基于物联网技术的楼宇安防系统设计
基于物联网技术的楼宇安防系统设计[20191213110201]
摘 要
物联网技术能够建立起物物相联、物物可管、资源统筹分配的应用系统,将物联网应用于智能安防系统,能够最大程度地降低系统内各节点的潜在危险,保障节点安全。对于它的研究和开发,是一项有关自动控制、无线连接、无线通信多学科交叉的研究课题。
本系统在熟悉基于物联网的楼宇安全智能感知相关技术的基础上,对校园局域网楼宇安防系统的感知层、网络层和应用层进行设计与实现。在感知层,采用RFID射频标签采集出入人员信息,并使用单片机实现对其数据采集与传输过程的控制;在网络层,采用网络数据存储技术实现对人员信息的存储与共享;在应用层,在Microsoft Visual Studio 2010开发平台,采用C#语言编程实现感知信息的管理与分析等功能。
本系统搭建了楼宇安防系统硬件平台,结合软件编程最终实现了基于物联网技术的安防系统,从系统搭建、调试以及最终的实验结果中可以看出,将物联网技术应用到楼宇安防系统不仅是可行的,而且可以进一步实现楼宇安防系统的智能化,为今后防范系统的研究与发展提供了新的思路与方向。
摘 要 1
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:物联网;楼宇安防;RFID;数据库技术
目 录
ABSTRACT 2
第一章 绪 论 1
1.1 物联网简介 1
1.2 RFID技术简介 3
1.3 论文主要研究内容 5
1.4 论文的结构安排 6
第二章 基于物联网楼宇安防系统的总体设计 7
2.1需求分析 7
2.2 物联网的体系结构简介 7
2.3 基于物联网的楼宇系统总体结构 8
第三章 基于RFID射频技术的感知层设计与实现 9
3.1电子标签模块设计 9
3.1.1 非接触式IC卡---S50概述 9
3.1.2 电子标签模块详细设计 11
3.2 阅读器模块设计 12
3.2.1 MF RC522 射频卡概述 12
3.2.2 阅读器与电子标签通讯流程设计 13
3.3单片机控制模块设计 14
3.3.1 STC89C52RC单片机简介 14
3.3.2 单片机控制模块与阅读器通讯设计 15
第四章 基于物联网的楼宇安防系统网络层的设计与实现 16
4.1 需求分析 16
4.2 网络数据库设计 17
4.2.1 数据库设计概况 17
4.2.2 数据库选择 20
4.2.3 数据库详细设计 22
4.3 数据库的网络共享设计 23
第五章 楼宇安防系统应用层管理系统的设计与实现 26
5.1软件开发平台 26
5.1.1 Visual Studio 2010概述 26
5.1.2 C#语言介绍 27
5.2 应用层管理系统模块详细设计 29
第六章 遇到的问题及解决方案 35
第七章 结束语 37
参考文献 38
谢 辞 40
附录A MFRC522 PCB图 41
附录B 外文文献 43
附录C外文译文 52
第一章 绪 论
1.1 物联网简介
一、 物联网的定义
伴随着经济全球化的进程,方便、快速、准确地识别、跟踪和管理至单个物品的需求应运而生,条形码已不能满足这一需求。与此同时,计算机技术、RFID技术、因特网技术和无线通信技术的飞速发展,使得直至单个物品的识别、跟踪和管理成为可能[1]。为推进RFID技术应用的发展,1999年美国麻省理工学院成立了Auto-ID中心,进行RFID技术的研发,通过创建RFID标准并利用网络技术,形成EPC系统,为建设全球实物互联网(物联网)而努力N3。
EPC系统技术复杂,涉及EPC编码的管理和分配、RFID技术的规范和标准、网络系统的构架、软件的系统集成、信息处理标准规范等众多领域[2]。因此,为管理EPC,国际物品编码协会(EAN)和美国统一代码委员会(UCC)在2003年成立了全球电子产品代码中心EPCglobal。其通过各国的编码组织管理和推动当地的EPC工作,各国编码组织的主要作用是管理EPC系统成员的加入和标准化工作,在当地推广EPC系统、提供技术支持和培训EPC系统用户。
