基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

佟冬 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

佟冬 吉林建筑大學(xué)城建學(xué)院

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，科技水平不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也得到了全面發(fā)展，并在智能家居安防系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。公眾生活水平不斷提升，生活觀念也在不斷轉(zhuǎn)變，對(duì)家居設(shè)備配置的系統(tǒng)性、安全性更加注重。對(duì)于家居行業(yè)而言，市場(chǎng)競(jìng)爭形勢(shì)更加嚴(yán)峻，必須要結(jié)合公眾需求和市場(chǎng)發(fā)展行為進(jìn)行合理科學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，才能全面滿足現(xiàn)代家居安防需求，進(jìn)而降低運(yùn)營維護(hù)成本，為家庭安全提供更加全面的安全防護(hù)。本文基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)課題進(jìn)行了深入研究和分析，僅供參考。

物聯(lián)網(wǎng) 智能家居 安防監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的智能家居安防系統(tǒng)在安全性、可靠性和科學(xué)性等方面還存在很多的不足，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面發(fā)展，在智能家居安防系統(tǒng)中逐漸引入應(yīng)用，通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)、電子電力技術(shù)等，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)化綜合管理，從而實(shí)現(xiàn)家居生活與家居安防有效結(jié)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(jiān)控系統(tǒng)基本內(nèi)涵概述

智能家居是指以用戶住宅為基礎(chǔ)，充分利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、安全防范技術(shù)、綜合布線技術(shù)、音頻視頻技術(shù)等，將這些技術(shù)充分融入到家居生活的通信、照明、水電等設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)和設(shè)施的有機(jī)融合，為用戶住宅打造高端化、精細(xì)化、便利化居住環(huán)境氛圍。智能家居安防系統(tǒng)主要是為了全面保護(hù)家居免受人為破壞和自然災(zāi)害影響而構(gòu)建的一種綜合性防護(hù)體系。傳統(tǒng)的智能家居安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，主要是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將監(jiān)控?cái)z像設(shè)備、紅外線探測(cè)儀、緊急求助按鈕、防盜設(shè)備等進(jìn)行連接，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一旦發(fā)生異常情況立即響應(yīng)，從而滿足公眾家居生活的安全需求。但是傳統(tǒng)的技術(shù)在響應(yīng)時(shí)間、報(bào)警準(zhǔn)確率、費(fèi)用等方面存在一些不足，受到系統(tǒng)本身的影響可能會(huì)造成用戶信息泄密等，且操作相對(duì)復(fù)雜，軟件配件等費(fèi)用較高，設(shè)備延展性略顯不足。

隨著公眾安全防范意識(shí)不斷提升，加上建筑物本身對(duì)于智能化要求越來越高，傳統(tǒng)的家居智能安防系統(tǒng)在系統(tǒng)布線、日常維護(hù)、操作和可靠性等方面的不足日益顯現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)給智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)帶來了新的發(fā)展方向，在成本、能耗、操作以及可靠性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基本內(nèi)容分析

物聯(lián)網(wǎng)最早是在1998年提出來的，是指通過運(yùn)用射頻識(shí)別、二維碼、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等方法，將物品和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)收集、分析和整理，從而對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程操控的一個(gè)系統(tǒng)。簡單地說，就是以互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過信息傳感設(shè)備，利用ZigBee等協(xié)議，將物品和互聯(lián)網(wǎng)有效連接以此實(shí)現(xiàn)定位和監(jiān)控的系統(tǒng)。通常物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分成三個(gè)層面，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層。

