物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

張慧麗 張國鋒 李曉潔 王曉燕 張姝 孫澤裕

摘要：為了協(xié)助人力來實(shí)現(xiàn)防火、防盜、報警應(yīng)急措施，設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)智能安防系統(tǒng)的方案。在該方案中，利用zigbee節(jié)點(diǎn)完成無線傳感器的數(shù)據(jù)收集，利用zigbee網(wǎng)關(guān)接受節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)；利用串口或wifi傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)或移動設(shè)備，控制設(shè)備判斷數(shù)據(jù)是否超出值域，從而決定是否發(fā)出警報，并把數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫；每隔一段時間采樣zigbee節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)庫達(dá)到上限，則清空數(shù)據(jù)庫。該智能安防系統(tǒng)可根據(jù)不同需求增減zigbee節(jié)點(diǎn)數(shù)，并按客戶需求定制所需模塊，保證了智能安防系統(tǒng)的可移植性。

關(guān)鍵詞：zigbee；智能安防；數(shù)據(jù)采集；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）06-0230-02

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能安防系統(tǒng)的基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)助人力來實(shí)現(xiàn)防火、防盜、報警應(yīng)急措施。本系統(tǒng)中應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的部分技術(shù)，通過無線傳感器技術(shù)、zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能安防的效果。本文研究設(shè)計(jì)一種智能安防系統(tǒng)，達(dá)到智能化安防目的。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能安防系統(tǒng)的基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)協(xié)助人力來實(shí)現(xiàn)防火、防盜、報警應(yīng)急措施。本系統(tǒng)中應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的部分技術(shù)，通過無線傳感器技術(shù)、zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能安防的效果。本節(jié)主要講述物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)核心思想

物聯(lián)網(wǎng)的核心思想是在Internet基礎(chǔ)上，利用Zigbee技術(shù)、無線射頻識別RFID技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)等技術(shù)建立的一個能夠使用全球物品信息實(shí)時共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)就是在各種建筑設(shè)施、各種管道以及家用電器等各種物理實(shí)體上嵌入感應(yīng)器和裝備，通過互聯(lián)網(wǎng)把這些物理實(shí)體連接起來，感應(yīng)器和裝備中安裝有程序，從而實(shí)現(xiàn)對這些物理實(shí)體的遠(yuǎn)程控制。人們使用控制中心計(jì)算機(jī)通過物聯(lián)網(wǎng)可以管理和控制分布到不同地點(diǎn)設(shè)備、機(jī)器和人員，并且通過更加細(xì)致和動態(tài)的方式來優(yōu)化人類社會的生產(chǎn)生活，從而實(shí)現(xiàn)物理世界與人類社會的和諧相處與有機(jī)融合。

目前，物聯(lián)網(wǎng)因其巨大的應(yīng)用前景而廣泛地受到各國政府、學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界的重視。根據(jù)美國獨(dú)立市場研究機(jī)構(gòu)FORRESTER預(yù)測，世界物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用的市場價值到2020年將達(dá)到萬億級，到那時世界物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)量將會大大超過現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)量。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)組成

物聯(lián)網(wǎng)是指在現(xiàn)實(shí)世界的物理實(shí)體中嵌入具有一定感知能力、計(jì)算能力和執(zhí)行能力的芯片和軟件。感知、傳輸和處理是物聯(lián)網(wǎng)的三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)各組成的部分分工協(xié)作、有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)物與物之間的溝通。目前在業(yè)界物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)大致認(rèn)為有三個層次：感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層，如圖1所示。

感知層位于物聯(lián)網(wǎng)層次模型架構(gòu)的最低層，具有全面感知的能力。它相當(dāng)于物理接觸層，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與發(fā)展的基礎(chǔ)。該層主要用來通過各種技術(shù)手段將采集到的現(xiàn)實(shí)世界的物理量經(jīng)過調(diào)制、編碼等信息處理技術(shù)處理后轉(zhuǎn)化為虛擬世界可處理的數(shù)字化的數(shù)據(jù)。在感知層主要使用的設(shè)備有傳感器、攝像頭，RFID網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是負(fù)責(zé)把感知層感知的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，實(shí)現(xiàn)控制信息和感知數(shù)據(jù)的雙向傳送，在物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)層位于層次模型的中間。物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層包括網(wǎng)絡(luò)的管理中心、通信與互聯(lián)網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)等。網(wǎng)絡(luò)層解決的是感知層所采集到數(shù)據(jù)傳送到其他地方尤其是遠(yuǎn)距離地方的問題，使感知層感知到物理實(shí)體的數(shù)據(jù)能夠通過網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行安全可靠地進(jìn)行傳送。物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)能夠之間能夠通過各種不同接入設(shè)備相連接。此外網(wǎng)絡(luò)層可以進(jìn)行信息網(wǎng)格管理和存儲查詢。網(wǎng)絡(luò)層管理采集來的數(shù)據(jù)。應(yīng)用層將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與行業(yè)專業(yè)系統(tǒng)相結(jié)合利用經(jīng)過處理的感知數(shù)據(jù)為用戶提供豐富的特定服務(wù)。

