云南機電職業(yè)技術學院 張海軍
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智能家居安防系統(tǒng)關鍵技術研究
云南機電職業(yè)技術學院 張海軍
【摘要】安防系統(tǒng)(home security system)作為智能家居的重要組成部分,是指通過各種報警探測器、報警主機、攝像機、讀卡器、門禁控制器、接警中心及其它安防設備為住宅提供入侵報警系統(tǒng)服務的一個綜合性系統(tǒng),同時在住宅遇到緊急情況時采取相應措施,減小或規(guī)避損失。隨著移動互聯(lián)的高速發(fā)展,以及目前熱議的物聯(lián)網,將家庭安防系統(tǒng)網絡化、無線化、規(guī)范化,對住宅提供強有力的保障是家庭安防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢[1]。
【關鍵詞】智能家居;安防系統(tǒng);遠程控制;關鍵技術
隨著人類消費需求和住宅智能化的不斷發(fā)展,今天的智能家居系統(tǒng)將擁有更加豐富的內容,系統(tǒng)配置也越來越復雜。智能家居領域目前主要體現(xiàn)了兩大技術發(fā)展方向,它們分別是:1)多種無線技術;2)以嵌入式系統(tǒng)為中心的嵌入式家庭網關為核心的技術。當前,將無線技術與嵌入式家庭網關技術相結合蓬勃發(fā)展。其產品主要利用現(xiàn)有的移動控制終端設備加上無線通信模塊改造,利用語音或視頻與家庭網關進行通信,實現(xiàn)對家電設備的實時監(jiān)控。
智能家居的最終目的是創(chuàng)造更舒適、更安全和更符合環(huán)保的家庭生活環(huán)境,智能家居系統(tǒng)的主要功能都是圍繞其目的服務的,智能家居系統(tǒng)的主要功能如下:家庭聯(lián)網功能、短信收發(fā)功能、防盜報警功能、防災報警功能、定時控制功能、聯(lián)動控制功能、遠程控制功能、求助報警功能等[2],而這其中與安防有關的功能占了大多數(shù)。由此可見,家居安防系統(tǒng)因其擔負著保護人們生命財產安全的職責而成為智能家居系統(tǒng)的首要組成部分。安防系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能包括:(1)防盜預警。對潛在的危險進行預警,規(guī)避可避免的危險。(2)防災報警。當檢測到危險時立即報警,并采取相應制動措施。(3)遠程數(shù)據采集和遠程控制。通過PC或手機端對家居進行遠程數(shù)據采集和遠程控制,達到家居智能化的目的。(4)信息安全服務。個人及家居隱私的保護,要做到監(jiān)控設備與外部網絡隔離,禁止外部設備對用戶進行監(jiān)控,尤其防止通過網絡渠道被竊取。(5)可擴展性。根據各用戶的個性需求,系統(tǒng)保留不同的擴展口,無需改變硬件設備和系統(tǒng)組成,可方便的增加硬件設備。
經過二十幾年的發(fā)展,智能家居安防仍然沒有得到普及,目前還是處于起步階段,主要原因是智能家居產品存在以下缺陷:(1)兼容性差、出現(xiàn)信息孤島。各個智能家居設備廠商,都以開發(fā)自己的產品為中心,各個廠商的設備,不兼容,出現(xiàn)信息孤島狀態(tài);(2)成本高。各系統(tǒng)互通互聯(lián)有限,共享程度低,家庭安防設備投入成本高;(3)體積大、能耗高。以計算機為控制系統(tǒng),占有空間且長時間運行;(4)實時可控性差。對家電設備的遠程監(jiān)控大多是基于互聯(lián)網,一旦出現(xiàn)網絡擁塞或者進入無網絡覆蓋的戶外區(qū)域,將不能夠對家電設備實時監(jiān)控;(5)以有線方式的布線,設備的活動性差、布線一旦確定,難以更改。
(1)多點到點無線電通信技術
無線通信技術現(xiàn)主要分為無線電波和紅外線兩種。紅外傳輸雖然有一定抗干擾能力,但傳輸距離較短,且智能直線傳輸,缺點明顯。無線電波傳輸具有衍射效應,能跨越一定障礙,也不需要過長的天線。無線電傳輸原理為發(fā)射端發(fā)射一定頻率的電磁波,接收端只提取出相同頻率的電磁波信號,再將接收到的信號解碼輸出。
