基于家庭無限網絡的智能家居安防系統

許博 陳昶瑋 張業奎 陳大磊

摘要：隨著計算機技術、控制技術、網絡技術和人工智能等的飛速發展，智能家居越來得到人們的青睞。本文通過對于通信和控制技術的研究，建立一個 由家庭安全防護系統、網絡服務系統和家庭自動化系統組成的家庭綜合服務與管理集成系統，從而實現全面的安全防護、便利的通訊網絡以及舒適的居住環境的家庭住宅。將家庭中各種與信息相關的通信設備，家用電器和家庭保安裝置，通過無線 WIFI 的方式，連接到一個家庭智能化系統上進行集中的或者異地的監視、控制和家庭事務性管理，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式。

關鍵詞：智能家居;遠程監控;ZigBee;GPRS

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2017）09-014-02

ABSTRACT：With the rapid development of computer technology， control technology， network technology and artificial intelligence， smart home furnishing is more and more popular. In this paper， on the basis of study for communication and control technology， build a home security system， the network service system andhomeautomationsystemcomposedoffamilyintegratedserviceandmanagementintegrationsystem，soastorealizecomprehensivesecurityprotection，conve- nient communications network， and comfortable living environment of the family home. Will all kinds of information related communications equipment in the family，householdappliancesandhomesecuritydevices，throughthewayofwirelessWIFI，connectedtoafamilyofintelligentsystemforcentralizedorlong-dis- tancemonitoring，control，andfamilyaffairsmanagement，tohelpfamilieskeepsmoothcommunicationwithexternal，optimizepeople'slifestyle.

Key words： Smart home; Remote monitoring; ZigBee; GPRS

引言

隨著全社會網絡化普及，越來越多的產品和設備已經完成了網絡化功能的開發，這為整個智能化社會的發展帶來可能。在科技對生活的推動

[2]

2.1 門窗報警系統

2.1.1 感應開關的選擇。對于家庭住房內的窗戶，不外乎左右平推和內

下，智能家居也必然會越來越走入平常百姓家。智能家居不僅具備傳統家

居的功能，而且為人們的現代生活創造了良好的空間，以住宅為平臺，兼 備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一 體，為人們打造一個高效、舒適、安全、便利、環保的居住環境。[1]

1 總體設計思路

本系統主要著重出于房間的安保防護，主要針對煤氣泄漏，水的泄漏以及安全防盜進行檢測和遠程智能控制。將一氧化碳，水，進出房間人物 信息通過傳感器采集，發送到控制整套裝置的單片機中，然后通過網絡模 塊發送到自己的手機中，并對一些不正常的狀態做出提醒和警告，并實施遠程控制采取相應的措施。利用 ZigBee 無線模塊采集數據并發送到單片機中，經過 SIM808A 模塊，將傳感器信號通過網絡和短信模塊發送到手機終端，使用戶可以隨時查看自己房間的狀況。并對不正常的狀況作出對 策，避免很多安全事故。

2 信息的采集和傳遞

各個傳感器采集的信息經過采集和處理后，會全部集中于單片機中。由于屋內信息采集比較分散，每個模塊出于不同的位置，采用有線的傳輸方式，布線復雜，造價昂貴且用戶體驗不好，遠不如無線傳輸。而經過比較采用Zigbee 更為合理。它是一種基于 IEEE802.15.4 標準的局域網協議，低復雜度，低成本，低時延，低功耗，自組織，高安全，高容量等特點適用于自動控制領域。采用ZigBee 無線組網，設備投入低，節省費用，且操作簡單。

外推兩種。想要采集的信息為是否有人從窗戶進入（或打開過）。從這兩種

類型的窗戶看可以得到的共同點就是，當窗戶打開時窗戶結構中必定有兩個部分會發生位移。本文中考慮到的幾種可以實現該功能的傳感器：

（1）超聲波測距儀，它利用附近物體反射回來的高頻聲波，可以精確的計 算傳感器與物體之間的距離，但因為在設計中只需檢測距離是否大于一定值，不需要返回精確距離，所以排除;（2）紅外傳感器，因為比其他傳感器更容易受到外來干擾因素的影響，所以也不適合本設計;（3）磁感應開關，當有外來磁場靠近時，開關接通，否則斷開。此處選用的傳感器為傳感 器為磁感應開關為 MC -57。

