住宅安防監控系統的設計與實現

肖 雪

（北京伯恩匯能科技發展有限公司，北京 100070）

0 引 言

在信息時代背景下，住宅小區智能化系統的建設進程也在不斷加快，制動控制技術、網絡技術以及計算機技術的出現，使高科技產品逐漸在住宅小區中廣泛應用。住宅小區智能化系統規劃應當根據小區的實際使用需求、居住對象、小區定位等方面進行考慮，為小區居民提供優質服務。

1 安全防護系統規劃

1.1 出入口控制和周界防范系統

周界防范系統應當采用脈沖電子圍欄，可以實現阻攔、威懾以及報警等功能。住宅小區監控系統與周界防范系統相連接，當防范系統發出警報后可以自動連接到報警區域的監控攝像機，為住宅小區的巡查工作提供便利條件[1]。設置住宅小區出入口管理和控制系統，采集出入人員和車輛的基本信息，利用住宅小區通用網絡系統將信息傳遞到安保監控系統，通過人臉識別技術和車牌識別技術對數據信息進行分析，實現人員和車輛的可控與可查。此外，住宅小區出入口管理系統可以與管理平臺相互連接，實現信息的記錄、共享與分析。

1.2 視頻監控系統

視頻監控系統可以對住宅小區周界、道路、停車場、出入口以及公共場所進行實時監控，包含圖像處理、信號處理、前端設備3個部分[2]。系統中的前端設備包含云臺、攝像機、編解碼器。

1.3 電子巡更系統

電子巡更系統可以強化安保人員的管理工作，充分發揮出小區安保系統的監管作用。電子巡更離線式系統具有性價比高、安裝簡便、無需布線等特點，由4個部分組成，分別為變送器、巡更按鈕、系統管理以及巡更棒。可以根據住宅小區的范圍、特點，對停車場、附近建筑、公共城所、周界等地點設置巡更點，通過住宅小區安保管理平臺對工作人員的巡更路線與時間進行管控，保障居民的安全。

1.4 家庭安防系統

住宅小區家庭安防系統的功能主要涵蓋紅外警報、煤氣泄漏警報、火災報警以及門窗磁警報等[3]。系統基于無線網絡技術對探測器、報警器等網關信息協議進行轉換，將住宅小區安保中心報警器與計算機網絡連接，同時聯動監控設備，實現了對住宅區域的實時監控。

1.5 通信系統

通信系統由兩個系統共同組成。一是綜合布線系統，其包含數據、語音的傳輸網絡，同時也有一卡通系統、安防系統以及智能家居系統等多個傳輸網絡，智能化系統的規劃需要考慮設備接口規范性、系統結構的完整性。二是有線電視系統，其通過數字方式對節目進行制作、采集、傳輸[4]。對住宅小區數字電視的搭建，需要設計方和建設方根據用戶的實際使用情況與傳輸網絡架構采用與之相匹配的技術。

2 管理系統規劃

2.1 智能家居系統

智能家居系統是通過物聯網和計算機技術，將住宅的電器、照明系統、安全防護、健康管理、環境監測以及控制等設備實現與網絡設備的智能互聯，能夠實現對家居設備進行遠程與本地的控制訪問。住宅內部的網絡系統通過計算機網絡和無線路由器相連接，以此來實現對家居設備的遠程控制和訪問。

2.2 車輛管理系統

住宅小區的出入口管理系統采集出入車輛信息，通過車牌識別技術分析出入車輛的車牌號碼，利用計算機網絡將信息傳送到安保監控服務中，實現對車輛的實時追蹤[5]。車輛管理系統主要包含安保監控管理和出入口管理系統，出入口管理系統包含電子顯示屏、車輛檢測線、電動道閘、收費機等設備；安保監控管理系統包含紅外探測儀、報警器、攝像頭等設備。通過安保監控中心與計算機網絡互聯，完成對住宅小區車輛的查詢、注冊、記錄以及管理等功能。

2.3 物業管理系統

住宅小區物業管理系統是以功能集成和數據共享為基礎的服務平臺，其主要功能包括停車場管理、業主管理、通知通告、物業管理、費用欠催、抄表管理、繳費管理。物業管理系統是以瀏覽器/服務器模式（Browser/Server，B/S）架構為基礎，可以實現遠程訪問；與小區監控系統相互集成，可以實現對車輛違停抓拍、停車管理的功能；與智能家居系統相聯動，可以實現住宅的信息發布、家庭安防、通知通告、自動抄表等功能[6]。

