智能家庭安防預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王迪 李世明

摘要：智能安防系統(tǒng)是智能家居系統(tǒng)中較為重要的子系統(tǒng)，本文運(yùn)用Arduino開(kāi)發(fā)板、WiFi無(wú)線模塊設(shè)計(jì)了一種智能家居安防系統(tǒng)。利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，綜合實(shí)現(xiàn)了家居信息采集、遠(yuǎn)程報(bào)警等功能，可廣泛應(yīng)用于防火防盜、安全監(jiān)控和安防等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：智能安防；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)；信息采集；遠(yuǎn)程報(bào)警

中圖分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2163（2016）02-

Design of intelligent home security warning system

WANG Di，LI ShiMing

（Computer science and information engineering college，Harbin normal university， Harbin 150025，China）

Abstract： Intelligent security system is an important subsystem of smart home system，an alarming system based on Arduino board and WiFi is designed. The paper uses the wireless network to realize the remote communication ，and comprehensively implements the household information collection， remote alarm functions，which can be widely used in fire alarm，guard against theft，security monitoring，security and other fields.

Keyword： intelligent security；wireless network；information collection；remote alarm

0 引言

隨著信息技術(shù)的逐步發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的興起，智能家居的研究也成了一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題[1]，同時(shí)，隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平日漸提高。而在現(xiàn)實(shí)重點(diǎn)關(guān)聯(lián)中，人們對(duì)居住環(huán)境即已提出了不同以往的高端、強(qiáng)檔要求，具體就是住宅不僅要便利、舒適，而且要更高度安全。智能家庭安防預(yù)警系統(tǒng)以及環(huán)境安全問(wèn)題也就必然成為人們幸福安居切實(shí)相關(guān)的重要研究?jī)?nèi)容。近年來(lái)，防盜報(bào)警裝置以及環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成為銀行、商店、辦公室、居民區(qū)、賓館、庫(kù)房、住宅等場(chǎng)所普遍應(yīng)用的設(shè)備，為維護(hù)社會(huì)治安、保障國(guó)家財(cái)產(chǎn)和群眾的安全發(fā)揮了重要作用[2]。但是由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的各種原因，目前防盜報(bào)警系統(tǒng)以及環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不盡合理的情況比較普遍，在信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理上面還存在一定問(wèn)題，致使一些系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)或者漏報(bào)。為了提高人們的生活質(zhì)量，將兩大系統(tǒng)結(jié)合以及完善是十分必要的[3-4]。

1 系統(tǒng)工作原理

本設(shè)計(jì)是為了滿足現(xiàn)代人們對(duì)住宅的防盜需要以及環(huán)境監(jiān)測(cè)需要而設(shè)計(jì)研發(fā)的智能家庭安防預(yù)警系統(tǒng)，跟以往的家庭應(yīng)用系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)不僅能防盜，而且能檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境是否對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。為此，該系統(tǒng)不僅可以用于單一的住宅區(qū)，更可以用于規(guī)模較大的住宅區(qū)。設(shè)計(jì)中使用了Arduino作為信號(hào)處理器，這樣有利于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接，有助于先進(jìn)、統(tǒng)一管理，而且還能實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)控，自動(dòng)報(bào)警，使整個(gè)小區(qū)的基本狀況、信息資料等在計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)起來(lái)，方便用戶和安保人員的查詢與執(zhí)行操作[5]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及智能家居的普及，智能家庭安防預(yù)警系統(tǒng)必然會(huì)進(jìn)入千家萬(wàn)戶，成為每家每戶的一個(gè)必備家具設(shè)計(jì)，可以解決安全防盜的問(wèn)題，將險(xiǎn)情消滅在萌芽狀態(tài)，這樣不僅保證了居民的生命財(cái)產(chǎn)不受損失，同時(shí)還可以讓人們安享更為健康的生活[6-7]。

文中研究系統(tǒng)可以分為硬件子系統(tǒng)和軟件子系統(tǒng)2部分。其中，硬件子系統(tǒng)使用了Arduino DUE、WIFI、電子鎖、UPS、RFID以及多種傳感器等器件。其工作原理為：

（1）當(dāng)合法人員進(jìn)入時(shí)，采用RFID進(jìn)行用戶身份認(rèn)證；人體紅外感應(yīng)模塊用來(lái)檢測(cè)人體與門的距離，當(dāng)非法人員進(jìn)入某特定區(qū)域并且超過(guò)設(shè)定時(shí)間，則通過(guò)短信模塊通知用戶，門上的攝像頭即刻傳輸拍攝的非法人員的影像，室內(nèi)報(bào)警器也發(fā)出警報(bào)聲。

（2）在窗戶上安裝紅外對(duì)射管，判斷從此途徑的非法入侵，發(fā)短信進(jìn)行報(bào)警，室內(nèi)報(bào)警器也發(fā)出警報(bào)聲。

當(dāng)室內(nèi)有特殊情況（如：火災(zāi)、有毒氣體泄漏等）發(fā)生時(shí)，PC將傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，發(fā)生異常時(shí)報(bào)警并通知用戶。而且還會(huì)將家居中的門與窗戶均加入紅外對(duì)射管，通過(guò)檢測(cè)窗戶打開(kāi)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，判斷是否為非法入侵。

