物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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摘要：隨著信息技術(shù)的發(fā)展，智能化家居安防系統(tǒng)逐漸進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ钪校瑯?gòu)建智能家居安防系統(tǒng)將有效防止偷盜、火災(zāi)等災(zāi)害對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)造成威脅。文章基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建一套適用的智能家居安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要控制核心是單片機(jī)，利用傳感器進(jìn)行信號(hào)傳輸，以SIM900A通信模塊為主要遠(yuǎn)程系統(tǒng)，可以在發(fā)生意外時(shí)自行報(bào)警，以此達(dá)到減少偷盜、火災(zāi)等情況對(duì)家庭經(jīng)濟(jì)、生命財(cái)產(chǎn)的損失。通過對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以期提高家居安全，實(shí)現(xiàn)家庭安防智能化、遠(yuǎn)程化。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能家居；安防系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

從20世紀(jì)末開始，學(xué)者就進(jìn)行了智能家居的研究，隨著信息技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能家居已經(jīng)不再是理論幻想，能夠切實(shí)應(yīng)用到家居安防中。當(dāng)前，智能化家居安防系統(tǒng)經(jīng)過不斷改良與設(shè)計(jì)，在軟硬件上已趨近成熟，成本較低，普通民眾也能在家里進(jìn)行安裝。智能家居安防系統(tǒng)不僅可以傳遞樓宇信息，還具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、緊急報(bào)警等功能，能充分保障人民家居環(huán)境的安全。智能家居安防系統(tǒng)的建設(shè)，不僅可以有效保障用戶自身的生命財(cái)產(chǎn)安全，還能保障整個(gè)樓宇的安全，減少火災(zāi)、盜竊、煤氣泄漏等家居事故的發(fā)生，還將在緊急時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。此外，還有一鍵呼救功能，極大保障了用戶居家的生命財(cái)產(chǎn)安全。

1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

智能家居安防系統(tǒng)主要是由控制中心、信號(hào)檢測(cè)、報(bào)警呼救等多個(gè)模塊組成，在室內(nèi)安裝傳感器來檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境，通過數(shù)據(jù)分析測(cè)定室內(nèi)是否存在危險(xiǎn)情況。在系統(tǒng)中還將采用無線結(jié)合有線的形式，確保數(shù)據(jù)能真實(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)地傳遞到控制中心，并在遇到緊急情況時(shí)，控制中心能直接通過報(bào)警呼救模塊對(duì)用戶進(jìn)行提醒并發(fā)送報(bào)警信息。安防系統(tǒng)組成機(jī)構(gòu)如圖1所示，其單片機(jī)時(shí)刻處于工作狀態(tài)，當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)緊急情況，其傳感器的信號(hào)會(huì)及時(shí)傳遞到單片機(jī)控制中心，并依據(jù)事先在控制中心設(shè)置的參數(shù)閾值確定是否采用報(bào)警。

2基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能家居安防系統(tǒng)中包含煙霧傳感器、紅外傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?，以單片機(jī)作為控制中心，擁有無線通信模塊可以在緊急的時(shí)候繼進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)還包含液晶顯示器，可以讓用戶隨時(shí)查看家居情況。

2.1煙霧檢測(cè)模塊

目前智能家居安防系統(tǒng)中采用的煙霧傳感器是MQ-2，其性能高、價(jià)格低，能隨氣體濃度的變化而改變氣體傳感器的電導(dǎo)率。MQ-2煙霧傳感器能檢測(cè)到大多數(shù)的易燃?xì)怏w，并能通過電路與控制系統(tǒng)有效記錄氣體濃度。U1A計(jì)算器根據(jù)閾值設(shè)置電位計(jì)RP值和煙霧濃度，并發(fā)出模擬和數(shù)字報(bào)警信號(hào)。其主要是通過VCC傳感器利用信號(hào)線路進(jìn)入QM-N10進(jìn)行分析，從而精心判斷，然后依據(jù)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行再分析，確定煙霧達(dá)到一定閾值之后傳遞給控制中心，控制中心依據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)出預(yù)警。當(dāng)室內(nèi)煙霧濃度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，煙霧預(yù)警器就會(huì)響起，直到煙霧降低為止；或者當(dāng)煙霧上升到峰值的時(shí)候，控制中心將直接進(jìn)行報(bào)警，降低了家里無人造成更大財(cái)產(chǎn)損失的可能性。

