基于nRF24LE1的校园警情定位系统设计

摘要：在手机报警受限的情况下，为了使求助者能向校园保卫处紧急报警并且准确定好自己所处的位置，本文研制了求助者随身携带的微型无线遥控器和相应的配套系统。当求助者按下紧急求助按钮时，立即向保卫处发出求助信号，同时在保卫处的监控界面上直观显示求助者所在的位置。测试表明，从求助者按下紧急求助按钮到保卫处页面刷新显示为40～50 s，位置精度为20～40m。

引言

学校安全工作是全社会安全工作的重要组成部分之一。它直接关系到青年学生能否安全、健康地成长，关系到千千万万个家庭的幸福安宁和社会稳定。广东海洋大学湖光校区校园面积大，有些地方比较偏僻，往往是警情多发地段。遇到紧急情况，求助者通过手机报警，但往往很难准确描述其所在位置。若求助者手机报警受到限制，就更加无法对外发出求助。

为了解决以上的问题，让求助者能通过第二种方式向校园保卫处紧急报警并且准确定好自己所处的位置，本文研制了求助者随身携带的微型无线遥控器和相应的配套装置。当求助者按下紧急求助按钮，立即向保卫处发出求助信号，同时在保卫处的监控界面上直观显示求助者所在的位置。

1 系统整体实现

该系统的整体架构如图1所示。在某需要监控的区域布置中心站，在中心站周围布置多个分站，形成一个星状网络。一旦各个站点布置的位置确定，其经纬度的位置信息便确定下来。区域内的各个分站的信息直接或者间接传送到中心站，中心站接着把该信息传送到数据中心。为了增加分站布置的灵活性，本文对分站之间信息的接力传递进行了技术上的实现，但从实时性和可靠性的角度看，尽量避免分站之间信息的接力传递，从信息起始发起的分站到中心站之间的分站不应超过2个。

求助者按下随身携带的微型无线遥控器的紧急求助按钮，当离其最近的分站接收到该求助信号时，该分站首先启动报警器蜂鸣，这样做是为了获得周围群众的帮助，然后该分站通过某种预定的路径，直接或者间接地把该信息传送到中心站。最后中心站通过GPRS网络把该信息传送到互联网上的数据中心，并存储在数据库服务器中。

在WEB服务器上发布警情监控的网站，学校保卫处作为客户端之一访问该网站。该页面不断实时刷新显示最新的警情信息。学校保安人员也可以通过手机访问该网站，从而协助其准确到达案发地点。

监控开始时，客户端在浏览器上键入“http：//210.38.139.35/warn/default.htm”地址。假设现有不同用户在不同地方按下紧急求助按钮，图2为显示界面。

图2中标注“警卫”的地方就是学校固定警力分布的位置，标注“警报”的位置就是当前警情位置，其以不停的跳动和声音提示最新警情。只有保卫处用户才有权限去处理该警情信息，其他用户只有浏览权限。这样保卫处根据求助地点和警卫的位置，作出最优的指挥。同时警卫人员可以利用手机访问该网站，作为位置协助找到求助者。

2 系统硬件

2.1 nRF24LE1模块

nRF24LE1是NORDIC公司新推出的一款芯片。nRF24LE1采用了NORDIC公司最新的无线和超低功耗技术，在一个极小封装中集成了2.4 GHz无线传输、增强型51 Flash高速单片机、丰富外设及接口等，是一个性能和成本的完美结合，很适合应用于各种2.4GHz的产品设计。

在本系统中的微型无线遥控器、分站和中心站的无线收发装置选用的都是nRF24LE1模块，它们之间的信息传递是通过各自的nRF24LE1模块进行的。其中，分站和中心站采用的nRF24LE1模块带有外置功率放大天线，开阔地传输距离约为200～400 m，而微型无线遥控器采用的nRF 24LE1网模块带有内置天线，开阔地通信距离为10～30 m。

2.2 EM310模块

中心站最后还需要把警情信息通过GPRS网络传送到互联网上的数据中心。GPRS网络的接入采用华为公司生产的EM310模块。EM310模块内置了TCP/IP协议栈，由AT指令控制并使得应用程序可以很容易地接入网络。该方案的优点在于最小化了将网络连接集成入一个新的或已存在的应用程序所需的成本和时间。

在本系统中，EM310模块是由中心站的nRF24LE1通过AT指令控制操作的，它们之间的接口就是典型的三线制串行通信。

3 系统软件的实现

3.1 微型无线遥控器软件

考虑到遥控器的功耗和体积，采用纽扣电池供电。平时不需要报警的时候，电源按钮处于被关闭状态，当有紧急情况时，电源按钮被按下，系统开始工作，启动发送警报，其工作流程如图3所示。

求助信号发送出去后，离其最近的分站接收到该信号，分站启动大功率蜂鸣器工作，同时发送一个应答包给该遥控器。当遥控器接收到该应答包后，停止发送警报，同时触发LED指示，表示警报信息已经被成功捕获，否则重新发送。这样设置是为了加强系统的可靠性，万一分站的蜂鸣器坏了，求助者无法通过蜂鸣器呜叫来确认求助信息是否被成功捕获。

3.2 分站软件

与无线遥控器供电方式不同，分站采用连续的供电方式，其工作流程图如图4所示。分站不断循环检测是否有警报信息需要处理。若有警报信息需要处理，首先发出应答包，接着往预定的目标地址发送警报数据包。该目标地址可以是其他分站，也可以是中心站，是根据实际需要设定的。