基于無(wú)線技術(shù)的室內(nèi)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

何其順 鄧昀 張帥

摘? ?要：我國(guó)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，居民的整體居住環(huán)境得到了較大的改善，而伴隨著大量新建住宅出現(xiàn)的各種安全隱患也愈加威脅著人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。文章介紹了一種以智能控制器為核心，基于傳感器和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的室內(nèi)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)ψ≌瑑?nèi)的溫濕度、燃?xì)?、用電、門(mén)鎖等情況實(shí)施全自動(dòng)的監(jiān)控，在出現(xiàn)異常情況時(shí)能夠進(jìn)行報(bào)警并實(shí)施斷電保護(hù)，并與用戶手機(jī)取得聯(lián)系。系統(tǒng)配備觸摸屏，裝有后備電源，能在停電時(shí)維持運(yùn)轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：傳感器;控制器;無(wú)線網(wǎng)絡(luò);安全監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，我國(guó)不斷推進(jìn)城市化進(jìn)程，大量居民進(jìn)入城鎮(zhèn)生活。數(shù)量龐大的新建住宅在為居民提供更加舒適的生活環(huán)境的同時(shí)，也為區(qū)域的消防和警力配備帶來(lái)了不小的壓力。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，2018年全國(guó)共接報(bào)火災(zāi)23.7萬(wàn)起[1]，造成1 407人死亡，798人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失達(dá)36.75億元，與2017年相比，雖然火災(zāi)起數(shù)下降15.8%，但是死亡人數(shù)上升了0.9%，直接財(cái)產(chǎn)損失上升1.8%。相比于2017年，2018年立案?jìng)鹘y(tǒng)盜竊案件雖然下降了17.5%，但是數(shù)量仍達(dá)到了317.1萬(wàn)起[2]。作為降低盜竊、火災(zāi)等案件發(fā)生率的有效預(yù)防措施，在住宅室內(nèi)安裝智能監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越成為更多業(yè)主和房屋管理者的一種選擇。

與自購(gòu)住宅的業(yè)主不同，對(duì)于租賃房屋，如果房主基于安全監(jiān)控的考慮在租賃房屋內(nèi)安裝攝像頭，不僅可能遭到住戶的抵制，而且也面臨侵犯用戶隱私等法律問(wèn)題。而洗手間、浴室等注重隱私的場(chǎng)所，即使是自有住房，也不方便安裝使用視頻類監(jiān)控。所以，對(duì)于不能使用視頻監(jiān)控的場(chǎng)所，通過(guò)傳感器來(lái)進(jìn)行安全監(jiān)控，能在不侵犯住戶隱私的前提下，能在一定程度上預(yù)防安全事故的發(fā)生。

為此，設(shè)計(jì)了一套基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線室內(nèi)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由于不采用視頻監(jiān)控方式，不僅安裝和使用成本較低，還應(yīng)用于租賃房屋等領(lǐng)域，能夠打消監(jiān)控?cái)z像頭給住戶帶來(lái)的隱私上的各種顧慮。

1? ? 軟硬件設(shè)計(jì)

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)由控制中心和功能模塊組成，前者負(fù)責(zé)建立無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，后者負(fù)責(zé)接收并執(zhí)行前者發(fā)出的指令，并將探測(cè)到的信息反饋給前者，系統(tǒng)的硬件架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用7寸電容型觸摸屏作為交互界面，核心控制器為MEGA2560。系統(tǒng)通過(guò)SIM800C GSM模組接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，而控制中心和功能模塊間的通信則采用433 MHz無(wú)線透?jìng)髂K，該頻率信號(hào)不易與WiFi等信號(hào)互相干擾[3]。系統(tǒng)使用封閉式開(kāi)關(guān)電源將220 V交流市電轉(zhuǎn)換為5 V直流供電，并內(nèi)置鋰離子電池，能夠在停電時(shí)維持正常的工作。圖2為安裝完成的控制中心電路板。

