基于互聯網+的智能家居安防管理系統

漆 晶，張 潤，袁 浩，甘 果

(重慶郵電大學，重慶 400065)

基于互聯網+的智能家居安防管理系統

漆 晶，張 潤，袁 浩，甘 果

(重慶郵電大學，重慶 400065)

設計了一套基于物聯網和云平臺的家居安防智能化管理系統，該系統通過使用傳感器技術監測相關參數，利用云平臺管理技術，針對不同的用戶開放不同的權限，用戶可在PC機和手機APP上查看不同的數據及小區物業的安防狀態，從而根據實際情況對突發意外情況進行及時有效處理，實現科學、高效和安全的管理。使用無線充電技術給各節點傳感器供電，打破傳統的有線供電方式，易拆易卸，DIY式設計，美觀大方，使用便捷，便于普及。

物聯網；云平臺；無線充電；家庭DIY式；實時監測；運程控制

0 引言

經調查研究發現，在實際工作中發生的矛盾糾紛，很大程度上是源于缺乏有效溝通。對于傳感器傳統的供電方式，如鋰電池、干電池或者是有線式供電，常常有安裝不方便、排線復雜、不美觀、系統更新不便捷，以及電池用久了忘記充電導致隱患等問題的出現導致智能家居安防系統很難普及。

為提高業主生活質量為目的，著力推動物業管理服務市場化和物業產業企業化。通過對多個物業小區管理機制的研究，提出智能化、信息化的管理方式，促進業主和物業之間進行及時有效的溝通交流，更好地服務于業主的云平臺物業管理系統。

針對不同的家庭，不同的防盜需求，貼身打造設計家庭DIY式智能安防系統，漏水報警、漏煤氣報警、火情報警、門禁、盜竊事件報警等服務，靈活性強，便于普及，高效智能，科學規范，可從根源上徹底解決家居安防系統無法大面積普及的問題。

1 系統總體設計

本系統使用stm32f103作為主控，通過USART0與WIFI-ESP8266芯片進行通信，使用WIFI芯片連接互聯網從而接入云平臺；通過硬件dht11，采集濕度參數；通過自行設計的無線充電電路對各節點傳感器進行供電；通過ADC對氣體傳感模塊的模擬量進行采樣，得出相關參數；使用紅外傳感模塊通過與主控CPU以及物聯網云平臺進行通信，實現防盜功能。APP部分使用云平臺給出的API接口使用HTTP協議進行功能的實現,系統整體結構圖如圖1所示。

圖1 系統整體結構圖

2 硬件設計

硬件結構設計如圖2所示，其主要分為以下幾部分：

① 微控制器選型：stm32f103。

② 無線收發模塊：本模塊以ESP8266芯片為核心，通過對外圍電路的設計，基于802.11標準，搭建無線局域網，各配備無線網絡接口的計算設備工作站點通過連入無線網絡，接收網絡命令，并發送給主控CPU，傳送數據，完成無線通信。實現本系統相關參數的傳輸、控制與監測功能。

③ 無線充電模塊：通過采集太陽能和電磁能，將其轉換成電能，為各傳感器節點供電。

④ 紅外檢測模塊：HR-SR501是基于紅外線技術的自動控制模塊，使用雙元探頭，在工作過程中，當人進入其工作范圍，模塊輸出高電平，人離開該范圍，自動關閉高電平，輸出低電平。在夏天，當環境溫度升高至30～32℃，探測距離稍變短，溫度補償可作一定的性能補償。系統引入該模塊，檢測無人狀態的時候，是否有人私闖戶主生活區域，通過數據的處理分析，向客戶端以及管理端反饋結果，智能高效安全。

⑤ 濕度檢測模塊：DHT11數字溫濕度傳感器，含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，使用單總線協議，一次可以傳送40位數據。

圖2 硬件結構框圖

⑥ 煙霧傳感器模塊：MQ-2是一款旁熱式煙霧傳感器，在較寬的濃度范圍內對可燃氣體有良好的靈敏度，使用壽命長、價格低廉，開發成本低，供電電壓5.0 V，通過ADC采樣，檢測煙霧值并把比對結果發給主控單片機，實現煙霧檢測。

