基于nRF24LE1的校園警情定位系統設計

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。當求助者按下緊急求助按鈕時，立即向保衛處發出求助信號，同時在保衛處的監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定。廣東海洋大學湖光校區校園面積大，有些地方比較偏僻，往往是警情多發地段。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，立即向保衛處發出求助信號，同時在保衛處的監控界面上直觀顯示求助者所在的位置。

1 系統整體實現

該系統的整體架構如圖1所示。在某需要監控的區域布置中心站，在中心站周圍布置多個分站，形成一個星狀網絡。一旦各個站點布置的位置確定，其經緯度的位置信息便確定下來。區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據中心。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，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網絡把該信息傳送到互聯網上的數據中心，并存儲在數據庫服務器中。

在WEB服務器上發布警情監控的網站，學校保衛處作為客戶端之一訪問該網站。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站，從而協助其準確到達案發地點。

監控開始時，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”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。這樣保衛處根據求助地點和警衛的位置，作出最優的指揮。同時警衛人員可以利用手機訪問該網站，作為位置協助找到求助者。

2 系統硬件

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的產品設計。

在本系統中的微型無線遙控器、分站和中心站的無線收發裝置選用的都是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網絡傳送到互聯網上的數據中心。GPRS網絡的接入采用華為公司生產的EM310模塊。EM310模塊內置了TCP/IP協議棧，由AT指令控制并使得應用程序可以很容易地接入網絡。該方案的優點在于最小化了將網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 系統軟件的實現

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，當有緊急情況時，電源按鈕被按下，系統開始工作，啟動發送警報，其工作流程如圖3所示。

求助信號發送出去后，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，停止發送警報，同時觸發LED指示，表示警報信息已經被成功捕獲，否則重新發送。這樣設置是為了加強系統的可靠性，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，分站采用連續的供電方式，其工作流程圖如圖4所示。分站不斷循環檢測是否有警報信息需要處理。若有警報信息需要處理，首先發出應答包，接著往預定的目標地址發送警報數據包。該目標地址可以是其他分站，也可以是中心站，是根據實際需要設定的。