EPC系统是在计算机因特网(Internet)的基础上,利用RFID、EPC编码、数据通信等技术,构造的一个覆盖全球万事万物的实物互联网,也称为物联网。物联网的英文名称为“The Internet of Things",简称:IOT。
物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程。通过因特网,全球的计算机可以进行互连,实现信息资源共享、协同工作的目标。而在RFID和因特网的基础上,物联网可以将数量更为庞大的物品建立起信息连接,为商业、物流、仓储、生产等领域提供信息化的先进管理理念和手段[3]。
二、 物联网的特点
物联网的主要特点如下:
1. 采用EPC编码方法,可以识别物品到个件。
2. 信息系统的网络基础是因特网,因此EPC系统具有开放的体系结构,可以将企业的内联网(Intranet)、RFID和因特网有机地结合起来,避免了系统的复杂性[4],提高了资源的利用率。
3. 物联网是一个大系统,目前仍需要较多的投入,对于价值低的识别对象,必须考虑由此引入的成本。随着物联网技术的进步和价格的降低,低价值识别对象进入系统将成为现实。
三、物联网的组成
物联网的目标是为每一个物品建立全球的、开放的标识标准。物联网的组成如下图1.1所示。
图1.1 物联网的基本组成图
物联网由应答器、阅读器、Savant(中间件)服务器、对象名称解析服务器(ONS)和EPC信息服务器(EPCIS)与网络组成。
应答器装载有EPC编码,它应附着在物品上,也称为标签[5]。阅读器用于读或读/写EPC标签,并能连接到本地网络之中。Savant是连接阅读器和应用程序的软件,也称为中间件,它是物联网中的核心技术,可认为是该网络的神经系统,故称为Savant。对象名称解析服务(ONS)的作用类似于因特网中的域名解析服务(DNS),它给Savant指明了存储产品有关信息的服务器(EPcIS)。系统中EPC信息描述采用实体置标语言(PML),PML是在可扩展置标语言(XML)的基础上发展而成,用于描述有关物品信息的一种计算机语言。
阅读器[6]从标签中读取EPC编码,Savant处理和管理由阅读器读取的一连串EPC编码,将EPC编码提供的指针传给ONS,ONS告知Savant保存该物品匹配信息的EPCIS服务器,保存该物品匹配信息的文件可由Savant复制,从而获得该物品的匹配信息。
四、 物联网国内外研究状况和发展现状
国际上,各个国家都很重视发展物联网,并制定了相应的发展战略。据《中国物联网产业发展年度蓝皮书(2010)》中指出[7],预计在未来5年全球的物联网市场将迅速增长,预计2012年全球市场规模将超过1700亿美元,2015年更接近3500亿美元,年均增长率接近25%。这样的增长态势持续下去,未来10年全球的物联网无疑都将实现数量和质量的飞跃,实现大规模普及和商用,走进普通人家口。
目前,物联网在我国也发展得如火如荼。2009年,国务院总理温家宝到无锡微纳传感网工程技术研发中心视察时发表了重要讲话,指出“在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展";“尽快建立中国的传感信息中心,或者叫‘感知中国’中心"。温总理的号召进一步开启了中国全面关注和研究物联网的序幕。近来,北京、上海、深圳、广州、重庆等城市都加快了物联网发展的布局,工信部也表示正在编制“十二五"物联网发展专项规划。
我国发展物联网上还要克服如下问题:
1. RFID系统的安全性
RFID系统的安全问题通常有以下几种:侦察出信息(无理存取信息)、伪造信息、拒绝服务(损害功能的可用性)以及通过攻击系统视图保护私人范围。安全的RFID系统应增强保密性、防止信息外泄及可长期跟踪性,结合物理方法和密码方法来保护安全性。
2. 物联网相关标准不一
现在,物联网的相关标准缺乏统一[8]。标准的制定要与物联网应用示范紧密结合,国家传感网标准工作组与国家物联网基础工作组,结合国家发改委的示范应用项目,争取在应用示范推广成功的基础上,能够相应产出一系列国家和行业的标准,加大标准与应用的衔接。
