基于物聯網的智能家居安防監控系統設計與實現

佟冬 吉林建筑大學城建學院

基于物聯網的智能家居安防監控系統設計與實現

佟冬 吉林建筑大學城建學院

隨著經濟的發展和社會的進步，科技水平不斷提升，物聯網技術也得到了全面發展，并在智能家居安防系統中得到廣泛的應用。公眾生活水平不斷提升，生活觀念也在不斷轉變，對家居設備配置的系統性、安全性更加注重。對于家居行業而言，市場競爭形勢更加嚴峻，必須要結合公眾需求和市場發展行為進行合理科學分析和優化設計，才能全面滿足現代家居安防需求，進而降低運營維護成本，為家庭安全提供更加全面的安全防護。本文基于物聯網的智能家居安防監控系統的設計與實現課題進行了深入研究和分析，僅供參考。

物聯網 智能家居 安防監控系統 設計 實現

傳統的智能家居安防系統在安全性、可靠性和科學性等方面還存在很多的不足，隨著物聯網技術的全面發展，在智能家居安防系統中逐漸引入應用，通過運用計算機技術、無線通信技術、電子電力技術等，加強網絡化綜合管理，從而實現家居生活與家居安防有效結合，讓家庭生活變得更加可靠舒適。

1 智能家居及智能家居安防監控系統基本內涵概述

智能家居是指以用戶住宅為基礎，充分利用網絡通信技術、自動控制技術、安全防范技術、綜合布線技術、音頻視頻技術等，將這些技術充分融入到家居生活的通信、照明、水電等設備中，從而實現技術和設施的有機融合，為用戶住宅打造高端化、精細化、便利化居住環境氛圍。智能家居安防系統主要是為了全面保護家居免受人為破壞和自然災害影響而構建的一種綜合性防護體系。傳統的智能家居安全系統設計簡單，主要是通過計算機系統將監控攝像設備、紅外線探測儀、緊急求助按鈕、防盜設備等進行連接，進行系統設計，一旦發生異常情況立即響應，從而滿足公眾家居生活的安全需求。但是傳統的技術在響應時間、報警準確率、費用等方面存在一些不足，受到系統本身的影響可能會造成用戶信息泄密等，且操作相對復雜，軟件配件等費用較高，設備延展性略顯不足。

隨著公眾安全防范意識不斷提升，加上建筑物本身對于智能化要求越來越高，傳統的家居智能安防系統在系統布線、日常維護、操作和可靠性等方面的不足日益顯現。物聯網技術的出現給智能家居安防監控系統的優化設計帶來了新的發展方向，在成本、能耗、操作以及可靠性等方面具有顯著優勢。

2 物聯網技術基本內容分析

物聯網最早是在1998年提出來的，是指通過運用射頻識別、二維碼、全球定位系統、激光掃描器等方法，將物品和網絡進行連接，進而對數據進行實時動態收集、分析和整理，從而對目標區域進行遠程操控的一個系統。簡單地說，就是以互聯網、無線傳感器網絡為基礎，通過信息傳感設備，利用ZigBee等協議，將物品和互聯網有效連接以此實現定位和監控的系統。通常物聯網系統分成三個層面，分別是感知層、網絡層、互聯網絡層。

感知層主要功能是采集信息和控制設備，主要包括傳感器網關、傳感器節點、RFID感應器、RFID標簽、接入網關、智能終端等。網絡層主要是對異構網絡實現互相聯通以及進行儲存和存儲，涉及云計算平臺、移動通信網絡、互聯網、信息中心網管中心等。應用層主要是進行數據監控和數據分析等，包括智能檢索、物流監控、遠程醫療、污染監控、智能交通、智能家居等方面。

物聯網技術應用于智能家居安防監控系統中，具有比較明顯的優勢，比如比較容易進行安防系統布線，操作簡便，易于維護，通過利用無線傳感器網絡中的傳感器節點進行信息高速處理等，一旦發生異常現象，立即啟動報警，智能化控制險情，同時進行信號傳輸，提高用戶快速處理能力。不僅能正確實時地采集數據實現對感知區域的監控，同時在安全性、可靠性和低廉性等方面優勢明顯。

3 基于物聯網的智能家居安防監控系統結構分析

基于物聯網的智能家居安防監控系統結構，以物聯網技術三層架構為基礎，融合用戶新要求等進行針對性設計和開發。通過物聯網技術，讓家居無線傳感器網絡、互聯網、監控終端分別和物聯網結構的三層體系進行一一對應和互相連通，從而使監控設備與網絡連接在一起，進而對家居安防實現智能化全程遠程監控。最基礎層面家居無限傳感器網絡的組成部分主要來源于家用裝安防傳感器、家庭智能網關，其中前者主要包括玻璃碎裂、門窗防盜、燃氣泄露等傳感器以及攝像頭和報警裝置等。每一個傳感器都可以是無線傳感器網絡的重要節點，采用無線組網技術ZigBee將這些傳感器設備構建在一起。后者是最重要的部分，各個組成部分之間的連接和信息傳遞都要通過這個關口，并且還能夠收集來自家庭安防監控等傳感器設備發送的信息，從而實現遠程監督和操控。中間層面是互聯網，是中間連接環節，通過GSM或GPRS網絡向手機客戶端用戶發送報警信號或者傳輸命令等，同時把現場信息直接傳輸到互聯網服務器中斷，這樣家庭用戶就能夠在監控設備上滿足需求，該層面主要包括中心協調器、ZigBee無線通信網絡、以太網構成。