感知層主要功能是采集信息和控制設(shè)備，主要包括傳感器網(wǎng)關(guān)、傳感器節(jié)點(diǎn)、RFID感應(yīng)器、RFID標(biāo)簽、接入網(wǎng)關(guān)、智能終端等。網(wǎng)絡(luò)層主要是對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互相聯(lián)通以及進(jìn)行儲(chǔ)存和存儲(chǔ)，涉及云計(jì)算平臺(tái)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、信息中心網(wǎng)管中心等。應(yīng)用層主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析等，包括智能檢索、物流監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療、污染監(jiān)控、智能交通、智能家居等方面。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)中，具有比較明顯的優(yōu)勢(shì)，比如比較容易進(jìn)行安防系統(tǒng)布線，操作簡便，易于維護(hù)，通過利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息高速處理等，一旦發(fā)生異常現(xiàn)象，立即啟動(dòng)報(bào)警，智能化控制險(xiǎn)情，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)傳輸，提高用戶快速處理能力。不僅能正確實(shí)時(shí)地采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)感知區(qū)域的監(jiān)控，同時(shí)在安全性、可靠性和低廉性等方面優(yōu)勢(shì)明顯。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)三層架構(gòu)為基礎(chǔ)，融合用戶新要求等進(jìn)行針對(duì)性設(shè)計(jì)和開發(fā)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，讓家居無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控終端分別和物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的三層體系進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)和互相連通，從而使監(jiān)控設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進(jìn)而對(duì)家居安防實(shí)現(xiàn)智能化全程遠(yuǎn)程監(jiān)控。最基礎(chǔ)層面家居無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成部分主要來源于家用裝安防傳感器、家庭智能網(wǎng)關(guān)，其中前者主要包括玻璃碎裂、門窗防盜、燃?xì)庑孤兜葌鞲衅饕约皵z像頭和報(bào)警裝置等。每一個(gè)傳感器都可以是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，采用無線組網(wǎng)技術(shù)ZigBee將這些傳感器設(shè)備構(gòu)建在一起。后者是最重要的部分，各個(gè)組成部分之間的連接和信息傳遞都要通過這個(gè)關(guān)口，并且還能夠收集來自家庭安防監(jiān)控等傳感器設(shè)備發(fā)送的信息，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督和操控。中間層面是互聯(lián)網(wǎng)，是中間連接環(huán)節(jié)，通過GSM或GPRS網(wǎng)絡(luò)向手機(jī)客戶端用戶發(fā)送報(bào)警信號(hào)或者傳輸命令等，同時(shí)把現(xiàn)場(chǎng)信息直接傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)器中斷，這樣家庭用戶就能夠在監(jiān)控設(shè)備上滿足需求，該層面主要包括中心協(xié)調(diào)器、ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)構(gòu)成。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)客戶需求和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)本身的層級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對(duì)性多樣化設(shè)計(jì)，因此主要功能可以體現(xiàn)多樣化、實(shí)用性、安全性特征，通常包括家居安防自動(dòng)檢測(cè)和報(bào)警模塊、家電設(shè)備自動(dòng)控制模塊、家居環(huán)境自動(dòng)控制模塊等。基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)家庭位置和功能要求不同，設(shè)置的子系統(tǒng)包括中央控制、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、廚房、門禁、移動(dòng)物體定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面。具體分析如下：

4.1 中央控制子系統(tǒng)

該系統(tǒng)是整個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的中心部位，通過在用戶的電腦等計(jì)算機(jī)設(shè)備上面配置嵌入式Web Server技術(shù)為基礎(chǔ)的服務(wù)器控制端系統(tǒng)，進(jìn)而將中央控制子系統(tǒng)和使用設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線連接，隨時(shí)進(jìn)行通信傳輸。主要的通信形式的客戶與服務(wù)器模式，進(jìn)而達(dá)到安防監(jiān)督、控制和保護(hù)的作用。

4.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)初衷是為了實(shí)現(xiàn)傳感實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用傳感設(shè)備的高度靈敏性，對(duì)周邊的環(huán)境進(jìn)行感知，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將信號(hào)傳達(dá)至中央控制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的分析，一旦發(fā)現(xiàn)有問題，將會(huì)立刻進(jìn)行反饋，形成操作命令參數(shù)進(jìn)行返回，進(jìn)而通過感應(yīng)設(shè)備進(jìn)行提醒，采取及時(shí)的防護(hù)措施進(jìn)行處置，將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。對(duì)于智能家居室內(nèi)會(huì)形成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而按照既定的協(xié)議程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和傳輸。

4.3 廚房安防子系統(tǒng)

該板塊主要是對(duì)用戶家居的廚房進(jìn)行智能化檢測(cè)和設(shè)計(jì)的。運(yùn)用專用傳感器設(shè)備對(duì)廚房中的各種煙霧、火災(zāi)、燃?xì)鉂舛鹊戎笜?biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)自動(dòng)化檢測(cè)，具體在可疑可能發(fā)生危險(xiǎn)的位置設(shè)置傳感器進(jìn)行檢測(cè)，并與中央控制系統(tǒng)進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，當(dāng)發(fā)生可疑情況時(shí)中央控制器就會(huì)受到異常信號(hào)，進(jìn)而形成參數(shù)后進(jìn)行反饋，用戶接收到信息后可以進(jìn)行報(bào)警或者緊急處置，降低危險(xiǎn)發(fā)生的可能性。