2.2火焰檢測(cè)模塊

紅外線接收器將火焰的亮度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，在60°角度范圍內(nèi)有高低變化。當(dāng)信號(hào)傳送到控制單元后，經(jīng)過LM393比較器與安全值比較之后，確定火焰強(qiáng)度，然后控制中心與處理單元依據(jù)結(jié)果作出反應(yīng)。當(dāng)室內(nèi)出現(xiàn)明火時(shí)，在傳感器預(yù)感范圍內(nèi)，并且達(dá)到一定閾值的時(shí)候，將連通消防噴水器，對(duì)其進(jìn)行滅火處理，并發(fā)出警報(bào)聲，提醒用戶逃離或者進(jìn)行火災(zāi)救助。但是，當(dāng)火勢(shì)得不到控制時(shí)，火警檢測(cè)模塊將通過無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，控制中心將依?jù)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理，這樣極大保障了火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)能及時(shí)聯(lián)系消防隊(duì)伍進(jìn)行救助，保障用戶生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.3無線通信模塊

SIM900A內(nèi)部擁有強(qiáng)大的ARM9216EJ-S處理器內(nèi)核，能進(jìn)行語音電話、SMS/MMS和數(shù)據(jù)傳輸，還能對(duì)DTMF進(jìn)行解密，并識(shí)別對(duì)方的密鑰傳遞語音。SIM900A作為收發(fā)通信模塊，不僅具有收發(fā)器接口，還能優(yōu)化交換網(wǎng)絡(luò)，具有功能齊全的軟硬件設(shè)計(jì)。該模塊主要由SIM電源控制，其在一般情況下處于休眠模式，微卡的電流功耗一般為1.5mA，其擁有的串行接口可以對(duì)模塊中的固件進(jìn)行更新。當(dāng)模塊出現(xiàn)異常時(shí)，程序會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。在ARM9216EJ-S內(nèi)核處理下，SIM900A受到傳感器的信號(hào)時(shí)，及時(shí)處理，并依據(jù)事先儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷情況的緊急程度，傳輸?shù)娇刂浦行?，依?jù)控制中心給出的“指示”傳遞到各個(gè)設(shè)備，使設(shè)備能正常運(yùn)行，針對(duì)實(shí)際情況采取有效措施，極大保障了用戶安全。

2.4人體感應(yīng)模塊

HC-SR501是一種紅外控制的感應(yīng)模塊，其工作原理是通過紅線傳感器針對(duì)人體感性，確定是否存在一定威脅，然后將信號(hào)傳遞給控制中心。如果人體感應(yīng)模塊在運(yùn)行時(shí)，遭遇穿透異常的情況下，傳感器模塊以高電平發(fā)射，否則發(fā)出低電平。在感應(yīng)模塊接通后會(huì)有初始時(shí)間，在這個(gè)時(shí)間階段，感應(yīng)模塊將在短時(shí)間內(nèi)以一定頻率發(fā)出信號(hào)，然后才進(jìn)入檢測(cè)狀態(tài)。因此，在啟動(dòng)該模塊前，要依據(jù)延遲時(shí)間進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置，在RT1和CY1中，芯片的A引腳連接高電平并反復(fù)觸發(fā)模塊的延遲時(shí)間。

2.5單片機(jī)控制中心

單片控制中心是整個(gè)智能化家居安防系統(tǒng)的“大腦”，其決定了整個(gè)數(shù)據(jù)的分析以及對(duì)整套設(shè)備的指揮。因此，單片機(jī)控制中心一般采用STC89C52單片機(jī)來完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。其主要由幾個(gè)接口來控制不同的情況發(fā)生，如P1.1和P1.2接口主要負(fù)責(zé)煙霧檢測(cè)，P3.0和P3.1主要檢測(cè)火焰?zhèn)鞲衅髂K出現(xiàn)的異常情況，并依據(jù)煙霧以及火焰情況來判斷火災(zāi)事故，P1.5擁有非法入侵者的檢測(cè)。當(dāng)傳感器發(fā)生異常情況時(shí)，會(huì)通過相應(yīng)的接口將信息傳遞給控制中心，控制中心通過串行接口驅(qū)動(dòng)SIM900A進(jìn)行報(bào)警。具體線路如圖2所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