4 基于物聯網的智能家居安防系統的具體設計與實現

基于物聯網的智能家居安防系統的具體設計，主要是根據客戶需求和物聯網技術本身的層級結構進行針對性多樣化設計，因此主要功能可以體現多樣化、實用性、安全性特征，通常包括家居安防自動檢測和報警模塊、家電設備自動控制模塊、家居環境自動控制模塊等。基于物聯網的智能家居安防監控系統根據家庭位置和功能要求不同，設置的子系統包括中央控制、無線傳感器網絡監測、廚房、門禁、移動物體定位、遠程監控等方面。具體分析如下：

4.1 中央控制子系統

該系統是整個基于物聯網的智能家居安防監控系統設計的中心部位，通過在用戶的電腦等計算機設備上面配置嵌入式Web Server技術為基礎的服務器控制端系統，進而將中央控制子系統和使用設備之間實現無線連接，隨時進行通信傳輸。主要的通信形式的客戶與服務器模式，進而達到安防監督、控制和保護的作用。

4.2 無線傳感器網絡監測子系統

該系統主要設計初衷是為了實現傳感實時動態監測，運用傳感設備的高度靈敏性，對周邊的環境進行感知，并進行數據采集，利用ZigBee網絡技術，將信號傳達至中央控制系統，進而實現信息數據的分析，一旦發現有問題，將會立刻進行反饋，形成操作命令參數進行返回，進而通過感應設備進行提醒，采取及時的防護措施進行處置，將風險降到最低。對于智能家居室內會形成無線傳感器網絡系統，從而按照既定的協議程序進行數據處理分析和傳輸。

4.3 廚房安防子系統

該板塊主要是對用戶家居的廚房進行智能化檢測和設計的。運用專用傳感器設備對廚房中的各種煙霧、火災、燃氣濃度等指標進行動態自動化檢測，具體在可疑可能發生危險的位置設置傳感器進行檢測，并與中央控制系統進行有效關聯，當發生可疑情況時中央控制器就會受到異常信號，進而形成參數后進行反饋，用戶接收到信息后可以進行報警或者緊急處置，降低危險發生的可能性。

4.4 門禁控制子系統

該環節主要是為了對用戶的居住室內的安全門進行智能化設計，通過在用戶的安全門上置入嵌入式單片機技術，進而利用遠紅外傳感設備實現人臉識別等，從而為用戶提供重要的參考。該系統通過無線路由傳輸設備將獲得感應的信息等按照既定程序和路徑傳輸到中央控制系統，從而對數據進行分析處理和反饋，發現問題或者無法識別的信號給用戶以警示，實現用戶手機客觀端和家庭門禁系統的有效關聯。

4.5 移動物體定位子系統

該板塊主要是對用戶認為比較重要的寶貴的物品、設備、家庭成員等進行實施位置監控而設計的。通過將用戶的收集和被定位物體之間建立有效關聯，在這些關聯物體上面安裝GSM卡等信號接收設備，并在智能手機上安裝一個應用程序，從而在兩者之間實現通信信號關聯。

4.6 遠程監控子系統

主要是根據用戶的需求，對需要了解的室內家居的具體情況和位置等處進行攝像頭安裝，從而實現與中央服務器的遠程連接，進而掌握用戶家中的具體境況，發現可疑情況立即進行報警或者回家處理，將意外和傷害等風險降到最低。

4.7 總體結構分析

基于物聯網的智能家居安防監控系統設計，主要分成硬件設計和軟件設計兩大板塊。硬件設計主要是對終端節點、中心協調器硬件部分進行設計，軟件設計部門主要包括終端節點軟件、中心協調器軟件兩大模塊，基于上述設計功能，從而進行系統性設計和組合，進而對用戶家居情況進行全程實時動態監控，最大限度地保護的利益不受損。

4.8 基于物聯網的智能家居安防監控系統測試與檢驗

基于物聯網的智能家居安防監控系統設計完成之后需要進行組裝和整體性能聯網測試，針對發現的問題或者不順暢的環節進行理順或者改造，以用戶滿意為最終目的，實現既有功能。系統測試主要是引入ZigBee協調器，將連接端口插入SIM卡3G系統后和家庭用戶的計算機進行關聯，并實現有線路由器、無線路由器和計算機系統同時連接，進而形成有效連接網絡。

當然在實現和運行過程中需要考慮兩個問題，一個是是否達到公眾的多樣化需要，在功能設計等方面是否達到要求，且實現順暢連接。另一個是在運行傳輸效率等方面進行優化提升。由于受到硬件和軟件系統本身、用戶手機客戶端以及各類傳感器設備性能差異影響，可能在傳輸效率等方面出現延時，因此必須要進行系統設計和規劃，在檢測過程中以及后期維護過程中加強與用戶的溝通，從而實現效用最大化，滿足客戶的需求。

總之，基于物聯網的智能家居安防監控系統設計與實現是一個系統的、復雜的過程，需要運用多種硬件和軟件設備等，在數據采集、分析、處理、傳輸等方面以及用戶需求、費用等方面也要進行綜合考慮，最終形成高效安全穩定順暢的智能家居安防監控系統，實現應有的價值和功能。

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佟冬（1986-），男，吉林長春人，研究生，研究方向：圖像預處理、智能控制。