智能家居安防系統關鍵技術研究

云南機電職業技術學院 張海軍

?

智能家居安防系統關鍵技術研究

云南機電職業技術學院 張海軍

【摘要】安防系統（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服務的一個綜合性系統，同時在住宅遇到緊急情況時采取相應措施，減小或規避損失。隨著移動互聯的高速發展，以及目前熱議的物聯網，將家庭安防系統網絡化、無線化、規范化，對住宅提供強有力的保障是家庭安防系統發展的趨勢［1］。

【關鍵詞】智能家居；安防系統；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展，今天的智能家居系統將擁有更加豐富的內容，系統配置也越來越復雜。智能家居領域目前主要體現了兩大技術發展方向，它們分別是：1）多種無線技術；2）以嵌入式系統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展。其產品主要利用現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，實現對家電設備的實時監控。

1　智能家居安防系統的需求分析

智能家居的最終目的是創造更舒適、更安全和更符合環保的家庭生活環境，智能家居系統的主要功能都是圍繞其目的服務的，智能家居系統的主要功能如下：家庭聯網功能、短信收發功能、防盜報警功能、防災報警功能、定時控制功能、聯動控制功能、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。由此可見，家居安防系統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的首要組成部分。安防系統要實現的功能包括：（1）防盜預警。對潛在的危險進行預警，規避可避免的危險。（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）遠程數據采集和遠程控制。通過PC或手機端對家居進行遠程數據采集和遠程控制，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，要做到監控設備與外部網絡隔離，禁止外部設備對用戶進行監控，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，系統保留不同的擴展口，無需改變硬件設備和系統組成，可方便的增加硬件設備。

2　當前智能家居安防系統存在的主要問題

經過二十幾年的發展，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、出現信息孤島。各個智能家居設備廠商，都以開發自己的產品為中心，各個廠商的設備，不兼容，出現信息孤島狀態；（2）成本高。各系統互通互聯有限，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，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控大多是基于互聯網，一旦出現網絡擁塞或者進入無網絡覆蓋的戶外區域，將不能夠對家電設備實時監控；（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。

3　智能家居安防系統的關鍵技術

（1）多點到點無線電通信技術

無線通信技術現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射端發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，開發難易程度等各方面的因素本系統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射端，一個無線接收端，屬于多點到點的無線通信。每一個發射端發送的編碼信號是由地址碼、數據碼、同步碼組成的一個完整的碼字，只有當發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議，無線通信的握手連接，發送確認，數據校驗，有錯重發都由模塊自動完成，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議。串口通信是指外設和計算機間，通過數據信號線、地線、控制線等，按位進行傳輸數據的一種通訊方式。串口按位（bit）發送和接收字節。盡管比按字節（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送數據的同時用另一根線接收數據，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是波特率、數據位、停止位和校驗位。對于兩個進行通信的端口，這些參數必須匹配。

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據輸給ARM處理器，如果采集到的數據超過設定的閾值，ARM處理器將發出短信或者指令，并且通過GPRS撥打主人的電話或及發送短信。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，并打電話或者發短信給用戶及時報警。

（3）反饋系統的自動控制技術

采用自動調節的反饋系統設計，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據，顯示到網頁上，一方面撥打主人的電話或者發送短信，重要的是終端控制器將根據傳感器的數據，確定是哪個房間里的數據，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據后，向主控制器發送，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為通用分組無線業務的簡稱，是歐洲電信協會GSM系統中有關分組數據所規定的標準。GPRS具有充分利用現有的網絡、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，實現遠程數據采集和遠程控制，就是充分利用現有客戶端、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，門禁系統采集到陌生人的頭像，通過TCP/IP協議傳到指定的服務器上，再通過彩信或者短信的形式發在戶主的手機上，進行身份核實。

4　結束語

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。智能家居安防系統將更加注重功能擴展、無線干擾、系統能耗、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：家庭安防系統發展的軸心［J］.安防科技，2011，03：30-32.

［2］毛文霞.智能家居的現狀及發展趨勢［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的設計［J］.中國科技信息，2005，12：56.