3. 成本问题
对于低价值的物品,由于需要考虑其成本,而现在物联网所应用的芯片成本偏高,因此阻碍了其进入系统。
1.2 RFID技术简介
一、 RFID系统概述
射频识别是无线电频率识别(Radio Frequency Identification,RFID)的简称,即通过无线电波进行识别。在RFID系统中,识别信息存放在电子数据载体中,电子数据载体称为应答器。应答器中存放的识别信息由阅读器读出。
典型的射频识别系统由一个阅读器和很多应答器(或标签)组成[9],如下图1.2所示:
图1.2 典型的射频识别系统
阅读器是用以读取标签信息并对标签发出操作指令的装置。阅读器并不是仅具有读功能,而是泛指具有读/写功能。
应答器是射频识别技术的核心,阅读器是根据应答器的性能而设计的。它可以发送和接受信息,也可以根据收到的操作指令做读、写操作。应答器分为无源应答器、半无源应答器和有源应答器三种类型[10]。
三、 RFlD技术国内外研究状况和应用及发展现状
1.RFID技术的国内外研究状况
射频识别技术的发展得益于多项技术的综合发展,所涉及的关键技术大致包括:芯片技术、天线技术、无线通信技术、数据交换与编码技术、信息处理技术和计算机技术。
随着技术的不断进步,射频识别产品的种类将越来越丰富,应用也越来越广泛。可以预计,在未来射频识别技术将持续保持高速发展的势头。射频识别技术的发展将会在应答器、阅读器和系统应用等方面取得新的进展[11]。
互联网的飞速发展和射频技术趋于成熟,信息数字化和全球商业化,这些都促进了更现代化的产品标识和跟踪方案的研发。通过EPC系统不仅能够对货品进行实时跟踪,而且能够通过优化整个供应链给用户提供支持,从而推动自动识别技术的快速发展并大幅提高全球消费者的生活质量。物联网将在全球范围内从根本上改变对产品生产、运输、仓储和销售各个环节物品流动监控的管理水平。
总之,射频识别在未来发展中,利用其他高新技术,如全球定位系统(GPS)和生物识别等技术,在由单一识别向多功能识别方向发展的同时,将结合现代通信和计算机技术,从独立系统应用走向网络化应用,实现跨地区、跨行业的综合应用。
2. RFID的应用及发展现状
自沃尔玛[12]提出实施RFID计划开始,人们便逐渐开始注意这项技术,经过几年的发展,RFID技术也在一些范畴中启用,如门禁卡、公交卡、二代身份证、电子客票等。另外,不少RFID厂家都开始关注其应用范畴,提供一些个性化的处理完成方案,如物流、生产控制等。利用该项技术不仅可以处理完成目前所面临的问题,还可大大提高效率,减轻工作人员负担。
早在2003年,沃尔玛就要求其前100位供应商在2005年1月前全部采用RFID标签,以实现商品自动识别。但实际上,限于各方面的困难,如RFID芯片、射频识别标签、专用软件系统、专业人员以及系统的准确性等,此项计划
并没有在预定时间内实现。但毫无疑问的是,沃尔玛所提出的这项计划,在一定程度上将自动识别技术引向人民生活所使用的范畴。
目前,RFID技术在中国也得到了较为广泛的应用,但是就我们的日常生活来看,其应用还有一定的局限性,究其原因在于:在中国,劳动力价格非常低,而且劳动力到处可寻,大部分制造商都是采用低技术高产量的粗放型生产方式,他们有大量的竞争者,所以制造商的利润非常低,他们没有足够的资本采用这项新技术。许多中国的企业根本就没有成熟的运行环境,所以建立RFID系统就不仅仅是简单的安装一个读卡器和贴标签的问题了,对他们来说,采用这项技术的基础设施的成本远大于雇佣劳动力的成本。
当然,RFID技术的优势也是显而易见的,其使用寿命长,可在恶劣环境下工作;可以镶嵌或附着在不同形状、类型的产品上[13];读取距离远;可写入及存取数据,且具高安全性,并可对电子标签所附着的物体进行追踪定位。因此其目前已经出现在我们生活的方方面面,如票证防伪、二代身份证、电子客票等,成为了我们生活中的好“伙伴”,但目前仍是是小范围使用,而未来人民生活所使用的市场将是其最大的发展方向。
1.3 论文主要研究内容
论文主要研究内容是基于物联网技术的楼宇安防系统的搭建以及实现,具体研究内容如下:
