物聯(lián)網(wǎng)智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李建華，莊景坡，王清輝

（龍巖學(xué)院，福建 龍巖 364012）

物聯(lián)網(wǎng)智能安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李建華，莊景坡，王清輝

（龍巖學(xué)院，福建 龍巖 364012）

本文基于2.4G無線技術(shù)、GSM和傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)智能安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了安防系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的一體化集成，建立無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)個(gè)傳感器信息的無線傳輸和整合，通過GSM和互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)渠道實(shí)現(xiàn)安防信息的傳達(dá)。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，在家庭安防領(lǐng)域中推廣，具有較好的應(yīng)用前景。

nRF24L01；GSM；傳感器

隨著科技的發(fā)展，越來越多的人希望家居中能夠增加很多不同的功能來提高生活品質(zhì)，改善生活條件，而這些不同的功能模塊以往是通過有線的方式進(jìn)行連接。凡是布線繁雜或不允許布線的場合都希望能通過無線方案來解決［1］。本文基于nRF24L01無線模塊［2］、傳感器技術(shù)、GSM與MQ2傳感器、人體紅外熱釋傳感器結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)安防信息的實(shí)時(shí)采集。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)與主控系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)是用來檢測居室內(nèi)是否有可燃?xì)怏w泄漏、是否有煙霧產(chǎn)生、是否有人等相關(guān)信息，這些節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)采集傳感器的信息后，通過nRF24L01無線技術(shù)向主控系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)帶有傳感器的節(jié)點(diǎn)1系統(tǒng)的MQ2傳感器檢測到有氣體泄漏或有煙霧產(chǎn)生時(shí)，發(fā)出報(bào)警，開啟排氣扇電源，可與電腦通信的節(jié)點(diǎn)2收到主控發(fā)來指令后向電腦發(fā)送啟動(dòng)攝像頭命令，同時(shí)主控系統(tǒng)通過GMS向用戶發(fā)送報(bào)警短信；主控系統(tǒng)在啟動(dòng)防盜功能下，檢測到人并密碼驗(yàn)證失敗，主控發(fā)出一系列警報(bào)；家中弱勢群體佩戴一個(gè)具有無線收發(fā)功能的節(jié)點(diǎn)3，若在固定時(shí)間內(nèi)主控系統(tǒng)未接收到該節(jié)點(diǎn)傳回信號(hào)，則發(fā)出一系列警報(bào)。

1.1 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的構(gòu)成

如圖1，節(jié)點(diǎn)1系統(tǒng)框圖，該節(jié)點(diǎn)主要功能為收集MQ2傳感器、人體紅外熱釋傳感器，主要檢測是否有可燃?xì)怏w泄漏、是否有煙霧產(chǎn)生、是否有人等信息，MCU采用STC公司的STC12C5A60S2單片機(jī)，通過nRF24L01無線模塊將信息傳回給主控系統(tǒng)，主控系統(tǒng)在確認(rèn)發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏、火災(zāi)或非法人員闖入后，發(fā)出警報(bào)，并向用戶發(fā)送短信，同時(shí)啟動(dòng)電腦監(jiān)控。

如圖2，節(jié)點(diǎn)2系統(tǒng)框圖，該節(jié)點(diǎn)主要功能為通過nRF24L01無線模塊接收來自主控系統(tǒng)的指令，然后通過串口通信向電腦發(fā)送命令，電腦上位機(jī)接收到命令后啟動(dòng)攝像頭，可在另外一臺(tái)電腦查看攝像頭拍攝到的內(nèi)容，MCU采用STC公司的STC12C5A60S2單片機(jī)。

圖1 節(jié)點(diǎn)1系統(tǒng)框圖

圖2 節(jié)點(diǎn)2系統(tǒng)框圖

如圖3，節(jié)點(diǎn)3系統(tǒng)框圖，該節(jié)點(diǎn)主要佩戴在家中弱勢群體身上，該節(jié)點(diǎn)裝有nRF24L01無線模塊，可實(shí)時(shí)向主控系統(tǒng)發(fā)送指令，若該節(jié)點(diǎn)超出主控系統(tǒng)監(jiān)測范圍后，主控系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)，并向用戶發(fā)送短信，同時(shí)啟動(dòng)電腦監(jiān)控。

1.2 主控系統(tǒng)的構(gòu)成

終端系統(tǒng)是由STC12C5A60S2單片機(jī)、GSM模塊、nRF24L01無線模塊、矩陣鍵盤以及液晶顯示器組成，系統(tǒng)組成框圖如圖4所示。

圖3 節(jié)點(diǎn)3系統(tǒng)框圖

圖4 主控系統(tǒng)框圖

主控系統(tǒng)主要進(jìn)行與各個(gè)節(jié)點(diǎn)信息收發(fā)，并對(duì)信息進(jìn)行分析處理，適時(shí)發(fā)出警報(bào)信息，也是防盜闖入進(jìn)行身份驗(yàn)證的操作界面，同時(shí)通過觸動(dòng)矩陣鍵盤固定按鍵，可實(shí)現(xiàn)一鍵短信報(bào)警功能。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)功能簡介

