基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

姚 程，黃 帥，馬 娜，許華一

(1.國網(wǎng)天津市電力公司 濱海供電分公司，天津 300450；2.北京國電通網(wǎng)絡技術有限公司，北京 100070)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

姚 程1，黃 帥2，馬 娜2，許華一2

(1.國網(wǎng)天津市電力公司 濱海供電分公司，天津 300450；2.北京國電通網(wǎng)絡技術有限公司，北京 100070)

針對智能化建筑中出現(xiàn)的智能安防的需求，文中基于以ARM1176為核心的S3C6140微處理器設計并實現(xiàn)了一種智能化建筑安防系統(tǒng)。通過各種硬件互聯(lián)和架構，實現(xiàn)了括門禁控制、遠程監(jiān)控、移動物體定位、異常環(huán)境監(jiān)控等功能。系統(tǒng)經實際運行驗證，證明所設計系統(tǒng)可滿足現(xiàn)代建筑的智能安防需求。

物聯(lián)網(wǎng)；系統(tǒng)設計；ARM11176；智能安防

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)一體化的出現(xiàn)，智能家居系統(tǒng)進入到人們生活當中。智能家居系統(tǒng)通過各種家居設備的有機結合、智能管理，使人們的生活更加信息化、智能化[1-5]。智能家居系統(tǒng)由智能燈管窗簾控制、智能安防、智能檢測、智能門禁等多個功能組成。本文主要基于物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)智能家居中的安防系統(tǒng)[6-7]。本安防系統(tǒng)以各種類型的建筑物為依托，通過各種傳感器、網(wǎng)絡布線、多媒體連接，結合自動控制技術將住宅及周邊設施相互關聯(lián)，構建高效智能化管理系統(tǒng)，可有效提高建筑安全和生活效率。在智能化安防系統(tǒng)的實現(xiàn)中，采用傳感器技術和信號處理技術，基本思路是通過傳感器節(jié)點對建筑內的數(shù)據(jù)進行采集并實時處理，完成特定功能[8-9]。設計面向建筑物最為基礎的安防需求，利用家用電腦、移動終端和外接服務器等設備，構建了個人家用的智能家居系統(tǒng)，實現(xiàn)了身份識別、環(huán)境監(jiān)測、移動物體監(jiān)測、遠程監(jiān)控等功能，通過實際測試驗證了，可有效保障建筑物的安全。

1 總體功能模塊設計

在進行系統(tǒng)設計的過程中，需考慮到隨著硬件設備的發(fā)展，同時社會各階層人群對于智能化安防的需求不盡相同，本文主要面向個人住宅的安全防護進行系統(tǒng)功能需求分析，將系統(tǒng)分為家居控制系統(tǒng)和家居安防系統(tǒng)兩部分。家居控制系統(tǒng)提供系統(tǒng)管理員對智能家居系統(tǒng)內各部分的控制，家居安防系統(tǒng)提供系統(tǒng)基本的安防功能。實現(xiàn)的思路是：本系統(tǒng)通過傳感器監(jiān)控室內環(huán)境，通過傳感器技術完成對住宅環(huán)境信息的獲取，如紅外感知、溫度感知、濕度感知和光強度感知等，并將感知獲得的數(shù)據(jù)信息通過ZigBee網(wǎng)絡傳送至中央控制器完成各種信息的處理。系統(tǒng)功能架構，如圖1所示[10]。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 硬件實現(xiàn)

ARM11系列微處理器是ARM公司近年來推出的采用新指令架構的新一代RISC處理器，該處理器采用ARMv6的指令架構，定義新的指令集、編程模式和新的接口，增強了音頻處理能力、減小了系統(tǒng)開銷，同時異常和中斷處理能力大幅度加強，在智能化建筑安防系統(tǒng)中有廣泛的應用[11-13]。本智能安防系統(tǒng)的中央控制器采用ARM1176為核心、型號為S3C6140的微處理器，支持NAND和SD雙卡啟動，本設計核心有集成好的ZigBee傳感器模塊、GSM/GPRSZ通信模塊。同時，有充足的外圍接口，支持WiFi、3G、GPS等通信模塊的擴展；WSN網(wǎng)絡采用ZigBee協(xié)議傳輸通信，各個子系統(tǒng)的控制通過凌陽單片機SPCE061實現(xiàn)[14-15]。系統(tǒng)硬件框架，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件架構

在硬件連接時用COM1連接門禁控制模塊，USB接口連接WSN模塊、門禁攝像頭、麥克風和網(wǎng)絡攝像頭，中央控制計算機通過無線網(wǎng)卡和無線路由器連接。并通過無線路由器匯聚ZigBee節(jié)點，最終完成硬件互聯(lián)。

2.2 基于ZigBee的傳感器網(wǎng)絡設計

本系統(tǒng)通過傳感器技術完成對住宅環(huán)境信息的獲取，如紅外感知、溫度感知、濕度感知和光強度感知等，并將感知獲得的數(shù)據(jù)信息通過ZigBee網(wǎng)絡傳送至中央控制器完成各種信息的處理。ZigBee協(xié)議是本傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)的基礎。其網(wǎng)絡協(xié)議架構，如圖3所示。

圖3 ZigBee協(xié)議架構

ZigBee廣泛應用于近距離、低功耗、低復雜度的雙向無線通信中，工作在868 MHz、915 MHz、2.4 GHz。本文基于TI公司的CC2530解決方案，省去了布線的麻煩。CC2530是應用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4C3的片上系統(tǒng)解決方案，具有低功耗、運行模式間轉換便捷等優(yōu)點。ZigBee協(xié)議包括物理層、MAC層、網(wǎng)絡層和應用層等。ZigBee協(xié)議棧將各層協(xié)議集合，給用戶提供API直接調用。

此外定位技術也是本系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎，通過硬件互連和相應的軟件配置，其可為位置服務提供準確的經緯度、時間信息，顯示地圖、日歷等信息。GPS以定位技術為基礎，實現(xiàn)在終端上GIS地圖的顯示、區(qū)域控制、距離計算等功能，保證建筑系統(tǒng)中貴重物品、資源的安全。

3 結束語

本文面向智能化建筑，基于以ARM1176為核心的S3C6140的微處理器，通過家用電腦、移動終端和外接服務器等設備互連，構建智能化安防系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)智能家居中的安防系統(tǒng)。本安防系統(tǒng)以各種類型的建筑物為依托，通過各種傳感器、網(wǎng)絡布線、多媒體連接，結合自動控制技術將住宅及周邊設施相互關聯(lián)，構建起高效智能化管理系統(tǒng)，可有效提高建筑的安全性。

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Design and Implementation of Intelligent Home Security System Based on Internet of Things

YAO Cheng1，HUANG Shuai2，MA Na2，XU Huayi2

(1. Coastal Power Supply Branch，State Grid Power Company of Tianjin, Tianjin 300450, China;2. Beijing State Power Network Technology Co., Ltd., Beijing 100070, China)

With the development of modern communication, Internet of things and sensor technology, in order to satisfy the requirement of Home intelligent security,a smart home system based on Internet of things isdesigned in this paper, realizing theaccess control, remote monitoring, moving object location and abnormal environment detection. After the test of the system, we can make sure thatour system canmeet the needs of residential intelligent security.

internet of things; system design; ARM1176; intelligent security

2016- 05- 04

姚程(1988-)，男，碩士，工程師。研究方向：智能電網(wǎng)等。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.03.029

TP399

A

1007-7820(2017)03-104-03