4.4 門禁控制子系統(tǒng)

該環(huán)節(jié)主要是為了對(duì)用戶的居住室內(nèi)的安全門進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，通過在用戶的安全門上置入嵌入式單片機(jī)技術(shù)，進(jìn)而利用遠(yuǎn)紅外傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別等，從而為用戶提供重要的參考。該系統(tǒng)通過無線路由傳輸設(shè)備將獲得感應(yīng)的信息等按照既定程序和路徑傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和反饋，發(fā)現(xiàn)問題或者無法識(shí)別的信號(hào)給用戶以警示，實(shí)現(xiàn)用戶手機(jī)客觀端和家庭門禁系統(tǒng)的有效關(guān)聯(lián)。

4.5 移動(dòng)物體定位子系統(tǒng)

該板塊主要是對(duì)用戶認(rèn)為比較重要的寶貴的物品、設(shè)備、家庭成員等進(jìn)行實(shí)施位置監(jiān)控而設(shè)計(jì)的。通過將用戶的收集和被定位物體之間建立有效關(guān)聯(lián)，在這些關(guān)聯(lián)物體上面安裝GSM卡等信號(hào)接收設(shè)備，并在智能手機(jī)上安裝一個(gè)應(yīng)用程序，從而在兩者之間實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)關(guān)聯(lián)。

4.6 遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)

主要是根據(jù)用戶的需求，對(duì)需要了解的室內(nèi)家居的具體情況和位置等處進(jìn)行攝像頭安裝，從而實(shí)現(xiàn)與中央服務(wù)器的遠(yuǎn)程連接，進(jìn)而掌握用戶家中的具體境況，發(fā)現(xiàn)可疑情況立即進(jìn)行報(bào)警或者回家處理，將意外和傷害等風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

4.7 總體結(jié)構(gòu)分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要分成硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩大板塊。硬件設(shè)計(jì)主要是對(duì)終端節(jié)點(diǎn)、中心協(xié)調(diào)器硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)部門主要包括終端節(jié)點(diǎn)軟件、中心協(xié)調(diào)器軟件兩大模塊，基于上述設(shè)計(jì)功能，從而進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)和組合，進(jìn)而對(duì)用戶家居情況進(jìn)行全程實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，最大限度地保護(hù)的利益不受損。

4.8 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試與檢驗(yàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后需要進(jìn)行組裝和整體性能聯(lián)網(wǎng)測(cè)試，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題或者不順暢的環(huán)節(jié)進(jìn)行理順或者改造，以用戶滿意為最終目的，實(shí)現(xiàn)既有功能。系統(tǒng)測(cè)試主要是引入ZigBee協(xié)調(diào)器，將連接端口插入SIM卡3G系統(tǒng)后和家庭用戶的計(jì)算機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并實(shí)現(xiàn)有線路由器、無線路由器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)同時(shí)連接，進(jìn)而形成有效連接網(wǎng)絡(luò)。

當(dāng)然在實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行過程中需要考慮兩個(gè)問題，一個(gè)是是否達(dá)到公眾的多樣化需要，在功能設(shè)計(jì)等方面是否達(dá)到要求，且實(shí)現(xiàn)順暢連接。另一個(gè)是在運(yùn)行傳輸效率等方面進(jìn)行優(yōu)化提升。由于受到硬件和軟件系統(tǒng)本身、用戶手機(jī)客戶端以及各類傳感器設(shè)備性能差異影響，可能在傳輸效率等方面出現(xiàn)延時(shí)，因此必須要進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在檢測(cè)過程中以及后期維護(hù)過程中加強(qiáng)與用戶的溝通，從而實(shí)現(xiàn)效用最大化，滿足客戶的需求。

總之，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是一個(gè)系統(tǒng)的、復(fù)雜的過程，需要運(yùn)用多種硬件和軟件設(shè)備等，在數(shù)據(jù)采集、分析、處理、傳輸?shù)确矫嬉约坝脩粜枨蟆①M(fèi)用等方面也要進(jìn)行綜合考慮，最終形成高效安全穩(wěn)定順暢的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)有的價(jià)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(yù)處理、智能控制。