由于篇幅有限各個(gè)節(jié)點(diǎn)的流程圖不在這里展開，只介紹其主要功能。

節(jié)點(diǎn)1系統(tǒng)的主要功能：單片機(jī)首先對(duì)nRF24L01無線模塊進(jìn)行初始化，在程序主循環(huán)中接收到主控系統(tǒng)發(fā)過來的有效指令后，讀取MQ2傳感器和人體紅外傳感器狀態(tài)并將該信息發(fā)回主控系統(tǒng)。

節(jié)點(diǎn)2系統(tǒng)的主要功能：單片機(jī)首先對(duì)nRF24L01無線模塊進(jìn)行初始化，在程序主循環(huán)中接收到主控系統(tǒng)發(fā)過來的有效指令后，通過串口通信，將向電腦上位機(jī)軟件發(fā)送攝像頭啟動(dòng)指令。

節(jié)點(diǎn)3系統(tǒng)的主要功能：單片機(jī)首先對(duì)nRF24L01無線模塊進(jìn)行初始化，在程序主循環(huán)中接收到主控系統(tǒng)發(fā)過來的有效指令后，立刻向主控系統(tǒng)返回一個(gè)固定的指令編碼。

2.2 主控系統(tǒng)程序流程圖

在主控系統(tǒng)程序中，主控系統(tǒng)進(jìn)行各個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息收發(fā)、存儲(chǔ)，并對(duì)信息進(jìn)行分析處理，在出現(xiàn)警報(bào)響應(yīng)時(shí)及時(shí)向用戶發(fā)送出提示短信，并向節(jié)點(diǎn)2發(fā)出指令，觸使電腦開啟攝像頭。

3 系統(tǒng)測試

3.1 一鍵報(bào)警功能測試

主控系統(tǒng)上的一鍵報(bào)警鍵被按下的時(shí)候，系統(tǒng)通過GSM模塊向12110（測試時(shí)用普通手機(jī)號(hào)碼替代）發(fā)送預(yù)先編制好的報(bào)警短信，同時(shí)電腦節(jié)點(diǎn)接收到主控系統(tǒng)指令，向電腦上位機(jī)發(fā)送啟動(dòng)攝像頭指令。當(dāng)用戶遠(yuǎn)程接收到各類信息，接收到的短信提示，用戶根據(jù)短信上的IP地址登陸遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件。

3.2 防盜功能測試

當(dāng)啟動(dòng)防盜功能后，待用戶離開節(jié)點(diǎn)1的人體監(jiān)測范圍，防盜功能正式工作。如果這時(shí)人體紅外監(jiān)測到有人時(shí)，主控系統(tǒng)液晶顯示器將按照設(shè)計(jì)的要求出現(xiàn)提示輸入驗(yàn)證密碼，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未輸入或者輸入錯(cuò)的密碼，則主控系統(tǒng)立刻報(bào)警，并且設(shè)定的用戶可收到相關(guān)信息。

3.3 家庭保姆功能測試

當(dāng)主控系統(tǒng)啟動(dòng)家庭保姆功能，家中弱勢群體佩戴節(jié)點(diǎn)3，主控系統(tǒng)檢測節(jié)點(diǎn)3是否在監(jiān)測范圍內(nèi)，否則發(fā)出警報(bào)，并且設(shè)定的用戶可收到相關(guān)信息。

3.4 可燃?xì)怏w泄露與火災(zāi)檢測功能測試

當(dāng)節(jié)點(diǎn)1的MQ2傳感器檢測到可燃?xì)怏w時(shí)，主控系統(tǒng)接收到MQ2傳感器的狀態(tài)信息后發(fā)出警報(bào)，并且設(shè)定的用戶可收到相關(guān)信息。

4 結(jié)束語

本文基于2.4G無線技術(shù)、GSM和傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)了物聯(lián)網(wǎng)智能安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了安防系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)的一體化集成，建立無線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)個(gè)傳感器信息的無線傳輸和整合，通過GSM和互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)渠道實(shí)現(xiàn)安防信息的傳達(dá)。系統(tǒng)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的可行性，在家庭安防領(lǐng)域中推廣，具有較好的應(yīng)用前景。

［1］陳麗娟，常丹華.基于nRF2401的無線數(shù)據(jù)通信［J］.電子器件，2006（1）：248-250.

［2］劉志平，趙國良.基于nRF24L01的近距離無線數(shù)據(jù)傳輸［J］.應(yīng)用科技，2008（3）：55-56.

Deshigh of Intellingent Security System of Internet of Things

LI Jian-hua，ZHUANG Jing-po，WANG Qing-hui
（Longyan College，Longyan Fujian 364012）

This paper designs an intellingent security system of Internet of Things based on 2.4G wireless technology，GSM and sensor technology.In this system，security system and Internet are integrated. Wireless networks are constructed to achieve the wireless transformation and integration of the information of individual sensor.Security information is conveyed through the channels of GSM and Internet.Experiments are included to demonstrate the feasibility of the proposed design and the preferable application prospect in the field of family security.

nRF24L01；GSM；sensor

TN915.5

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2015.04.049

1672-7304（2015）04-0102-02

大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（國家級(jí)G20142006；省級(jí)S20141009）。

（責(zé)任編輯：吳湘銀）

李建華（1980-），男，福建龍巖人，講師，研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)。