綜合考慮通信距離,成本,開發(fā)難易程度等各方面的因素本系統(tǒng)選擇微功率短距離無線通信技術。在方案設計中可采用有多個無線發(fā)射端,一個無線接收端,屬于多點到點的無線通信。每一個發(fā)射端發(fā)送的編碼信號是由地址碼、數(shù)據碼、同步碼組成的一個完整的碼字,只有當發(fā)射端與接收端地址碼匹配時方可進行通訊,同步碼是有一定特征的一串碼字,好讓芯片能夠通過一定的算法鑒別出同步碼,同時對接收數(shù)據做好準備。復用技術采用時分多路復用,即將不同的信號相互交織在不同的時間段內,沿著同一個信道傳輸;在接收端再用某種方法,將各個時間段內的信號提取出來還原成原始信號的通信技術。工作方式為主站輪詢,從站等待,采用透明的無線傳輸協(xié)議,無線通信的握手連接,發(fā)送確認,數(shù)據校驗,有錯重發(fā)都由模塊自動完成,無硬件流控。
輪詢方式是另一種點到多點的接入方式,是基站為終端分配帶寬的一種處理流程,這種分配可以是針對單個終端或是一組終端的。為單個終端和一組終端連接分配帶寬,實際上是定義帶寬請求競爭機制,這種分配不是使用一個單獨的消息,而是上行鏈路映射消息中包含的一系列分配機制。輪詢是基于終端的,帶寬的請求總是基于CID,而分配則是基于終端。
多點到點無線電通信流程圖見圖1。
圖1 多點到點無線電通信流程圖
(2)串口通信技術
串口是計算機上一種非常通用的設備通信協(xié)議。串口通信是指外設和計算機間,通過數(shù)據信號線、地線、控制線等,按位進行傳輸數(shù)據的一種通訊方式。串口按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)(byte)的并行通信慢,但是由于串口通信是異步的,串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據的同時用另一根線接收數(shù)據,同時其他線用于接收,但不是必須的[3]。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據位、停止位和校驗位。對于兩個進行通信的端口,這些參數(shù)必須匹配。
在方案設計中,可以通過單片機通過串口與ARM連接,單片機將采集來的數(shù)據輸給ARM處理器,如果采集到的數(shù)據超過設定的閾值,ARM處理器將發(fā)出短信或者指令,并且通過GPRS撥打主人的電話或及發(fā)送短信。比如當檢測到火警信息,ARM控制單片機直接控制電機打開滅火裝置,并打電話或者發(fā)短信給用戶及時報警。
(3)反饋系統(tǒng)的自動控制技術
采用自動調節(jié)的反饋系統(tǒng)設計,終端控制器在收到傳感器傳過來的超限值時,一方面向主控制器傳送數(shù)據,顯示到網頁上,一方面撥打主人的電話或者發(fā)送短信,重要的是終端控制器將根據傳感器的數(shù)據,確定是哪個房間里的數(shù)據,進而開啟相應的設備。比如,客廳的傳感器采集到溫度過高,終端控制器接收到數(shù)據后,向主控制器發(fā)送,并且撥打電話,同時,終端控制器將開啟客廳里的排氣扇,打開客廳的窗戶窗簾。
(4)GPRS通信技術
GPRS為通用分組無線業(yè)務的簡稱,是歐洲電信協(xié)會GSM系統(tǒng)中有關分組數(shù)據所規(guī)定的標準。GPRS具有充分利用現(xiàn)有的網絡、資源利用率高、始終在線、傳輸速率高、資費合理等特點[4]。采用GPRS無線通信技術,實現(xiàn)遠程數(shù)據采集和遠程控制,就是充分利用現(xiàn)有客戶端、網絡和硬件設備,將單片機與GPRS模塊通過串口連接起來,將采集到的圖像、聲音等其它信息傳輸給GPRS模塊。比如,門禁系統(tǒng)采集到陌生人的頭像,通過TCP/IP協(xié)議傳到指定的服務器上,再通過彩信或者短信的形式發(fā)在戶主的手機上,進行身份核實。
隨著4G網絡技術的全面推廣使用和手機日益走向智能化,可以為智能家居提供更大的信息量、更多的信息服務、更快的傳輸速率和更好的兼容性。智能家居安防系統(tǒng)將更加注重功能擴展、無線干擾、系統(tǒng)能耗、信息安全等關鍵技術。
參考文獻
[1]羅明璋,張明云,趙江涵,張正松.移動終端:家庭安防系統(tǒng)發(fā)展的軸心[J].安防科技,2011,03:30-32.
[2]毛文霞.智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].城市建設理論研究,2013,01:44-46.
[3]游燕,隨善坤.一種智能家居安防系統(tǒng)的設計[J].中國科技信息,2005,12:56.