⑦ 壓力傳感模塊：該模塊集成電阻應變片，濾波電路，信號放大電路，AD轉換電路，壓力變化，房屋墻壁出現裂痕等情況引起應變片發生一定程度的形變，阻值改變，通過電路處理，得到穩定有效的模擬信號，AD轉換后，將對應的數字信號通過后續相關通信電路上傳CPU以及云服務平臺，完成相應的功能效果。

2.1 無線收發模塊

ESP8266基于802.11標準，可以使用STA、AP和STA+AP 3種工作模式，超低功耗，工作的時候可以實現串口透傳功能、PWM調控功能、GPIO控制功能，將路由器連入互聯網，實現手機、電腦直接與模塊通信，使用TCP/IP協議實現局域網無線控制。

2.2 無線充電模塊

通過采集太陽能和電磁能，將其轉換成電能，為各傳感器節點供電。

2.2.1 電磁換能器模塊

利用載流導線周圍的磁場能以及空間里存在的電磁能，通過電路設計，將其轉換成電能，給系統各用電電路模塊供電，綠色環保，節能減排，同時打破傳統的有線供電模式，便捷美觀。

2.2.2 太陽能充電模塊

太陽能充電器是將太陽能轉換為電能以后存儲在鋰電池里面，鋰電池通過存儲電能給各節點傳感器供電，一般由太陽能光電池、鋰電池和調壓元件3個部分組成。圖3為移動電源同步升壓原理圖，圖4為太陽能電池供電原理圖。

圖3 移動電源同步升壓原理圖

圖4 太陽能電池供電原理圖

2.3 紅外檢測模塊

HR-SR501是利用紅外線技術的自動控制模塊，本模塊電路由BISS0001、RE200B以及有關的外圍電路構成，RE200B是一種熱釋電紅外傳感探頭，使用熱釋電材料，對溫度的變化特性進行極化，從而可以對人體的信號進行準確探測。利用雙靈敏元互補的方法，抑制溫度變化帶來的干擾，從而提高模塊的工作穩定性。BISS0001是一款用于對傳感信號進行處理的集成芯片，內部集成了運算放大器、狀態抑制器、電壓比較器等集成電路模組，具有可重復和不可重復2種觸發方式，提高了整個電路模塊的功能實用性。

2.4 濕度檢測模塊

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，使用單總線協議進行通信，數據傳輸。

2.5 煙霧傳感器模塊

本模塊以旁熱式煙霧傳感器 MQ-2為核心，通過前置電路對傳感器輸出的微弱信號進行放大、濾波、電平調整，為單片機提供合適的輸入信號，便于數據處理。

2.6 壓力傳感模塊

本系統壓力傳感器模塊的設計，以電阻應變片為核心，采集有關數據，上傳主控CPU以及云服務平臺。電阻應變片，吸附在集體材料上，阻值大小隨著機械變化而變化，隨著壓力的不同，阻值發生變化，通過濾波放大電路以及AD轉換，給CPU傳輸有關的監測數據。

3 軟件設計

系統主控搭載非常成熟的ucosii操作系統，它具備安全、可控、實時等優良特性，成為設計平臺的首選。μC/OS-II由Micrium公司提供，是一個可移植、可固化、可裁剪、占先式多任務實時，它適用于多種微處理器和數字處理芯片(已經移植到超過100種以上的微處理器應用中)。

系統主機程序流程如圖5所示。

圖5 系統主機程序流程圖

4 云平臺架構

物聯網云平臺是搭建在云平臺上的智能設備管理系統，能夠接受萬億智能設備的連接，無論設備分布在何處，只要本地系統的路由器接入互聯網，即可連接到云系統；物聯網云平臺打通了用戶與設備、設備與設備間的遠程連接；物聯網云平臺具有遠程操控、情景模式、數據存儲、大數據分析、用戶權限管理等功能。

云平臺是高度靈活的開源的 IoT 平臺，在物聯網連接的基礎上可以構建、管理和集成連接的軟件。此云平臺提供一個標準的方法來集成和對連接的產品進行互操作。此外，平臺強大的后端功能能極大地加快產品的開發，允許開發者專注于他們產品獨特的特性。