摘 要
物联网技术能够建立起物物相联、物物可管、资源统筹分配的应用系统,将物联网应用于智能安防系统,能够最大程度地降低系统内各节点的潜在危险,保障节点安全。对于它的研究和开发,是一项有关自动控制、无线连接、无线通信多学科交叉的研究课题。
本系统在熟悉基于物联网的楼宇安全智能感知相关技术的基础上,对校园局域网楼宇安防系统的感知层、网络层和应用层进行设计与实现。在感知层,采用RFID射频标签采集出入人员信息,并使用单片机实现对其数据采集与传输过程的控制;在网络层,采用网络数据存储技术实现对人员信息的存储与共享;在应用层,在Microsoft Visual Studio 2010开发平台,采用C#语言编程实现感知信息的管理与分析等功能。
本系统搭建了楼宇安防系统硬件平台,结合软件编程最终实现了基于物联网技术的安防系统,从系统搭建、调试以及最终的实验结果中可以看出,将物联网技术应用到楼宇安防系统不仅是可行的,而且可以进一步实现楼宇安防系统的智能化,为今后防范系统的研究与发展提供了新的思路与方向。
摘 要 1
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:物联网;楼宇安防;RFID;数据库技术
目 录
ABSTRACT 2
第一章 绪 论 1
1.1 物联网简介 1
1.2 RFID技术简介 3
1.3 论文主要研究内容 5
1.4 论文的结构安排 6
第二章 基于物联网楼宇安防系统的总体设计 7
2.1需求分析 7
2.2 物联网的体系结构简介 7
2.3 基于物联网的楼宇系统总体结构 8
第三章 基于RFID射频技术的感知层设计与实现 9
3.1电子标签模块设计 9
3.1.1 非接触式IC卡---S50概述 9
3.1.2 电子标签模块详细设计 11
3.2 阅读器模块设计 12
3.2.1 MF RC522 射频卡概述 12
3.2.2 阅读器与电子标签通讯流程设计 13
3.3单片机控制模块设计 14
3.3.1 STC89C52RC单片机简介 14
3.3.2 单片机控制模块与阅读器通讯设计 15
第四章 基于物联网的楼宇安防系统网络层的设计与实现 16
4.1 需求分析 16
4.2 网络数据库设计 17
4.2.1 数据库设计概况 17
4.2.2 数据库选择 20
4.2.3 数据库详细设计 22
4.3 数据库的网络共享设计 23
第五章 楼宇安防系统应用层管理系统的设计与实现 26
5.1软件开发平台 26
5.1.1 Visual Studio 2010概述 26
5.1.2 C#语言介绍 27
5.2 应用层管理系统模块详细设计 29
第六章 遇到的问题及解决方案 35
第七章 结束语 37
参考文献 38
谢 辞 40
附录A MFRC522 PCB图 41
附录B 外文文献 43
附录C外文译文 52
第一章 绪 论
1.1 物联网简介
一、 物联网的定义
伴随着经济全球化的进程,方便、快速、准确地识别、跟踪和管理至单个物品的需求应运而生,条形码已不能满足这一需求。与此同时,计算机技术、RFID技术、因特网技术和无线通信技术的飞速发展,使得直至单个物品的识别、跟踪和管理成为可能[1]。为推进RFID技术应用的发展,1999年美国麻省理工学院成立了Auto-ID中心,进行RFID技术的研发,通过创建RFID标准并利用网络技术,形成EPC系统,为建设全球实物互联网(物联网)而努力N3。
EPC系统技术复杂,涉及EPC编码的管理和分配、RFID技术的规范和标准、网络系统的构架、软件的系统集成、信息处理标准规范等众多领域[2]。因此,为管理EPC,国际物品编码协会(EAN)和美国统一代码委员会(UCC)在2003年成立了全球电子产品代码中心EPCglobal。其通过各国的编码组织管理和推动当地的EPC工作,各国编码组织的主要作用是管理EPC系统成员的加入和标准化工作,在当地推广EPC系统、提供技术支持和培训EPC系统用户。