2系統(tǒng)需求分析

本論文設(shè)計(jì)的智能安防系統(tǒng)主要包括：安防區(qū)域溫度信號采集分析、安防區(qū)防盜入侵、煙霧信號采集分析放火災(zāi)、網(wǎng)絡(luò)控制切斷電源。安裝在安防區(qū)域的門窗、廳堂等場所的各種無線傳感器，通過zigbee節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)上傳到zigbee網(wǎng)關(guān)，zigbee網(wǎng)關(guān)再通過串口、wifi把采集到的信息上傳到上位機(jī)，以備查看信息或?qū)嵤┛刂啤?/p>

在需要布控的區(qū)域安放無線傳感器，利用溫度傳感器搜集周邊環(huán)境溫度信號，以此判斷是否有火情信息。在貴重物品看管或房屋入侵方面，利用紅外傳感器探知是否有人入侵，以此保證貴重物品或房屋等場所的安全?？梢匀淘L問各種信號，并對搜集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

3網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種類型：星型、樹形、網(wǎng)絡(luò)型。本系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在布控地點(diǎn)安放zigbee節(jié)點(diǎn)，在各個zigbee節(jié)點(diǎn)周圍尋找合適位置安放zigbee網(wǎng)關(guān)。

智能安防系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案采用星型方案，zigbee網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)收集zigbee節(jié)點(diǎn)傳來的信息，zigbee網(wǎng)關(guān)具有wifi功能，把收集到的數(shù)據(jù)通過wifi傳到上位機(jī)或手機(jī)、平板設(shè)備中，上位機(jī)或手機(jī)、平板設(shè)備的軟件對收集來的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，發(fā)現(xiàn)超出值域的就會報警，如圖2所示。

3.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)備的選擇

智能安防系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括三個部分：第一部分，zigbee節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集各種信號，板載資源包括煙霧報警傳感器、溫濕度傳感器、紅外信號傳感器等各種安全類的傳感器，根據(jù)需要選擇相應(yīng)的傳感器，zigbee節(jié)點(diǎn)的處理器芯片選擇的是CC2530；第二部分，zigbee網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)收集zigbee節(jié)點(diǎn)傳來的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)通過串口或wifi傳輸?shù)缴衔粰C(jī)或手機(jī)、平板設(shè)備上，Zigbee網(wǎng)關(guān)選擇的處理器芯片是CC2530，zigbee網(wǎng)關(guān)的wifi通信模塊選擇低功耗WIFI芯片ESP8266；第三部分，上位機(jī)負(fù)責(zé)收集整理數(shù)據(jù)，也可以開發(fā)對應(yīng)的Android軟件。

處理器芯片選擇CC2530，該芯片是2.4GHz 的CC253x 片上系統(tǒng)解決方案適合于廣泛的應(yīng)用，它們可以很容易建立在基于IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議上面。CC253x性價比較高，適合應(yīng)用在大量的zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，結(jié)合了RF收發(fā)器的功能，增強(qiáng)型8051，系統(tǒng)內(nèi)部配有可編程Flash，8KB RAM及其它功能。CC2530有多種運(yùn)行模式，使得它非常適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短進(jìn)一步確保低能源消耗。CC2530最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括的外圍模塊包括：復(fù)位電路、振蕩電路。

4軟件設(shè)計(jì)

智能安防系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩部分：上位機(jī)臺式機(jī)軟件設(shè)計(jì)、移動設(shè)備APP設(shè)計(jì)。無論哪種設(shè)備的軟件，后臺模塊軟件流程圖3所示。

5結(jié)束語

本文主要利用zigbee節(jié)點(diǎn)完成無線傳感器的數(shù)據(jù)收集，利用zigbee網(wǎng)關(guān)接受節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并利用串口或wifi傳輸數(shù)據(jù)到上位機(jī)或移動設(shè)備，控制設(shè)備判斷數(shù)據(jù)是否超出值域，從而決定是否發(fā)出警報，時鐘每隔1分鐘采樣一次zigbee節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。該項(xiàng)目是我?？蒲许?xiàng)目“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在安防系統(tǒng)中的應(yīng)用（No.20140510）” 研究成果。

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