家居安防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)建立在硬件設(shè)施基礎(chǔ)之上，經(jīng)過keilop956、vision2等軟件開發(fā)平臺(tái)編寫而成。軟件設(shè)計(jì)中包括了SIM模塊初始化程序、按鍵控制程序、短信發(fā)送程序安全檢測(cè)程序等。

3.1人體檢測(cè)模塊程序設(shè)計(jì)

在安全系統(tǒng)激活狀態(tài)下，激活后初始化時(shí)間約為1min調(diào)用延遲中斷程序，然后啟動(dòng)安全監(jiān)控。當(dāng)單片機(jī)的P1.5端口為高性能鏡像掃描時(shí)，系統(tǒng)采用可重復(fù)觸發(fā)方式，經(jīng)過SMS模塊的檢測(cè)之后，由控制中心與預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，出現(xiàn)異常情況將觸發(fā)報(bào)警提示，報(bào)警燈閃亮一定時(shí)間后，將直接執(zhí)行遠(yuǎn)程報(bào)警。

3.2煙霧/火焰?zhèn)鞲心K程序設(shè)計(jì)

由于煙霧/火焰?zhèn)鞲心K具有一定的初始時(shí)間，啟動(dòng)這個(gè)模塊前，要對(duì)其延時(shí)故障程序進(jìn)行設(shè)置，使其進(jìn)入監(jiān)控掃描狀態(tài)。若是煙霧傳感器模塊的DOUT輸出端低，則表明此時(shí)模塊出現(xiàn)了異常情況，要立即對(duì)其進(jìn)行整改設(shè)計(jì)。在模塊執(zhí)行階段，延時(shí)時(shí)間一般設(shè)定為3s，由短信模塊進(jìn)行短信控制，通過發(fā)送短信報(bào)警的形式，保證報(bào)警機(jī)制的執(zhí)行功能。

3.3通信模塊程序設(shè)計(jì)

在程序運(yùn)行階段，如果檢測(cè)到煙霧濃度過高或者出現(xiàn)非法入侵的情況，傳感器的探頭前端就會(huì)將異常情況傳遞給控制中心，打開報(bào)警中心，并通過預(yù)設(shè)的渠道傳遞給用戶準(zhǔn)確信息。在程序中，對(duì)聯(lián)通的對(duì)象號(hào)進(jìn)行編碼并存儲(chǔ)在索引中，初始化系統(tǒng)后短信將其返回給SIM卡，執(zhí)行延時(shí)程序，在網(wǎng)絡(luò)上注冊(cè)模塊約15s。模塊的指示燈打開三秒一閃，表明已連接到網(wǎng)絡(luò)，延遲信號(hào)掃描。如果檢測(cè)到控制中心發(fā)送的SMS控制命令，則該消息將以20s的延遲發(fā)送給用戶，以安排SMS的發(fā)送。如果沒有檢測(cè)到控制命令，系統(tǒng)將返回執(zhí)行延遲周期。安防系統(tǒng)程序流程如圖3所示。

4結(jié)語

智能家居安防系統(tǒng)是當(dāng)前保障家庭居住環(huán)境的有效措施，能為家庭提供防火預(yù)警、防盜預(yù)警、非法入侵預(yù)警、有害氣體出入口等功能。采用STC89C52單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，以無線、有線設(shè)備將各個(gè)檢測(cè)木塊組合在一起，形成一個(gè)具有消防功能的智能家居安防系統(tǒng)，防盜、防火和防止有害氣體泄漏，實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居環(huán)境的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程報(bào)警。

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作者：韓雪 單位：黑龍江大學(xué)