧率。

　　3.2.2 丢帧的解决
　　（1）部分重发机制：仿滑动窗口协议在本系统中，由于选用超低功耗芯片MSP430,因此不可能将整张图片保存在FLASH中。本文在此借用了TCP/IP中的滑动窗口协议原理实现部分重发机制。
　　如图8所示设定窗口大小为3,在网关接收到数据包后，向单片机发送对应ACK 表明接收成功（图中ACK1,ACK2）。若在规定时间内没有收到则重发对应数据包（重发Pack3）。当窗口内数据包都被成功接收后，窗口向后滑动进行下次发送（准备发送Pack4,Pack5,Pack6）。

　　（2）丢帧后的校正
　　此部分算法在网关服务器上实现，大致流程为：在服务器上将JEPG图像转化为BMP图像（利用GDI+实现），并获得其缩略图。然后利用灰度图像处理中的膨胀算法，通过计算空白区域周围的像素点获得内部像素点。
　　设f（x,y）是输入图像，b（x,y）是结构元素。用结构元素b 对输入图像y 进行膨胀的运算被定义为：

　　最后空白的地方利用缩略图放大进行填充。引用此算法后，丢帧图像得到一定程度纠正，效果如图9所示。

　　3.3 iPhone客户端实现
　　3.3.1 iOS系统与Objective-C介绍
　　苹果iOS 是由苹果公司开发的手持设备操作系统。iOS与苹果的Mac OS X操作系统一样，它是以Dar-win为基础的，因此同样属于类Unix的商业操作系统。
　　iOS 架构分为4 层：Cocoa Touch 层，Media 层，CoreServices层与Core OS层。其中Cocoa Touch层提供了基本的系统行为支持，可降低开发者的工作量。Media层包含图形，音频，视频技术。Core Services层为所有应用程序提供基础系统服务，应用程序并不能直接是用这些服务，但它们是系统很多部分赖以建构的基础。
　　iOS 开发所需语言为Objective-C,它是扩充C 的面向对象编程语言。
　　3.3.2 iOS客户端设计作为此监测系统的移动客户端，在iOS平台上实现主要功能为：用户登录，查询保险箱位置，查询实时图片，主动拍照与定位以及基本配置。这些功能既满足了客户的基本需求，又具有了一定的可移植性。
　　手机客户端采用客户端/服务器（CLIENT/SERV-ER,C/S）架构进行设计，通过采用超文本传输协议（Hy-pertext Transport Protocol,HTTP）和简单对象访问协议（Simple Object Access Protocol,SOAP）与Web服务器进行通信与数据交互。客户端系统结构如图10所示。

　　如上节所述，当保险箱报警模块被触发后（异常震动，湿度温度过高等），会将最新GPS位置信息，连同所采集到的图像信息发送至服务器。此时服务器会向iOS客户端发送一报警信息，随后客户端通过PUSH（推送）功能向手机使用者推送报警信息。若用户查看客户端，可以获取当前最新的所有信息，有助于帮助用户更好地管理以及追回保险箱。同时，该客户端提供用户主动查询位置与拍照功能，使用户了解保险箱的实时状态。
　　3.3.3 iOS客户端实现
　　从用户角度进行需求分析，该应用主要用到与服务器交互，地图定位，图片操作，发送短信等功能。以上功能的实现将逐条介绍。
　　（1）与服务器交互
　　手机终端与服务器间的通信的数据格式采用可扩展标记语言格式（Extensible Markup Language,XML），手机通过HTTP和SOAP方式与服务器进行数据交互。
　　SOAP 方式可通过开源类“ASIHTTPRequest”与“GDATA”共同实现。
　　具体实现流程为：首先按照WEB Service 提供SOAP 1.2请求示例打包SOAP请求字符串，同时按照该示例创建请求实例，所包含字段为：HOST,Content-Tpye,Content-Length 与SOAPAction.完成后将该请求发送至Web服务器，在收到回复后利用SOAP类解析其中内容即可。
　　（2）地图定位
　　在iOS 5.x 及以下版本中，都可采用谷歌地图实现该功能。本软件利于MapKit 框架并配合CoreLocation框架进行开发。在进入地图页面后，客户端访问Web服务器获得用户保险箱所在位置坐标，并对坐标值进行校对，而后标注在地图上。考虑到若保险箱丢失，用户无法判断陌生地点的情况，客户端允许用户分别以标准/卫星/混合3 种方式查看地图。在载入地图后，客户端通过调用MKReverseGeocoder 类反相查询坐标点信息，以获得所处位置的国家/城市/街道名，供用户更方便的追踪设备位置。
　　（3）数据信息处理
　　客户端提供3 种数据信息服务：查看最新报警数据，查看历史数据与手动采集数据。查看最新报警数据是利用Web 服务器从服务器读取最新数据，用户若认为此数据有用，那么可以连同该图片所在位置信息等保存至客户端，方便以后查看。另外，客户端可以通过短信方式控制用户拥有的监控设备进行数据采集，随后在更新服务器数据后显示在客户端上。
　　4 功能测试
　　本系统分为3 个部分，因此，本章节将分两个小部分展示：前端监测硬件，前端监测与数据平台的测试，数据平台与手机客户端的监测。前端监测硬件如图11所示，图中可看出硬件主体，天线，摄像头与电池。

　　前端监测与数据平台之间的交互主要为信息的发送，需发送信息包括心跳帧，警报信息（含GPS位置），图片信息等。服务器上接收程序接收区如图12所示。

　　图12中，第1条为震动后发送的报警信息，第2,3条为心跳帧，均以16进制显示。在图片发送完毕后，客户端可显示最新照片。由于超广角摄像头安置于保险箱内，周围会出现黑色区域，这是由于隐蔽措施所导致的，如图13所示。

　　机客户端对现代安防系统有非常实用的意义，并可以以此为基础衍生出更多具有实际应用的功能。目前该应用处于演示版阶段。加一个测试结论如图14所示。

　　5 结语
　　在对基于WSN 的安防监测系统进行功能分析，系统设计与软硬件实现后，开发出了一套基于C/S架构的安防监测系统。该系统的硬件以超低功耗单片机MSP430为核心，具有无线传感器网络的优点，并结合了多媒体技术，具有稳定性高，正确报警率高，监测信息完善等特点。同时该套系统具有较为完善的用户服务，提供包括PC机，短信，用户网站与手机客户端等多种方式进行查询与追踪。

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