電磁開關 MC -57 由磁簧開關和作為外來磁場的磁鐵兩部分組成，結構圖如圖 1 所示。

圖 1 磁簧開關示意圖

當電磁開關的兩部分開或者接近至一定距離（30 ±5mm）后，引起兩片簧片的距離變化從而感應物體的分合、開關。因此，不論住房內的窗戶是哪 種類型，都可以根據實際情況來安裝傳感器，從而檢測窗戶的開關狀態。

2.1.2 信息的采集、傳遞與處理。門窗報警系統需要采集的信息有三種：門、窗戶、人體紅外信號，即檢測門窗的開關狀態、屋內是否有人，信息經過采集后會全部集中在單片機上，再將收集到的數據通過手機SIM 卡的 GPRS 功能發送到手機 APP 上，進而實時顯示屋內狀況，當屋內信息狀態不正常時會自動給戶主發送短信提醒。 對于門的狀態檢測，可用兩個人體紅外傳感器來檢測，通過記錄兩個人體紅外傳感器的實時狀態來判別住房中是否有人通過，信息傳輸過程如下圖 2。

圖 2 信息傳遞與處理示意圖

利用電磁開關 MC-57 檢測窗戶的開關狀態，利用人體紅外熱釋點PIRPM-8 傳感器檢測人員情況，磁感應開關 MC-57 物理連接到 zig-beeCC2530上，檢測到的數據直接通過I/O口傳輸給zigbee，zigbeeCC2530模塊與 zigbeeCC2560 模塊通過 ZigBee 協議無線連接，磁感應開關的狀態發生變化時，將發送對應的變化。zigbeeCC2560 模塊與單片機通過串口TX、RX 連接，接受狀態后將數據發送給單片機。

2.2 溫度控制系統。溫度控制系統可實現溫度檢測和溫度報警降溫， 通過溫度傳感器對溫度進行檢測，將采集到的溫度數據傳送到單片機進行處理，通過編寫程序自行與設定溫度進行比較，并輸出到 LED 顯示設備顯示當前溫度以及控制報警系統的工作，即蜂鳴器和報警燈。當溫度在設定范圍內時，蜂鳴器不響，彩燈部分亮綠燈;當采集溫度超出設定溫度范圍，蜂鳴器報警，彩燈部分亮紅燈。圖示如圖 3 所示。[ 3]

圖 3 溫度控制系統示意圖

整個過程中手機和單片機實現雙向反饋和控制，即手機能通過 GPRS

網絡接收到單片機處理的信息，也能在 GPRS 或 WIFI 網絡下發出信號通過單片機控制溫度調節，實現對溫度的遠程控制。

3 信息的處理與遠程控制

本設計要實現多個傳感器狀態的實時可見，即做成手機 APP 隨時可以查看屋內狀態。如何將信息傳給手機，可以用到 GPRS 模塊。在 APP 中要設置一氧化碳含量檢測，地面水位高度，是否有陌生面孔通過門等信息。但是用戶不會一直觀察手機，不能及時掌握相關情況，所以，在設計中 要怎加一個效果明顯的提醒指令，即當有不正常情況發生會自動發送短信提醒。[4]

手機可以通過 4G 等方式連入網絡， 訪問存放家中相關信息的服務器，通過 APP 操作，發送命令到服務器，服務器將命令轉發到家庭終端，根據你所發出的命令控制相應設施。[ 5]為了滿足以上的功能，首先必須將相應設施通過各種模式連入你的家庭終端，ZigBee無線協議完成，家庭終端起到一個接收與轉發的功能，它接收到服務器的指令，將指令轉化為自己系 統中可識別的無線制式，實現控制。

4 結束語

通過在家庭住房中增添傳感與檢測儀器，實現智能家居的遠程安防檢測作用，使“人在外，家就在身邊; 人在家，世界就在眼前”不在是奢望， 而是可以實現的現代化智能家居，讓智能家居使得家電變得“智慧”起來， 為智慧城市的建設奠定了基礎。同時使人們的家庭生活變得更加節能、智能、便利、舒適和安全，進而實現以人為本的全新家居生活體驗。

參考文獻：

[1] 馬曉檳. 智能家居，智能生活[J].電視技術，2014，38（ S1） ： 54-58.

[2] 劉子京，裴文江.基于 ZigBee 協議的無線傳感器網絡研究[J].計算機技術與發展，2009，19（5） ： 192-193.

[3] 張松峰. 融合智能安防的智能家居系統設計與實現 [D]. 西南交通大學，2016.

[4] 趙曉寧. 基于無線技術智能家居控制系統的研究與現 [D]. 解放軍信息工程大學，2012.

[5] 李春雨. 智能家居控制系統的設計與研究 [D]. 上海工程技術大學， 2016.