本平臺基于HTML5開發，因而具有天然跨平臺特性，結合IoT硬件和其他技術(例如存儲、網關)，可以實現開發IoT項目中最核心的軟件部分。

5 手機終端APP

5.1 手機與節點之間的數據傳輸

以云平臺為中介，進行數據的讀取和發送,圖6為數據傳送框圖。

圖6 數據傳送框圖

5.2 手機APP與云平臺交互

首先，App的數據全部基于網絡，數據來源都是物聯網云平臺的數據庫。云平臺的數據庫具有數據存儲和數據傳輸功能， App主要通過GPRS網絡從物聯網的云平臺數據庫中獲取數據，并將數據進行處理后，分類顯示給用戶。運用訂閱模式，所以數據能夠做到最及時的更新。其次，App從網絡讀取數據之后用異步操作，將數據呈獻給用戶，并且提供直觀的圖表方式讓數據更加直觀。最后，App設有用戶管理系統，不同的用戶擁有不同的權限。管理員可以新增刪除設備和修改原有設備的信息，而普通用戶只能看到設備的信息，不能進行修改。

6 結束語

基于互聯網+的智能家居安防管理系統以stm32f103為控制核心，基于物聯網和云平臺綜合運用WIFI技術、傳感器、嵌入式系統設計、無線網絡通信、低功耗、智能信息處理、電磁感應技術、無線充電技術、傳感技術等來實現對住宅小區的智能化家居安防管理。改革過去人工維護小區安防所帶來的效率低下、死角眾多、報警信息的遲滯所帶來的財產損失等問題，提供對物業安防以及管理人員的統一性調度、與住戶及時的溝通手段、住戶個人家里的安全隱患排查等一系列服務，真正使得物業成為住戶安全的守護者，小區環境系統分配與合理利用的調度者，實現科學、高效、安全的管理，達到節能減排以及加強物業和業主之間的溝通交流，緩解矛盾。使用無線充電技術給傳感器供電，美觀方便，使用便捷，便于普及。

[1] 胡文金.單片機應用技術實訓教程[M].重慶：重慶大學出版社,2005.

[2] 楊寧.單片機與控制技術[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.

[3] 李平,杜濤,羅和平.單片機應用開發與實踐[M].機械工業出版社,2008.

[4] 袁旭軍,莊松林.單片機復位電路的可靠性分析[J].電子技術應用,2002(11):20-40.

[5] 祖龍起.一種新型可編程密碼鎖[J].大連輕工業學報,2002(01):85-95.

[6] 樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].6版.北京：國防工業出版社，2011:95-105.

[7] (美)奧本海姆，維爾斯基，納瓦爾.信號與系統[M].2版.劉樹棠，譯.北京：電子工業出版社，2013:100-120.

SmartHomeSecurityManagementSystemBasedonInternetPlus

QI Jing,ZHANG Run,YUAN Hao,GAN Guo

(Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

This paper designs a smart home security management system based IoT and cloud platform.This system uses sensor technology to monitor relevant parameters,and utilizes the cloud platform management technology to open different authorization for different users.Users can view different data and security state of residential property in the PC and mobile phone APP so as to implement the timely and effective handling for accidents for scientific,efficient and safe management.The wireless charging technology is used for all node sensors,which breaks the traditional wired power supply mode,and has beautiful appearance and is easy to disassemble,use and popularize due to DIY design.

IOT;cloud platform;wireless charging;DIY family;real-time monitoring;remote contro

TN929.5

A

1003-3114(2017)06-67-4

10.3969/j.issn.1003-3114.2017.06.17

漆晶，張潤，袁浩，等.基于互聯網+的智能家居安防管理系統[J].無線電通信技術,2017,43(6):67-70.

[QI Jing,ZHANG Run,YUAN Hao,et al.Smart Home Security Management System Based on Internet Plus[J].Radio Communications Technology,2017,43(6):67-70.]

2017-07-27

重慶市大學生創新創業訓練計劃項目(201610617008)；重慶郵電大學科研訓練計劃項目(A2016-46)

作者簡介：漆 晶(1983―)，男，博士研究生，講師，主要研究方向：嵌入式系統、短距離無線通信、傳感器技術。張 潤(1995―)，女，本科在讀，主要研究方向：物聯網技術應用、嵌入式硬件設計。