智能家庭安防預警系統的設計

王迪 李世明

摘要：智能安防系統是智能家居系統中較為重要的子系統，本文運用Arduino開發板、WiFi無線模塊設計了一種智能家居安防系統。利用無線網絡實現遠程通信，綜合實現了家居信息采集、遠程報警等功能，可廣泛應用于防火防盜、安全監控和安防等領域。

關鍵詞：智能安防；無線網絡；信息采集；遠程報警

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：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

隨著信息技術的逐步發展和物聯網行業的興起，智能家居的研究也成了一個熱點問題[1]，同時，隨著社會的不斷進步，科學技術、經濟的不斷發展，人們的生活水平日漸提高。而在現實重點關聯中，人們對居住環境即已提出了不同以往的高端、強檔要求，具體就是住宅不僅要便利、舒適，而且要更高度安全。智能家庭安防預警系統以及環境安全問題也就必然成為人們幸福安居切實相關的重要研究內容。近年來，防盜報警裝置以及環境監測系統已成為銀行、商店、辦公室、居民區、賓館、庫房、住宅等場所普遍應用的設備，為維護社會治安、保障國家財產和群眾的安全發揮了重要作用[2]。但是由于經濟、技術的各種原因，目前防盜報警系統以及環境安全監測系統的設計不盡合理的情況比較普遍，在信號檢測、信號處理上面還存在一定問題，致使一些系統經常出現誤報或者漏報。為了提高人們的生活質量，將兩大系統結合以及完善是十分必要的[3-4]。

1 系統工作原理

本設計是為了滿足現代人們對住宅的防盜需要以及環境監測需要而設計研發的智能家庭安防預警系統，跟以往的家庭應用系統相比，本系統不僅能防盜，而且能檢測室內環境是否對人體健康產生危害。為此，該系統不僅可以用于單一的住宅區，更可以用于規模較大的住宅區。設計中使用了Arduino作為信號處理器，這樣有利于實現與計算機的連接，有助于先進、統一管理，而且還能實現無人監控，自動報警，使整個小區的基本狀況、信息資料等在計算機內存儲起來，方便用戶和安保人員的查詢與執行操作[5]。

隨著物聯網技術的發展以及智能家居的普及，智能家庭安防預警系統必然會進入千家萬戶，成為每家每戶的一個必備家具設計，可以解決安全防盜的問題，將險情消滅在萌芽狀態，這樣不僅保證了居民的生命財產不受損失，同時還可以讓人們安享更為健康的生活[6-7]。

文中研究系統可以分為硬件子系統和軟件子系統2部分。其中，硬件子系統使用了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）當合法人員進入時，采用RFID進行用戶身份認證；人體紅外感應模塊用來檢測人體與門的距離，當非法人員進入某特定區域并且超過設定時間，則通過短信模塊通知用戶，門上的攝像頭即刻傳輸拍攝的非法人員的影像，室內報警器也發出警報聲。

（2）在窗戶上安裝紅外對射管，判斷從此途徑的非法入侵，發短信進行報警，室內報警器也發出警報聲。

當室內有特殊情況（如：火災、有毒氣體泄漏等）發生時，PC將傳感器采集的數據進行綜合處理，發生異常時報警并通知用戶。而且還會將家居中的門與窗戶均加入紅外對射管，通過檢測窗戶打開時的運動狀態，判斷是否為非法入侵。

在此基礎上，軟件子系統則可分為控制系統、傳感器數據采集、數據處理、云及顯示界面。其工作原理為：用戶在通過合法身份登錄后，即可在界面上讀到傳感器所采集的信息，就會得知室內情況及門窗此時的開關狀態；PC對傳感器采集的數據進行處理，并傳至云平臺。

2 系統設計與實現

2.1 硬件子系統

2.2 軟件子系統

將Arduino開發板與傳感器相連，通過X-CTU配置用XBee無線模塊讀取傳感器數據上傳至PC，由PC進行數據處理分析。用戶交互界面通過使用Struts2在MyEclipse開發平臺上實施軟件功能開發，并將網關的數據顯示到用戶界面上。軟件系統的流程圖3所示。