EPC系统是在计算机因特网(Internet)的基础上,利用RFID、EPC编码、数据通信等技术,构造的一个覆盖全球万事万物的实物互联网,也称为物联网。物联网的英文名称为“The Internet of Things",简称:IOT。
物联网通过传感器、射频识别技术、全球定位系统等技术,实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程。通过因特网,全球的计算机可以进行互连,实现信息资源共享、协同工作的目标。而在RFID和因特网的基础上,物联网可以将数量更为庞大的物品建立起信息连接,为商业、物流、仓储、生产等领域提供信息化的先进管理理念和手段[3]。
二、 物联网的特点
物联网的主要特点如下:
1. 采用EPC编码方法,可以识别物品到个件。
2. 信息系统的网络基础是因特网,因此EPC系统具有开放的体系结构,可以将企业的内联网(Intranet)、RFID和因特网有机地结合起来,避免了系统的复杂性[4],提高了资源的利用率。
3. 物联网是一个大系统,目前仍需要较多的投入,对于价值低的识别对象,必须考虑由此引入的成本。随着物联网技术的进步和价格的降低,低价值识别对象进入系统将成为现实。
三、物联网的组成
物联网的目标是为每一个物品建立全球的、开放的标识标准。物联网的组成如下图1.1所示。
图1.1 物联网的基本组成图
物联网由应答器、阅读器、Savant(中间件)服务器、对象名称解析服务器(ONS)和EPC信息服务器(EPCIS)与网络组成。
应答器装载有EPC编码,它应附着在物品上,也称为标签[5]。阅读器用于读或读/写EPC标签,并能连接到本地网络之中。Savant是连接阅读器和应用程序的软件,也称为中间件,它是物联网中的核心技术,可认为是该网络的神经系统,故称为Savant。对象名称解析服务(ONS)的作用类似于因特网中的域名解析服务(DNS),它给Savant指明了存储产品有关信息的服务器(EPcIS)。系统中EPC信息描述采用实体置标语言(PML),PML是在可扩展置标语言(XML)的基础上发展而成,用于描述有关物品信息的一种计算机语言。
阅读器[6]从标签中读取EPC编码,Savant处理和管理由阅读器读取的一连串EPC编码,将EPC编码提供的指针传给ONS,ONS告知Savant保存该物品匹配信息的EPCIS服务器,保存该物品匹配信息的文件可由Savant复制,从而获得该物品的匹配信息。
四、 物联网国内外研究状况和发展现状
国际上,各个国家都很重视发展物联网,并制定了相应的发展战略。据《中国物联网产业发展年度蓝皮书(2010)》中指出[7],预计在未来5年全球的物联网市场将迅速增长,预计2012年全球市场规模将超过1700亿美元,2015年更接近3500亿美元,年均增长率接近25%。这样的增长态势持续下去,未来10年全球的物联网无疑都将实现数量和质量的飞跃,实现大规模普及和商用,走进普通人家口。
目前,物联网在我国也发展得如火如荼。2009年,国务院总理温家宝到无锡微纳传感网工程技术研发中心视察时发表了重要讲话,指出“在国家重大科技专项中,加快推进传感网发展";“尽快建立中国的传感信息中心,或者叫‘感知中国’中心"。温总理的号召进一步开启了中国全面关注和研究物联网的序幕。近来,北京、上海、深圳、广州、重庆等城市都加快了物联网发展的布局,工信部也表示正在编制“十二五"物联网发展专项规划。
我国发展物联网上还要克服如下问题:
1. RFID系统的安全性
RFID系统的安全问题通常有以下几种:侦察出信息(无理存取信息)、伪造信息、拒绝服务(损害功能的可用性)以及通过攻击系统视图保护私人范围。安全的RFID系统应增强保密性、防止信息外泄及可长期跟踪性,结合物理方法和密码方法来保护安全性。
2. 物联网相关标准不一
现在,物联网的相关标准缺乏统一[8]。标准的制定要与物联网应用示范紧密结合,国家传感网标准工作组与国家物联网基础工作组,结合国家发改委的示范应用项目,争取在应用示范推广成功的基础上,能够相应产出一系列国家和行业的标准,加大标准与应用的衔接。
3. 成本问题
对于低价值的物品,由于需要考虑其成本,而现在物联网所应用的芯片成本偏高,因此阻碍了其进入系统。
