基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)

高鶴

摘要

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，人們對(duì)于自身居住場(chǎng)所的安全防范意識(shí)也越來(lái)越高，本文提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)公共平臺(tái)的家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)。利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)讓用戶通過(guò)手機(jī)APP隨時(shí)隨地觀察到家的動(dòng)態(tài)，本系統(tǒng)綜合了防盜報(bào)警系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、煤氣泄漏報(bào)警、視頻監(jiān)控和溫濕度監(jiān)控，這樣既能實(shí)現(xiàn)對(duì)人物的有效感知，還能夠隨時(shí)監(jiān)控溫濕度等一些居住舒適指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】互聯(lián)網(wǎng) 云平臺(tái) 家庭安防 監(jiān)控

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)綜合了圖形、通訊、數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成等高科技技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了安全管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。整個(gè)系統(tǒng)主要有3部分組成，分別是手機(jī)客戶端APP、Ayla云平臺(tái)和安裝于家庭的感知與控制終端。感知與控制終端通常由防盜報(bào)警模塊、火災(zāi)報(bào)警模塊、煤氣泄漏報(bào)警模塊、視頻監(jiān)控模塊和溫濕度檢測(cè)模塊等子系統(tǒng)組成，主要完成環(huán)境信息的采集與控制。手機(jī)客戶端APP和Ayla云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了用戶使用手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控終端設(shè)備，以APP的形式將信息內(nèi)容呈現(xiàn)給用戶，并提供基本操作功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，感知與控制終端如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)功能需求

基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)及STM32F207的家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)具有如下功能特點(diǎn)：

（1）防盜探測(cè)功能，探測(cè)是否有非法入侵，當(dāng)門窗被撬開或者有人進(jìn)入紅外感應(yīng)區(qū)時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警。

（2）火災(zāi)探測(cè)功能，用傳感器對(duì)住宅內(nèi)氣體濃度和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到室內(nèi)氣體濃度或溫度異常時(shí)，判斷被檢測(cè)處是否有火災(zāi)發(fā)生。

（3）燃?xì)馓綔y(cè)功能，實(shí)時(shí)檢測(cè)里燃?xì)鉄崴骱腿細(xì)庠畹仁褂萌細(xì)獾脑O(shè)備是否有燃?xì)庑孤?/p>

（4）自動(dòng)報(bào)警，主控制器檢測(cè)到火災(zāi)、燃?xì)庑孤┑犬惓Ｇ闆r時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警提示。

（5）視頻監(jiān)控功能，對(duì)家里關(guān)鍵部位進(jìn)行采集圖像信息，便于用戶直觀查看。

（6）遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，通過(guò)手機(jī)APP隨時(shí)隨地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行查看和操作，實(shí)時(shí)掌握家里的動(dòng)態(tài)信息。

2 Ayla云平臺(tái)介紹

Ayla Networks提供業(yè)界全球領(lǐng)先的企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，在企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)服務(wù)方面為行業(yè)樹立了標(biāo)桿性的示范作用。率先提出端到端企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)解決方案，簡(jiǎn)化了物聯(lián)網(wǎng)固有的各種復(fù)雜因素，使制造商能夠?qū)⑵洚a(chǎn)品快速轉(zhuǎn)換成智能互連系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)批量上市。作為一個(gè)專業(yè)的企業(yè)級(jí)PaaS平臺(tái)，Ayla提供了足夠的靈活性和模塊化服務(wù)，可滿足幾乎任何類型的設(shè)備批量聯(lián)網(wǎng)及迭代更新。

Ayla模塊作為是底層硬件的核心，由它來(lái)下達(dá)或接收數(shù)據(jù)，完成各個(gè)功能的操作。另外Ayla非常注重?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，手機(jī)APP與Ayla云服務(wù)通信以及Wi-Fi模塊與Ayla云服務(wù)通信均采用SSL加密技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該加密機(jī)制安全性等級(jí)達(dá)到了網(wǎng)銀支付等級(jí)。家庭安防監(jiān)控與手機(jī)APP進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連線時(shí)，可以非常安全便捷地讓家庭安防監(jiān)控設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶不用擔(dān)心自己的家里信息會(huì)泄漏。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

結(jié)合家庭安防監(jiān)控功能需求及成本控制，其功能實(shí)現(xiàn)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

STM32F207作為主控制器，負(fù)責(zé)和Ayla模塊、入侵模塊、視頻監(jiān)控模塊、火災(zāi)探測(cè)和燃?xì)馓綔y(cè)等模塊進(jìn)行通信。它作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)和各模塊通信情況，并及時(shí)做出異常判斷和處理。

防盜入侵探測(cè)模塊由紅外探測(cè)傳感器等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)住宅是否有人非法闖入或有人進(jìn)入室內(nèi)盜竊、搶劫。

