基于物聯網的智能家居安防系統研究

陳家敏，劉靜

（云南機電職業技術學院，云南昆明，650201）

1 家庭安防系統

所謂家庭安防系統實際上就是將相關安防設備安裝在居民的家中，然后通過相關終端與家庭中的設備相連接，這時用戶就可以通過相關智能設備對家庭的情況進行了解，如可以通過手機設備觀看家中情況，也可以利用移動設備去查看家中是否存在火災隱患，同時相關智能設備還可以對門窗關閉情況進行查看并報警。家庭數據終端可以通過網絡設備與用戶的電子設備進行鏈接，即便用戶在外地也可以通過網絡查看到家庭的情況，了解自己家庭中的各種情況。通過以上內容的介紹可以發現家庭安防系統主要的功能就是對家中的情況進行監控，一旦發現有燃氣泄漏風險和盜搶隱患會主動聯系用戶同時還會向110發出報警。目前我們可以接觸的智能家居安防系統主要有兩種，分別是有線連接和無線連接，但是通過分析用戶的實際使用情況來看，應用最多的還是無線安防系統，這一連接方式主要是借助紅外、無線通訊等方式來實現。一個完整的智能家居體系需要由多個設備和服務器構成。智能家居系統的核心是家居服務器，其作用就是協調各個設備之間的聯系和工作，確保所有設備可以做到緊密的配合；在家庭外部，要借助互聯網將各個設備鏈接在一起，使設備之間可以實現雙向的寬帶接入，這對提高其防火墻的能力有著很大的幫助，避免外界的設備和網絡進入到智能家居系統中。外部網絡對于智能家居安防系統來講具有十分重要的意義，其主要作用是為相關設備提供網絡支持，讓設備之間可以實現信息和數據的傳輸，目前使用較為廣泛的寬帶接入技術有XDSL、HFC、FTTH、ISDN等。

2 系統核心部件的研究開發

2.1 基于GSM/GPRS的報警及遠程遙控模塊設計

系統在實際的運行中需要建立在GSM和GPRS網絡基礎上，然后根據相關參數設置不同的遠程報警系統，如短信報警、彩信報警、Email報警和緊急求助功能等。本文主要介紹了GSM/GPRS兩部分核心內容。

(1)模塊結構及功能設計

這一系統中的報警及遠程遙控模塊主要有兩部分內容組成：①可以通過相關信號接收智能家居安防服務器發出的警報指令，然后根據警報的實際情況，設備會根據事先設計好的內容發出不同的警報，如APP報警、短信報警、彩信報警等；②接收用戶在遠方發出的指令，然后根據用戶發出的指令做出不同方式的布防，當相關操作結束后會通過信息或者圖像的方式告知用戶。在這個過程中用戶還可以根據自身的情況在遠方進行遙控，這種遙控能否順利的進行與其控制器和內部模塊的穩定性有著直接的關系，目前市場中使用最廣泛的控制器就是微控制器，相關設備和單元可以通過RS232接口與智能家居安防服務器連接在一起，使這些系統和設備之間保持緊密的聯系，當遠程指令下達后相關系統和服務器就會對信息和指令進行傳輸，同時微控制器將報警信息通過GSM網絡發送至指定號碼。如果安防控制區有視頻監控系統，這時微控器就需要借助I2C總線對視頻監控系統中的相關信息和數據進行讀取，最后通過GPRS網絡進行傳輸。多數系統模塊中都會設置音頻放大電路，這樣即便居民在外地或者在遠方也可以通過遠程控制模塊對相關相關區域進行了解和查看，并根據觀察到的情況在遠方下達相關指令，最后交由智能安防服務器進行執行。

(2)主要硬件的具體設計

智能家居安防系統在實際的運行過程中需要依靠華為公司的GTM900C模塊來開展相關活動。這一模塊的功能非常強大既可以實現語音和視頻的傳輸，還可以實現文字和遠程報警功能，這個系統中使用的GPRS模塊是一個單獨的CPU，這對提高GPRS網絡對相關數據的監督，確保系統具有較強的抗干擾能力，一旦報警器發出報警，相關設備和系統可以快速做出響應。