1.2 RFID技术简介
一、 RFID系统概述
射频识别是无线电频率识别(Radio Frequency Identification,RFID)的简称,即通过无线电波进行识别。在RFID系统中,识别信息存放在电子数据载体中,电子数据载体称为应答器。应答器中存放的识别信息由阅读器读出。
典型的射频识别系统由一个阅读器和很多应答器(或标签)组成[9],如下图1.2所示:
图1.2 典型的射频识别系统
阅读器是用以读取标签信息并对标签发出操作指令的装置。阅读器并不是仅具有读功能,而是泛指具有读/写功能。
应答器是射频识别技术的核心,阅读器是根据应答器的性能而设计的。它可以发送和接受信息,也可以根据收到的操作指令做读、写操作。应答器分为无源应答器、半无源应答器和有源应答器三种类型[10]。
三、 RFlD技术国内外研究状况和应用及发展现状
1.RFID技术的国内外研究状况
射频识别技术的发展得益于多项技术的综合发展,所涉及的关键技术大致包括:芯片技术、天线技术、无线通信技术、数据交换与编码技术、信息处理技术和计算机技术。
随着技术的不断进步,射频识别产品的种类将越来越丰富,应用也越来越广泛。可以预计,在未来射频识别技术将持续保持高速发展的势头。射频识别技术的发展将会在应答器、阅读器和系统应用等方面取得新的进展[11]。
互联网的飞速发展和射频技术趋于成熟,信息数字化和全球商业化,这些都促进了更现代化的产品标识和跟踪方案的研发。通过EPC系统不仅能够对货品进行实时跟踪,而且能够通过优化整个供应链给用户提供支持,从而推动自动识别技术的快速发展并大幅提高全球消费者的生活质量。物联网将在全球范围内从根本上改变对产品生产、运输、仓储和销售各个环节物品流动监控的管理水平。
总之,射频识别在未来发展中,利用其他高新技术,如全球定位系统(GPS)和生物识别等技术,在由单一识别向多功能识别方向发展的同时,将结合现代通信和计算机技术,从独立系统应用走向网络化应用,实现跨地区、跨行业的综合应用。
2. RFID的应用及发展现状
自沃尔玛[12]提出实施RFID计划开始,人们便逐渐开始注意这项技术,经过几年的发展,RFID技术也在一些范畴中启用,如门禁卡、公交卡、二代身份证、电子客票等。另外,不少RFID厂家都开始关注其应用范畴,提供一些个性化的处理完成方案,如物流、生产控制等。利用该项技术不仅可以处理完成目前所面临的问题,还可大大提高效率,减轻工作人员负担。
早在2003年,沃尔玛就要求其前100位供应商在2005年1月前全部采用RFID标签,以实现商品自动识别。但实际上,限于各方面的困难,如RFID芯片、射频识别标签、专用软件系统、专业人员以及系统的准确性等,此项计划
并没有在预定时间内实现。但毫无疑问的是,沃尔玛所提出的这项计划,在一定程度上将自动识别技术引向人民生活所使用的范畴。
目前,RFID技术在中国也得到了较为广泛的应用,但是就我们的日常生活来看,其应用还有一定的局限性,究其原因在于:在中国,劳动力价格非常低,而且劳动力到处可寻,大部分制造商都是采用低技术高产量的粗放型生产方式,他们有大量的竞争者,所以制造商的利润非常低,他们没有足够的资本采用这项新技术。许多中国的企业根本就没有成熟的运行环境,所以建立RFID系统就不仅仅是简单的安装一个读卡器和贴标签的问题了,对他们来说,采用这项技术的基础设施的成本远大于雇佣劳动力的成本。
当然,RFID技术的优势也是显而易见的,其使用寿命长,可在恶劣环境下工作;可以镶嵌或附着在不同形状、类型的产品上[13];读取距离远;可写入及存取数据,且具高安全性,并可对电子标签所附着的物体进行追踪定位。因此其目前已经出现在我们生活的方方面面,如票证防伪、二代身份证、电子客票等,成为了我们生活中的好“伙伴”,但目前仍是是小范围使用,而未来人民生活所使用的市场将是其最大的发展方向。
1.3 论文主要研究内容
论文主要研究内容是基于物联网技术的楼宇安防系统的搭建以及实现,具体研究内容如下:
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