基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭防盜硬件監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

池雄飛++張科強(qiáng)

摘 要

提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭防盜硬件監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)以壓電式玻璃振動(dòng)傳感器、被動(dòng)式紅外報(bào)警傳感器及CCD成像傳感器等模塊組成信號(hào)采集電路，通過以ZigBee CC2530為芯片的智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）將各傳感器連接實(shí)現(xiàn)信息通信，將WSN與家庭無線路由器、Internet和3G網(wǎng)路互聯(lián)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)防盜硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)終端用戶的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】ZigBee 傳感器 防盜監(jiān)控 物聯(lián)網(wǎng)

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，人們對生活質(zhì)量的期望越來越高，當(dāng)今家庭防盜監(jiān)控系統(tǒng)存在諸多缺陷，如有線傳輸安裝、使用不便，監(jiān)測實(shí)時(shí)性不強(qiáng)及遠(yuǎn)程操控性差等缺陷，已不能完全滿足人們的需求。為了進(jìn)一步增強(qiáng)家庭生活的安全性和便利性，提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)，有效的防治了非法人員的入侵，同時(shí)系統(tǒng)發(fā)送信息或圖像及時(shí)告知終端業(yè)主，有效保障業(yè)主生命財(cái)產(chǎn)安全，改善了人們的生活質(zhì)量。

1 家庭防盜監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代家庭智能防盜報(bào)警系統(tǒng)的特點(diǎn)有：雙向通訊、免布線、移動(dòng)靈活、實(shí)時(shí)性強(qiáng)和擴(kuò)展方便等，基于以上要求，本硬件系統(tǒng)由傳感器模塊、智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN wireless sensor networks）和無線路由器及3G外圍網(wǎng)路三部分組成。防盜傳感器負(fù)責(zé)采集外部入侵者信號(hào)，并將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)反饋給WSN，WSN接收到報(bào)警信號(hào)后經(jīng)處理再將信號(hào)通過家庭無線路由器發(fā)送給3G網(wǎng)絡(luò)，最終業(yè)主由終端手機(jī)或工作桌面接收到報(bào)警信號(hào)。該系統(tǒng)的智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）采用Zigbee CC2530控制芯片傳輸和處理信息，是系統(tǒng)的核心部件，負(fù)責(zé)和家庭無線路由和3G網(wǎng)路雙向通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)特點(diǎn)，電源采用輸出效率高的開關(guān)型電源芯片LM2596-5，此電源輸入12V直流電壓，輸出有：3.3V、5V、12V及可調(diào)（-ADJ）等多個(gè)電壓檔次，3A電流。電源包含固定頻率為（150KHZ）振蕩器和基準(zhǔn)1.23v的穩(wěn)壓器，并有較完善的保護(hù)電路、電流限制電路、熱關(guān)斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路?？珊芎脻M足本系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)，電源輸出效率高，集成度較高，簡單易用。

2.2 壓電式玻璃振動(dòng)傳感器設(shè)計(jì)

考慮可疑人員破壞窗戶玻璃進(jìn)入家庭時(shí)，系統(tǒng)可在玻璃面上裝設(shè)一壓電式玻璃振動(dòng)傳感器。將高分子壓電測振薄膜粘貼在玻璃面上，可以感受到玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出的振動(dòng)，并將電壓信號(hào)傳送給報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)將報(bào)警信號(hào)通過Internet和3G網(wǎng)絡(luò)給終端客戶。

壓電式玻璃振動(dòng)傳感器利用壓電元件對振動(dòng)敏感的原理來測量觸碰玻璃和破碎玻璃時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波。為了提高報(bào)警器的精度和抗干擾能力，傳感器的輸出電荷經(jīng)放大再通過帶通濾波、比較電路控制報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

2.3 被動(dòng)式紅外報(bào)警傳感器設(shè)計(jì)

若可疑人員通過破壞門禁進(jìn)入家庭時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)在門外3米處通過被動(dòng)式紅外報(bào)警傳感器探測陌生人的闖入，這時(shí)紅外報(bào)警傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)、發(fā)送該信號(hào)給終端用戶，同時(shí)啟動(dòng)CCD成像傳感器捕捉人臉信號(hào)并發(fā)送此圖像信號(hào)給用戶。此傳感器主要通過外界紅外能量的變化判斷是否有物體在移動(dòng)。在常溫條件下，任何物體都有輻射。物體的溫度越高，紅外輻射就越強(qiáng)。被動(dòng)式紅外探測器的組成由光學(xué)傳感系統(tǒng)、熱紅外傳感器及報(bào)警控制模塊等部分組成。其核心部件是紅外探測器件。該探測器由于探測性能好、價(jià)格便宜、易于安裝、被廣泛應(yīng)用于家庭防盜控制系統(tǒng)中。

2.4 CCD（電荷耦合器件）成像傳感器設(shè)計(jì)

在被動(dòng)式紅外報(bào)警傳感器檢測到有陌生人進(jìn)入時(shí)，CCD成像傳感器立即啟動(dòng)并捕捉人臉信號(hào)，同時(shí)把該信號(hào)通過WSN模塊發(fā)送給終端用戶。傳感器的電荷耦合器件（CCD）是典型的固體圖像傳感器，它主要由MOS型集成電路構(gòu)成，并與光敏二極管陣列集成為一體，組成有自掃描功能的電荷耦合器件圖像傳感器。

CCD成像傳感器具有光生電荷以及積累和轉(zhuǎn)移電荷的多種特性，取消了光學(xué)掃描模塊和電子束掃描模塊，從而大大的降低了再生圖像的失真。CCD成像傳感器由多個(gè)光敏區(qū)排列成一個(gè)方陣，且以一定的組織形式連成一個(gè)器件，課獲取量大信息，能處理復(fù)雜的圖像。

2.5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

一個(gè)ZigBee的網(wǎng)絡(luò)最多可包括255個(gè)ZigBee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，其中一個(gè)是主控（Master）設(shè)備，其他則是從屬（Slave）設(shè)備。采用ZigBee CC2530芯片和壓電式玻璃振動(dòng)傳感器、被動(dòng)式紅外報(bào)警傳感器、以及CCD成像傳感器等模塊構(gòu)建終端采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成ZigBee智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN），此網(wǎng)絡(luò)通過與家庭無線路由器、Internet、3G基站及用戶手機(jī)構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)家庭防盜的監(jiān)控。

3 結(jié)束語

主要介紹基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家庭防盜硬件監(jiān)控硬件系統(tǒng)的各種傳感器電路設(shè)計(jì)，智能無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）設(shè)計(jì)及與終端設(shè)備的相互通信等。本系統(tǒng)已經(jīng)過簡單的測試，整個(gè)系統(tǒng)就采集數(shù)據(jù)、信息處理、收發(fā)數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，可作為常用家庭防盜硬件選用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

池雄飛（1977-），男，內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市人。碩士學(xué)位。現(xiàn)為鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院講師。主要從事自動(dòng)化研究。

作者單位

鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市 017200