2.2 智能家居安防服務器的設計

現階段的智能家居安防服務器主要由六大部分構成，其中探測器具有非常重要的地位，它可以對安防環境的周圍情況進行全面的檢查，一旦發現異常會馬上通知相關報警設備并發出警告。系統的探測器主要可以分為三個部分，如門窗探測器、煙霧探測器、以及紅外探測器等。無論何種系統要想確保其具有較強的穩定性，首先要使用高品質的CPU單元，它可以確保整個系統保持高效的運行狀態，ARM主控模塊能夠滿足相應要求。ARM主控模塊還會帶有一個可以顯示圖像的屏幕，這一屏幕的尺寸一般會在1.61左右，并且屏幕上還會配有不同數量的功能按鈕。

2.3 手機客戶端監控軟件的開發

隨著科學技術的不斷發展，人們在開發智能家居安防系統的過程中會格外重視手機遠程端的監控，這樣一來用戶就可以通過手機對家庭的情況進行全面的了解和掌握。對此本文重點介紹了智能家居安防系統手機平臺客戶端的開發。

由于嵌入式系統與其他系統存在很大的不同，所以在實際的應用過程中必須要考慮到它的應用功能，要確保其具有較強的兼容性和穩定性，但是在實際的應用和選擇中，很多人員都存在考慮不到位的情況，造成J2SE和J2EE不具備兼容性特征。這一系統具有較強的拓展性和通用型，同時還支持I/O和網絡操作。雖然嵌入式設備資源非常有限，但是其在實際的設計中還設計了很多不同方式的鏈接接口。CLDC是一種通用的連接框架并將抽象類的程序從相關層面上展示出來。

以下是該框架的基本表達形式: .

Connector.open(”＜Protocol＞:＜ address＞s:＜Parameters＞”);

一些常用的連接表達方式:

HITP:

Connector.open(“http://www.sun.com”);

CommunicationPorts:

Connector. open(“comm:0;baudrate=9600”):

就J2ME程序來講，相關協議的綁定會在實際運行中完成。系統在實際的運行中會根據用戶的實際情況和方法提供一定的字符串，之后通過動態的方式記載相關協議類。

這種動態綁定的機制可以使系統在實際的運行中提供更多的可能。手機端程序主要是讓用戶用手機連接服務器，使用戶通過圖像的方式了解監控端的情況，然后根據自身的需求去選擇一個目標進行監控。在這個過程中用戶還可以根據自身的需求對監控的現場進行拍照，然后通過云端上傳到網上對圖像進行保存。

圖1 辦公室平面布局圖

2.4 實驗驗證

2.4.1 實驗環境

要想真實的展示出本文的探究內容，需要在一個真實的場景中開展探究與討論，對此本文選擇一個真實的會議室對智能家居安防系統開展探究，這個場景是一個長為41米，寬為30米的辦公室，辦公室的具體平面圖如圖5所示。會議室中的所有房間都裝有不同的智能家居安防設備和裝置，同時在重要的地點還裝有煙霧感應器和報警系統，在重要的房間中還裝有燃氣報警器，同時在個別位置還配有紅外傳感器、無線攝像頭及門磁等，這些設備與主機房門的智能主機相連接。

2.4.2 實驗過程

本文使用的設備是目前市場上主流的智能手機，其使用的系統是最新的安卓系統，在實驗開始前要在手機應用商店中下載智能家居安防監控軟件，之后在手機系統中對智能安防監控軟件進行設置，具體操作步驟如下:

①將所有智能家居設備連接到手機終端上，之后將其保存在手機上將相關監控功能打開并設防；

②將所有智能家居設備連接在一起，使其做到相互關聯；

③確保所有設備在正常運行狀態后，設置連接和訪問密碼；

④安裝智能主機相關配件，插入SIM手機卡。完成以上后，模擬如下兩個場景來測試系統功能:

①安防場景：開啟安防功能，之后所有人員離場作為設備檢測人員要重新進入到會議室內，穿過門廳、大廳到達廚房，人為觸動燃氣探測器，然后返回大廳人為觸動煙霧探測器，最后在另一門強行離開。

②智能家居場景：將相關電器和智能設備關閉，然后用手機遠程開啟這些設備。

2.4.3 實驗結果

當測試人員強行進入到會議室后，智能安防系統會進行報警并以不同的形式向相關人員發出警報，智能家居設備會馬上進入到工作狀態，并通過短信等方式告知操作人員相關操作已完成，這個過程中也會向手機端發送圖片和視頻。