在傳感器選型上，燃?xì)獗O(jiān)控采用MQ2氣體傳感器，溫濕度傳感器采用DHT-22，電流監(jiān)測(cè)模塊為ACS712，量程20 A。為方便用戶查看和設(shè)置，溫濕度模塊還配備了液晶屏和編碼開(kāi)關(guān)。由于電控門(mén)鎖為12 V供電，而系統(tǒng)使用5 V供電。故采用了帶有光耦隔離的繼電器模塊將門(mén)鎖報(bào)警信號(hào)傳遞至監(jiān)控模塊。所有的功能模塊均內(nèi)置ATMEGA 328PU微控制器，裝有與控制中心相同型號(hào)的無(wú)線通信芯片。

所有模塊均采用通用電路板設(shè)計(jì)，通過(guò)焊接不同的元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，如圖3所示。

微控制器的軟件采用C語(yǔ)言代碼編制，觸摸屏由于涉及復(fù)雜的圖形操作，所以采用了專用的開(kāi)發(fā)軟件，代碼兼容C語(yǔ)言語(yǔ)法。

2? ? 功能測(cè)試

我們對(duì)包括控制中心以及所有的功能模塊在內(nèi)的樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)系統(tǒng)中的傳感器網(wǎng)絡(luò)探測(cè)到燃?xì)庑孤?、門(mén)鎖被撬、電流過(guò)載、市內(nèi)停電等異常情況時(shí)，均能觸發(fā)報(bào)警功能，手機(jī)能夠接收到通知短信，而且智能插座也能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)斷電的保護(hù)功能。此外，將加熱和加濕電器連接至智能插座后，在室內(nèi)溫濕度值與設(shè)定不一致時(shí)，系統(tǒng)能夠開(kāi)啟或關(guān)閉對(duì)應(yīng)的電器。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本課題探討了基于無(wú)線技術(shù)的室內(nèi)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。在模擬室內(nèi)出現(xiàn)安全事故時(shí)，系統(tǒng)能夠快速做出反應(yīng)，完成報(bào)警、切斷電源并向用戶手機(jī)發(fā)送信息等工作，工作穩(wěn)定性也達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

隨著電子工業(yè)的高速發(fā)展，以傳感器、物聯(lián)網(wǎng)為代表的先進(jìn)電子技術(shù)將在社會(huì)生活生產(chǎn)中占據(jù)越來(lái)越重要的位置，期待有更多的優(yōu)秀研究成果出現(xiàn)，共同為人們營(yíng)造更加舒適、安全的居住環(huán)境。

[參考文獻(xiàn)]

[1]應(yīng)急管理部消防救援局.數(shù)說(shuō)2018年全國(guó)火災(zāi)及出警情況[EB/OL].（2019-01-01）[2019-06-10].http：//www.119.cn/content/201901/23/c98327.html.

[2]國(guó)家公安部.全力保障民生提升群眾安全感[EB/OL].（2018-12-13）[2019-06-10].http：//www.mps.gov.cn/n2254098/n4904352/c6411396/content.html.

[3]袁慎芳，凌必赟，任元強(qiáng)，等.一種面向航空結(jié)構(gòu)的具有穿透能力的無(wú)線節(jié)點(diǎn)[J].振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2016（4）：624-629.

Study on design of indoor security monitoring system based on wireless technology

He Qishun， Deng Yun， Zhang Shuai

（Changchun Normal University， Changchun 130032， China）

Abstract：The urbanization process in our country has been continuously promoted and the overall living environment of the residents has been greatly improved. The emergence of a large number of new homes has also brought various security risks which are also constantly threatening peoples lives and property. An indoor safety monitoring system based on intelligent controller and sensor-wireless-network technology is introduced in this paper. The system can fully monitor the temperature， humidity， gas， electricity， door locks， etc. in the house. In the event of an abnormal condition， the system can alarm and cut off the power and get in touch with the households mobile phone. The system is equipped with a touch screen and a backup power supply to keep it running during power outages.

Key words：sensor; controller; wireless-network; safety-monitoring