3 系統實現

3.1 軟件實現

本系統使用了物聯網（Internet of Things，IOT）的3層結構，感知層完成了數據的采集處理，傳輸層將數據傳輸至應用層，應用層對家庭環境數據進行存儲和分析后，將數據上傳至云數據庫，進而實現了環境氣體監測、短信發送、視頻監控等功能[7]。

部分通信協議代碼如下：

（1）環境檢測軟件。通過傳感器獲取到的室內信息由網絡傳入服務器平臺上，用戶通過操作平臺可以查看室內信息。當達到危險值時，蜂鳴器進行報警，同時微處理器向全球移動通信系統（Global System for Mobile Communication，GSM）短信模塊發送命令，通知家人家中有危險。

（2）檢測界面的實現。本系統的檢測界面包括動態Web頁面和靜態表單頁面。主頁面為用戶提供了兩種功能，即環境檢測和視頻監控，每個模塊間的通信都通過通用網關接口（Common Gateway Interface，CGI）來傳輸。

3.2 硬件實現

硬件系統采用STM32F103C8T6單片機對智慧居家養老系統進行設計，還包括感知層的物聯網傳感器節點、上位機（PC機、終端顯示設備等）以及對系統數據進行存儲的服務器。使用ZigBee無線傳感技術作為通信網絡，實現節點、路由器以及協調器之間的信息傳輸[8]。

（1）傳感器電路模塊設計。傳感器電路模塊采用的數字溫濕度傳感器是DHT21，測量范圍是0%～99.9%RH和-40～80 ℃。濕度的測量精度可達±3% RH，溫度的測量精度可達±0.5 ℃。其供電最高電壓為5 V，與微控制單元（Micro Controller Unit，MCU）連接時直接使用3.3 V電源即可帶動。DHT21的數據格式由3部分組成，即16 bit的濕度數據、16 bit的溫度數據以及8 bit的校驗和。位數據“0”和“1”的格式有以下規則：“0”為50 μs的低電平和27 μs左右的高電平，而“1”則是50 μs的低電平和70 μs左右的高電平。因此，在處理數據時應該作一個“0”和“1”的判斷[9]。

對此模塊初始化的代碼如下：

（2）可燃氣體傳感器電路模塊。可燃氣體傳感器電路模塊采用MQ-X型氣敏元件檢測可燃氣體，通過輸出引腳與MCU的模數轉換相連接，采集出當前氣體濃度值，實現對環境的監測。

（3）報警電路模塊設計。報警電路模塊采用蜂鳴器和三極管實現。一般來講，蜂鳴器有兩種，一種是自起振，另一種需要振蕩電路。本課題設計采用的蜂鳴器是自起振的，而三極管可以起到提高功率的作用。

（4）語音播放模塊。語音播放模塊使用HBR640，其系統結構較為簡單，采用國產芯片配合揚聲器與喇叭完成語音處理功能。本模塊采用SPI Flash作為數據存儲器，內置詞條100個。其優點在于不需要單獨進行語音識別的算法訓練，語音識別率較高。此外，本模塊只遵循串口協議，所以控制方便。主要實現了初始化函數、接收和校驗函數、設置麥克風靈敏度的函數，最重要的是設置了需要識別的語音組[10]。為了節約功耗，還設置了休眠模式。而且關于語音的播放還設置了播放語音的序號，并且音量可調。

（5）WiFi串口通信模塊。WiFi串口通信模塊采用ESP8266模塊將ZigBee獲取的數據上傳至云端。其工作電壓為3.3～3.6 V，內置高速緩沖器，所以處理性能非常高。其具有激活、睡眠以及深度睡眠3種模式，在睡眠模式下，消耗的電流極小，保證了它的超低功耗。另外，內部高度集成，具有電源管理等電路，所以外界電路簡單，體積小。

（6）BH1750光照模塊。其測量公式為光照強度=（高字節+低字節）/1.2×測量精度，與單片機相連時需要IIC通信，工作流程分為3步。首先發送通電命令，其次發送測量命令，等待測量結束后讀取測量值，最后根據公式計算結果。分析后，經過計算可得光照強度=（寄存器值[15∶0]×分辨率）/1.2。

只測量光照強度不需要很多指令，只需要BH1750的通電指令和測量指令，所以代碼較為簡單，即：

4 結 論

融合互聯網、物聯網以及無線傳感器技術，與居家相結合，設計出一個全新的智慧居家系統。該系統在安全防護方面考慮得更為全面、細致，不僅減輕了社區工作人員的負擔，也緩解了社區工作人員數量少的現實問題，同時緩解了人們的壓力，讓生活變得更加智慧安全。