基于NB-IoT物联网人体红外防盗报警检测

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前言

近年来，随着5G技术产业的发展，NB-IoT的产业化发展迅猛。智慧消防、智慧停车、智慧校园等等应用场景纷纷出现，该技术在未来或许能成为行业发展的一个新风口。

一、实验设计目的与意义

1.背景需求

随着经济文化的发展，人们的生活日益丰富，各种大型活动时有举行。然而大型活动现场人员众多，还要对各种应急事件做出反应，难以对所有物品进行精细的看守，这时就会给一些不法分子带来机会。由于红外线是不可见光，它具有很强的隐蔽性和保密性，因此红外产品在防盗、警戒等安保装置中被广泛应用。

2. 研究现状

随着改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展，人们的生活水平得到了很大的提高。同时人们的安防意识也在不断提高，因此现代化的安防技术得到了广泛的应用。随着科技的发展，非法入侵和犯罪行为也越来越高端，传统的防范手段已经难以保证要害部门、重点单位的安全。人力防范也是有它的局限性的，他们往往受时间、地域、人员素质和精力等因素的影响，由于人都有惰性，长期以来就会出现漏洞和问题。由于红外线是肉眼无法分辨的光，它具有很强的隐蔽性和保密性，因此红外产品如雨后春笋般的涌现出来。它们逐渐应用到小区的安保之中，但大多数都应用在夜间

照明，以提高监控性能。同比国外的各类防盗、保安报警器基本都是以超声波、红外发射与接收微波等技术为基础。利用科技手段和有效的物业管理，改变人们安全防范的方法和手段，从单一封式、被动型安全防范模式向多元化、综合化、电控化、以及红外报警处理方向发展。目前国际上应用最多的是主动红外对射总线制报警主机的方式，这种方式具有可靠性高、技术成熟、操作简便、易扩展、经济性好等优点。所以，红外产品已经成为了人们生活安防的不可或缺的一部分。红外报警器分主动式和被动式两种。主动式红外线报警器，是报警器主动发出红外线，红外线碰到障碍物，就会反弹回来，被报警器的探头接收。如果探头监测到，红外线是静止不动的，也就是不断发出红线线又不断反弹的，那么报警器就不会报警。当有会动的物体触犯了这根看不见的红线的时候，探头就会检测到有异常，就会报警。

3.存在的问题

1. 容易受各种热源、阳光源干扰；
2. 被动红外穿透力差，人体的红外辐射容易被遮挡，不易被报警器接收；
3. 易受射频辐射的干扰；
4. 环境温度和人体温度接近时，探测和灵敏度明显下降，有时造成短时失灵。

4.改进建议

为安防系统增加额外功能，实现适用于对多样、复杂的应用场景，以及对场景环境的分析，使得在红外功能容易受干扰时也能工作。

二、实验设计方案

1.系统总体架构与功能描述

本项目采用端-管-云的设计思路，首先通过放置传感器检测模块，来检测一定范围内的安全隐患，单片机把检测结果收集再通过5G NB-IoT模组实现入网与通信的功能，然后通过UDP协议进行数据传输与Socket模块建立连接，最后利用lnfluxDB数据库来存储数据并在Grafana平台来进行实时的展示。

图1 总体构架

传感器模块有以下三个：人体红外传感器模块、GPS定位模块、温湿度传感器模块。主要工作由人体红外感应器完成信息采集、处理、通过对数据的分析实现蜂鸣器报警的功能，最后通过GPS模块将定位上传到云端这一过程。考虑到其应用场景的多样性和实用性，还添加了按键对蜂鸣器的控制，实现一键报警和关闭蜂鸣器的功能。以及温湿度的检测功能，实现对一些贵重物品的保护，例如博物馆中的易损文物，对温湿度等环境因素有严格的要求。

2.终端设计

本设计的电路包括硬件和软件两个部分。硬部分包括:传感器模块部分、单片机控制电路，传感器模块部分分别由 人体红外传感器模块、GPS定位模块，温湿度传感器模块组成（如下图所示）。通过对每个传感器引脚的配置还有函数的调用，即可分别实现经纬度数据采集并上传至云端，传感器周围出现不明物体时，警报灯亮起，蜂鸣器持续报警，通过按键实现对蜂鸣器的控制。如果在博物馆的室外展览中还能提供温湿度采集的数据，实现对贵重物品的保护。在连线上面我们通过一块主板实现与三块传感器连接，通过杜邦线将三部分的功能集成在一块主板中。

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3.管道设计

管道采用NB53-A通信模块，调用NB模组的相关函数进行入网。通过UDP协议建立连接和数据传输。然后获取传感器采集的环境数据，将读取到的数据进行封装处理，转换成十六进制，通过NB-IoT模块发送到服务器上。

图3 管道工作流程

图4 数据的封装发送

具体实施：

① 开启并配置LPUART1串口。

② 在nbiot.c中初始化所用通信协议nb_protocol、访问IP host_ip和访问端口host_port。

③ 在usart.c中声名和定义LPUART1的相关变量。

④ 在usart.c中设置和添加中断函数。

⑤ 将要发送的数据封装和进制转换。

⑥ 调用NB_SendMsg函数发送相关信息。

4.云端设计

（1）通过修改原InfluxDB的代码，增加所需的变量，并传入测出的相应值。

图5 传入变量设置

（2）传入值之后连接UDP服务器，进行传输。

（3）此时登录Grafana，发现没有地图的插件，于是在MobaXterm安装worldmap插件。

图6 安装worldmap插件

图7 插件在Visualization出现

（4）此时，选中Worldmap Panel，就出现世界地图，通过调整配置，可以在地图上显示所导入的经纬度位置。

图8 调节参数

图9 调整配置

图10 最终显示位置标记

（5）最后再加上温湿度的折线图，实现传入数据的云端可视化。

图11 最终云端可视化

三、实验设计结果分析

采集到的温湿度，经纬度以及警报状态结果展示：

图12 终端数据采集以及管道发送反馈

图13 可视化界面展示

总结： 通过在宿舍区进行模拟报警和数据采集，报警系统功能实现人体靠近报警、一键报警和一键接触报警。数据采集GPS信号、温湿度数据比较准确，实现设计功能。

四、实验设计结论与未来展望

实验从物联网的端-管-云，三个层面设计了人体红外安防系统，实现了终端数据采集，管道数据传输，云端可视化展示。我们实现了GPS信号的采集解析，人体红外数据以及环境温湿度的数据采集，设计功能基本完成，并且采集数据比较准确。例如采集的GPS和温湿度信息，通过测量，都与实际差别不大。

基于目前的GPS模块只能实现室外定位，且定位时间稍长。未来我们希望通过蜂窝基站定位、利用信号强度等方法解决定位时间长，以及实现室内定位的功能，提高数据的精确度；从算法层面优化、分析场景环境，以适用于更多的应用场景。