在此基礎(chǔ)上，軟件子系統(tǒng)則可分為控制系統(tǒng)、傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、云及顯示界面。其工作原理為：用戶在通過(guò)合法身份登錄后，即可在界面上讀到傳感器所采集的信息，就會(huì)得知室內(nèi)情況及門窗此時(shí)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)；PC對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并傳至云平臺(tái)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件子系統(tǒng)

2.2 軟件子系統(tǒng)

將Arduino開(kāi)發(fā)板與傳感器相連，通過(guò)X-CTU配置用XBee無(wú)線模塊讀取傳感器數(shù)據(jù)上傳至PC，由PC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。用戶交互界面通過(guò)使用Struts2在MyEclipse開(kāi)發(fā)平臺(tái)上實(shí)施軟件功能開(kāi)發(fā)，并將網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)顯示到用戶界面上。軟件系統(tǒng)的流程圖3所示。

3 系統(tǒng)功能

3.1防盜功能

（1）進(jìn)戶門方位的防盜

采用紅外移動(dòng)探頭監(jiān)測(cè)非法人員的靠近，一旦有人員進(jìn)入某特定區(qū)域并且超過(guò)設(shè)定時(shí)間，攝像頭立刻拍攝并傳輸其影像，同時(shí)室內(nèi)報(bào)警器報(bào)警；在保持傳統(tǒng)的開(kāi)門方式基礎(chǔ)上，采用RFID門禁系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入者進(jìn)行身份認(rèn)證，若為非法人員則報(bào)警器報(bào)警，同時(shí)發(fā)送短信通知用戶和物業(yè)。若門卡丟失，業(yè)主也無(wú)需緊張辦卡，增強(qiáng)了門禁的安全性。

（2）窗口方位的防盜

采用紅外對(duì)射管監(jiān)測(cè)試圖通過(guò)窗戶進(jìn)入室內(nèi)的非法人員，采用玻璃破碎傳感器監(jiān)測(cè)入侵者對(duì)窗戶的破壞，室內(nèi)報(bào)警器均發(fā)出警報(bào)聲，同時(shí)向用戶和物業(yè)發(fā)送短信。

3.2家庭環(huán)境安全的監(jiān)測(cè)

該系統(tǒng)通過(guò)各類探測(cè)器對(duì)家庭重要地點(diǎn)和區(qū)域布防，這些探測(cè)器可分為門磁、門窗閉合器、燃?xì)庑孤﹫?bào)警器、煙霧傳感器、紅外移動(dòng)探頭、緊急按鈕等。現(xiàn)將各類探測(cè)器介紹如下：

（1）UPS：在停電時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，給系統(tǒng)供電；

（2）門磁感應(yīng)器：主要裝在門戶及門框上，當(dāng)有盜賊非法闖入時(shí)，家庭主機(jī)報(bào)警，管理主機(jī)會(huì)顯示報(bào)警地點(diǎn)和警情性質(zhì)；

（3）人體紅外感知器：主要裝在窗戶和陽(yáng)臺(tái)附近，紅外探測(cè)非法闖入者。另外，較新的窗臺(tái)布防采用“幕簾式紅外探頭”，通過(guò)一層隱蔽的電子束來(lái)保護(hù)窗戶和陽(yáng)臺(tái)；

（4）玻璃破碎傳感器：裝在面對(duì)玻璃位置，通過(guò)檢測(cè)玻璃破碎的高頻聲而報(bào)警；

（5）燃?xì)庑孤﹫?bào)警器：安裝在廚房或洗浴間，當(dāng)煤氣泄漏到一定濃度時(shí)而報(bào)警；

（6）煙霧傳感器：一般安裝在客廳或臥室，檢測(cè)家居環(huán)境煙氣濃度增至一定量級(jí)時(shí)而報(bào)警；

（7）雨滴傳感器：一般安裝在窗戶上，當(dāng)窗外下雨時(shí)，窗戶自動(dòng)關(guān)閉；

（8）緊急求助按鈕：一般裝設(shè)在較隱蔽地方，家中發(fā)生緊急情況（如打劫、突發(fā)疾?。?，直接向保安中心求助。

3.3預(yù)警通過(guò)三種方式聯(lián)合實(shí)現(xiàn)

（1）報(bào)警：系統(tǒng)檢測(cè)到疑似危險(xiǎn)信息，自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警器提醒業(yè)主或工作人員；

（2）短信報(bào)警：家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)根據(jù)檢測(cè)到的危險(xiǎn)信息向用戶手機(jī)自動(dòng)發(fā)送報(bào)警短信；緊急情況下將短信同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給物業(yè)人員或社區(qū)人員；

（3）全國(guó)安防客服協(xié)助報(bào)警：當(dāng)業(yè)主無(wú)法報(bào)警時(shí)，可以短信或電話聯(lián)系安防系統(tǒng)全國(guó)客服人員，請(qǐng)客服人員代為報(bào)警并協(xié)調(diào)處理；

（4）拍照或錄像取證：對(duì)于疑似兇險(xiǎn)人員進(jìn)行拍照或錄像，以保留證據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

一套完善的智能家居安防報(bào)警系統(tǒng)可確保每一個(gè)用戶的生命財(cái)產(chǎn)的安全。本系統(tǒng)是利用各種傳感器、探測(cè)器及執(zhí)行器共同構(gòu)成家庭生活系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代家居所必需的功能，集家庭安防報(bào)警、智能門禁、手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程視頻圖像監(jiān)控于一體，是家庭生活系統(tǒng)中的"大腦"。

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