火災(zāi)探測(cè)模塊采用煙霧傳感器和溫度傳感器雙重報(bào)警。當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，若溫度傳感器檢測(cè)到溫度值超過(guò)預(yù)先設(shè)定報(bào)警值，同時(shí)煙霧傳感器的內(nèi)電阻值也發(fā)生變化，當(dāng)主控制器同時(shí)檢測(cè)到以上2種報(bào)警信號(hào)時(shí)，發(fā)出最高報(bào)警信息號(hào)。

燃?xì)庑孤┨綔y(cè)模塊由燃?xì)馓綔y(cè)器進(jìn)行燃?xì)鉂舛葯z測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到的濃度值超過(guò)設(shè)定值時(shí)進(jìn)行觸發(fā)報(bào)警，并開啟通風(fēng)換氣設(shè)備給房間進(jìn)行通風(fēng)換氣處理。

Ayla模塊通過(guò)Wi-Fi的方式加入到Internet網(wǎng)絡(luò)，使用戶用手機(jī)通過(guò)APP客戶端的方式隨時(shí)隨地地掌握自己家里的動(dòng)態(tài)信息。

3.2 硬件模塊選型

3.2.1 防盜探測(cè)模塊

紅外探測(cè)器主要探測(cè)人體和其他一些入侵的移動(dòng)物體，當(dāng)人體或者移動(dòng)物體進(jìn)入探測(cè)區(qū)域，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)變化的熱輻射，紅外傳感器把接收到的信號(hào)放大處理，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本防盜模塊采用主動(dòng)紅外探測(cè)器，其抗干擾性強(qiáng)，裝在室外不會(huì)影響室內(nèi)人員的活動(dòng)，一旦有異常情況就會(huì)及時(shí)報(bào)警。

3.2.2 火災(zāi)探測(cè)模塊

在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，燃燒的物質(zhì)會(huì)釋放大量的熱量和煙霧，為了能準(zhǔn)確檢測(cè)熱量和煙霧，本火災(zāi)探測(cè)模塊采用煙霧傳感器NIS-02C和智能數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行雙重信息測(cè)量。離子式傳感器NIS-02C能夠探測(cè)煤氣或液化氣、煙霧等，具有低功耗、靈敏度高和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。DS18B20是采用1-Wire總線技術(shù)的典型產(chǎn)品，其成本低廉、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等特點(diǎn)。

3.2.3 燃?xì)馓綔y(cè)模塊

由于燃?xì)獾某煞植煌?，在選擇燃?xì)馓綔y(cè)器時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的燃?xì)忸愋瓦x用專用德爾探測(cè)設(shè)備。由于可燃?xì)怏w具有易燃、易爆和有毒的特點(diǎn)，系統(tǒng)采用三組探測(cè)器進(jìn)行并進(jìn)行燃?xì)饪傞y門的控制和換氣裝置的控制。

3.2.4 視頻監(jiān)控模塊

本系統(tǒng)采用一款USB攝像頭，該攝像頭不僅具有體積小、功耗低等優(yōu)勢(shì)，還集成了CMOS圖像傳感器，具有圖像壓縮及數(shù)據(jù)傳輸?shù)葓D像處理功能。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分為2個(gè)部分：一是Ayla模塊與Ayla云平臺(tái)通信；另一個(gè)是感知與控制終端工作流程。

4.1 Ayla模塊與Ayla云平臺(tái)通信

Ayla模塊與Ayla云平臺(tái)之間通過(guò)Internet進(jìn)行通信。STM32F207單片機(jī)完成對(duì)Ayla模塊上的無(wú)線網(wǎng)卡的初始化功能，并和該模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。Ayla模塊向云服務(wù)器請(qǐng)求數(shù)據(jù)，當(dāng)云服務(wù)器上有數(shù)據(jù)變化時(shí)則把數(shù)據(jù)發(fā)送給Ayla模塊，當(dāng)Ayla模塊有數(shù)據(jù)變化時(shí)則上傳到云服務(wù)器，如圖4所示。

4.2 感知與控制終端工作流程

系統(tǒng)上電或復(fù)位的啟動(dòng)過(guò)程中首先運(yùn)行初始化程序，系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)后就開始進(jìn)行監(jiān)聽任務(wù)，主控制器接收到終端報(bào)警信號(hào)時(shí)，并做出和報(bào)警信息相符的處理。流程圖如圖5所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)家中情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，感知終端通過(guò)傳感器采集用戶家庭環(huán)境的數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)異常時(shí)，觸發(fā)主控制器報(bào)警，并發(fā)送到云平臺(tái)服務(wù)器，使得用戶通過(guò)手機(jī)APP獲得家中異常報(bào)警情況，通過(guò)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)降低災(zāi)害所帶來(lái)的損失。

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