3 系統功能

3.1防盜功能

（1）進戶門方位的防盜

采用紅外移動探頭監測非法人員的靠近，一旦有人員進入某特定區域并且超過設定時間，攝像頭立刻拍攝并傳輸其影像，同時室內報警器報警；在保持傳統的開門方式基礎上，采用RFID門禁系統對進入者進行身份認證，若為非法人員則報警器報警，同時發送短信通知用戶和物業。若門卡丟失，業主也無需緊張辦卡，增強了門禁的安全性。

（2）窗口方位的防盜

采用紅外對射管監測試圖通過窗戶進入室內的非法人員，采用玻璃破碎傳感器監測入侵者對窗戶的破壞，室內報警器均發出警報聲，同時向用戶和物業發送短信。

3.2家庭環境安全的監測

該系統通過各類探測器對家庭重要地點和區域布防，這些探測器可分為門磁、門窗閉合器、燃氣泄漏報警器、煙霧傳感器、紅外移動探頭、緊急按鈕等?，F將各類探測器介紹如下：

（1）UPS：在停電時自動開啟，給系統供電；

（2）門磁感應器：主要裝在門戶及門框上，當有盜賊非法闖入時，家庭主機報警，管理主機會顯示報警地點和警情性質；

（3）人體紅外感知器：主要裝在窗戶和陽臺附近，紅外探測非法闖入者。另外，較新的窗臺布防采用“幕簾式紅外探頭”，通過一層隱蔽的電子束來保護窗戶和陽臺；

（4）玻璃破碎傳感器：裝在面對玻璃位置，通過檢測玻璃破碎的高頻聲而報警；

（5）燃氣泄漏報警器：安裝在廚房或洗浴間，當煤氣泄漏到一定濃度時而報警；

（6）煙霧傳感器：一般安裝在客廳或臥室，檢測家居環境煙氣濃度增至一定量級時而報警；

（7）雨滴傳感器：一般安裝在窗戶上，當窗外下雨時，窗戶自動關閉；

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

3.3預警通過三種方式聯合實現

（1）報警：系統檢測到疑似危險信息，自動啟動報警器提醒業主或工作人員；

（2）短信報警：家庭物聯網網關根據檢測到的危險信息向用戶手機自動發送報警短信；緊急情況下將短信同時轉發給物業人員或社區人員；

（3）全國安防客服協助報警：當業主無法報警時，可以短信或電話聯系安防系統全國客服人員，請客服人員代為報警并協調處理；

（4）拍照或錄像取證：對于疑似兇險人員進行拍照或錄像，以保留證據。

4 結束語

一套完善的智能家居安防報警系統可確保每一個用戶的生命財產的安全。本系統是利用各種傳感器、探測器及執行器共同構成家庭生活系統，基本實現了現代家居所必需的功能，集家庭安防報警、智能門禁、手機遠程監控、遠程視頻圖像監控于一體，是家庭生活系統中的"大腦"。

參考文獻：

[1]江丹丹，唐煜程，唐冬. 一種基于ZigBee及GSM混合網絡的輕智能家居安防系統設計[J]. 現代電子技術，2015，38（3）：6-8+12.

[2]張紅琴，夏婷. 基于物聯網的智能家居系統設計[J]. 物聯網技術，2013（7）：62-64.

[3]梁連偉，李欽，張彪，等. 智能家居安防系統[J]. 傳感器世界， 2013， 19（1）：27-31.

[4]張文海. 淺析基于ZigBee的智能家居安防系統[J]. 網絡安全技術與應用，2014（7）：57+59.

[5]張玉亮，蘇宇，李嘉偉，等. 基于無線傳感網絡的智能家居安防系統[J]. 物聯網技術，2015（6）：28-31.

[6]王鴻銘，趙敏. 物聯網技術在智能家居安防系統中的應用[J]. 信息技術與信息化，2014（6）：191-192，168.

[7]鄭哲堅. 面向智能家居的安防系統的設計與實現[D].廣州：華南理工大學，2014.