一種新型智能網(wǎng)聯(lián)家居安防系統(tǒng)的設計

魏佳豪，周 帥，鄒思奇，劉 雨，朱桂霖，謝印慶

（大連理工大學城市學院，遼寧 大連 116600）

0 引 言

隨著科技的進步，越來越多的產(chǎn)品向著智能化方向發(fā)展，由人工操控的安防裝置已無法滿足人們對安全性能的需求。人們逐漸意識到家庭內(nèi)部安裝安防檢測裝置等智能安防系統(tǒng)的重要性。家庭智能云安防系統(tǒng)適合各年齡段的人，該系統(tǒng)可通過傳感器對家中信息進行檢測，并借助遠程通信實時傳送至云端，為人們及時了解家中情況提供便利。

1 系統(tǒng)總體方案

本設計通過參考物聯(lián)網(wǎng)技術將實現(xiàn)過程分為3層，分別是感知層、網(wǎng)絡層和應用層，將這3層進行分類：將人體檢測、環(huán)境檢測、指紋識別功能歸為感知層；將對環(huán)境的實時檢測、遠程控制等功能歸為網(wǎng)絡層；通過ZigBee技術將感知層與網(wǎng)絡層聯(lián)系起來實施到應用層。系統(tǒng)結構如圖1所示。使用STM32單片機收集并處理各模塊傳送的數(shù)據(jù)，并在顯示模塊上顯示。此外，還可以通過網(wǎng)絡協(xié)議與ZigBee管理系統(tǒng)連接，在云端對數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)結構

2 系統(tǒng)設計原理

2.1 感應模塊

通過感應模塊可以將家中環(huán)境信息通過與單片機間的數(shù)據(jù)交互傳送至上位機，實現(xiàn)對家中情況的實時監(jiān)控，在發(fā)生盜竊、火災等危險情況時及時匯報給主人。本設計的感應模塊由人體紅外探測模塊、環(huán)境檢測模塊、指紋識別模塊組成。

2.1.1 人體紅外探測模塊

該人體感應模塊對活體檢測的靈敏程度較高，工作在低壓狀態(tài)，在自動感應設備領域得到了廣泛的應用。該模塊感應到有人接近時，輸出高電平，否則輸出低電平。

2.1.2 環(huán)境檢測模塊

環(huán)境檢測模塊的光敏傳感器可以將電信號或非電信號轉換為光信號，若為電信號則直接轉換，若為非電信號，則需要經(jīng)過其他器件后轉換。DHT11數(shù)字溫度傳感器測量溫度和濕度后，通常使用單總線通信方式實現(xiàn)與單片機間的數(shù)據(jù)傳輸，配合顯示模塊顯示測量數(shù)據(jù)，多用于溫濕度調(diào)節(jié)器、汽車、氣象站等。MQ-2煙霧傳感器根據(jù)電導率和可燃氣體濃度的關系來檢測空氣中是否有燃氣泄露，多用于住宅樓等處。火焰?zhèn)鞲衅鱕L-38通過波長范圍來檢測火焰和與火焰波長相差不大的光源，內(nèi)置數(shù)字量輸出接口和模擬量輸出接口，根據(jù)單片機的高電平和低電平狀態(tài)來檢測有無火焰。

2.1.3 指紋識別模塊

指紋識別模塊內(nèi)置圖像對比、儲存數(shù)據(jù)、指紋搜索等功能，通過串口通信與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)過多次指紋錄入和識別訓練，系統(tǒng)將會更快地識別身份，進而提高住戶的安全性。

2.2 顯示模塊

該設計使用OLED模塊顯示信息，較其他顯示模塊而言，該模塊輕便且功能較全，工作在3.3 V電壓下，共有16個管腳，具有SPI和IC等接口方式，通過讀寫指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2.3 防盜模塊

該模塊由門磁傳感器、繼電器、蜂鳴器構成。信號導通后門磁傳感器工作，多與主機連接使用，適用于鐵門和窗戶等。繼電器的作用相當于自動控制開關。蜂鳴器通過輸入高低電平來控制其發(fā)出聲音。當家中無人時，如果有人破門而入，系統(tǒng)會發(fā)出警報。

3 系統(tǒng)硬件設計

STM32F103C8T6芯片具有集成度高、處理速度快等優(yōu)點，并且自帶ADC和多個I/O口，以及多個通信接口，硬件結構如圖2所示。

圖2 硬件結構

3.1 功能部分設計

通過ZigBee管理系統(tǒng)遠程觀察室內(nèi)溫濕度、煙霧濃度、燃氣是否泄漏及家中是否出現(xiàn)陌生人等。系統(tǒng)通過特定的溫濕度傳感器檢測環(huán)境中的溫濕度，轉化為數(shù)據(jù)傳輸至上位機并且顯示在OLED顯示屏。本設計中還含有煙霧傳感器，當有燃氣泄漏或者火災發(fā)生時，傳感器檢測到煙霧濃度或者溫度過高時，系統(tǒng)自動報警。

3.2 軟件實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的家庭智能云安防系統(tǒng)軟件主要分為3部分。

（1）第一部分為指紋識別，通過指紋圖像比對，快速識別主人身份，然后進入主系統(tǒng)；

（2）第二部分為傳感器，對活體和環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集、分析；

（3）第三部分為ZigBee管理系統(tǒng)。

系統(tǒng)軟件設計流程如圖3所示。

圖3 軟件設計流程

4 系統(tǒng)測試

對家庭智能云安防系統(tǒng)的各模塊功能進行檢測：使用煙霧傳感器對空氣中可燃氣體的濃度進行檢測；使用溫濕度傳感器對家中的溫濕度進行檢測。

本設計所用的ZigBee管理系統(tǒng)的功能包括：查看終端設備的溫濕度、可燃氣體濃度數(shù)據(jù)，通過溫濕度趨勢圖與室內(nèi)正常溫度及氣體信息進行對比，及時發(fā)現(xiàn)異常，進行遠程控制，并提醒危險。

5 結 語

本文設計了基于STM32的智能安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅功能齊全，還能與其他安防產(chǎn)品聯(lián)動使用。本系統(tǒng)具有測量精度高，模塊數(shù)據(jù)處理有效性強等優(yōu)點，并且可以遠程通過云端觀察、控制，可靠性高，滿足了人們對智能安防的需求。