基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

佟冬 吉林建筑大學城建學院

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

佟冬 吉林建筑大學城建學院

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，科技水平不斷提升，物聯(lián)網(wǎng)技術也得到了全面發(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(tǒng)性、安全性更加注重。對于家居行業(yè)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(fā)展行為進行合理科學分析和優(yōu)化設計，才能全面滿足現(xiàn)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(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)課題進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) 設計 實現(xiàn)

傳統(tǒng)的智能家居安防系統(tǒng)在安全性、可靠性和科學性等方面還存在很多的不足，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的全面發(fā)展，在智能家居安防系統(tǒng)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(wǎng)絡化綜合管理，從而實現(xiàn)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(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，充分利用網(wǎng)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(xiàn)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(huán)境氛圍。智能家居安防系統(tǒng)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(tǒng)的智能家居安全系統(tǒng)設計簡單，主要是通過計算機系統(tǒng)將監(jiān)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(tǒng)設計，一旦發(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的家居智能安防系統(tǒng)在系統(tǒng)布線、日常維護、操作和可靠性等方面的不足日益顯現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術的出現(xiàn)給智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化設計帶來了新的發(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。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術基本內(nèi)容分析

物聯(lián)網(wǎng)最早是在1998年提出來的，是指通過運用射頻識別、二維碼、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等方法，將物品和網(wǎng)絡進行連接，進而對數(shù)據(jù)進行實時動態(tài)收集、分析和整理，從而對目標區(qū)域進行遠程操控的一個系統(tǒng)。簡單地說，就是以互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)絡為基礎，通過信息傳感設備，利用ZigBee等協(xié)議，將物品和互聯(lián)網(wǎng)有效連接以此實現(xiàn)定位和監(jiān)控的系統(tǒng)。通常物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)分成三個層面，分別是感知層、網(wǎng)絡層、互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)關、傳感器節(jié)點、RFID感應器、RFID標簽、接入網(wǎng)關、智能終端等。網(wǎng)絡層主要是對異構網(wǎng)絡實現(xiàn)互相聯(lián)通以及進行儲存和存儲，涉及云計算平臺、移動通信網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、信息中心網(wǎng)管中心等。應用層主要是進行數(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)技術應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，比如比較容易進行安防系統(tǒng)布線，操作簡便，易于維護，通過利用無線傳感器網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點進行信息高速處理等，一旦發(fā)生異?，F(xiàn)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(shù)據(jù)實現(xiàn)對感知區(qū)域的監(jiān)控，同時在安全性、可靠性和低廉性等方面優(yōu)勢明顯。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)結構分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)結構，以物聯(lián)網(wǎng)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(fā)。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，讓家居無線傳感器網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控終端分別和物聯(lián)網(wǎng)結構的三層體系進行一一對應和互相連通，從而使監(jiān)控設備與網(wǎng)絡連接在一起，進而對家居安防實現(xiàn)智能化全程遠程監(jiān)控。最基礎層面家居無限傳感器網(wǎng)絡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，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(wǎng)絡的重要節(jié)點，采用無線組網(wǎng)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(jiān)控等傳感器設備發(fā)送的信息，從而實現(xiàn)遠程監(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)絡向手機客戶端用戶發(fā)送報警信號或者傳輸命令等，同時把現(xiàn)場信息直接傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)服務器中斷，這樣家庭用戶就能夠在監(jiān)控設備上滿足需求，該層面主要包括中心協(xié)調(diào)器、ZigBee無線通信網(wǎng)絡、以太網(wǎng)構成。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)的具體設計與實現(xiàn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)的具體設計，主要是根據(jù)客戶需求和物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)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(huán)境自動控制模塊等?；谖锫?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，設置的子系統(tǒng)包括中央控制、無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測、廚房、門禁、移動物體定位、遠程監(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)是整個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)，進而將中央控制子系統(tǒng)和使用設備之間實現(xiàn)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(jiān)督、控制和保護的作用。

4.2 無線傳感器網(wǎng)絡監(jiān)測子系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要設計初衷是為了實現(xiàn)傳感實時動態(tài)監(jiān)測，運用傳感設備的高度靈敏性，對周邊的環(huán)境進行感知，并進行數(shù)據(jù)采集，利用ZigBee網(wǎng)絡技術，將信號傳達至中央控制系統(tǒng)，進而實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的分析，一旦發(fā)現(xiàn)有問題，將會立刻進行反饋，形成操作命令參數(shù)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(nèi)會形成無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)，從而按照既定的協(xié)議程序進行數(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(tài)自動化檢測，具體在可疑可能發(fā)生危險的位置設置傳感器進行檢測，并與中央控制系統(tǒng)進行有效關聯(lián)，當發(fā)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(shù)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(fā)生的可能性。

4.4 門禁控制子系統(tǒng)

該環(huán)節(jié)主要是為了對用戶的居住室內(nèi)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(xiàn)人臉識別等，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備將獲得感應的信息等按照既定程序和路徑傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，從而對數(shù)據(jù)進行分析處理和反饋，發(fā)現(xiàn)問題或者無法識別的信號給用戶以警示，實現(xiàn)用戶手機客觀端和家庭門禁系統(tǒng)的有效關聯(lián)。

4.5 移動物體定位子系統(tǒng)

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(jiān)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(lián)，在這些關聯(lián)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(xiàn)通信信號關聯(lián)。

4.6 遠程監(jiān)控子系統(tǒng)

主要是根據(jù)用戶的需求，對需要了解的室內(nèi)家居的具體情況和位置等處進行攝像頭安裝，從而實現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)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(jié)點、中心協(xié)調(diào)器硬件部分進行設計，軟件設計部門主要包括終端節(jié)點軟件、中心協(xié)調(diào)器軟件兩大模塊，基于上述設計功能，從而進行系統(tǒng)性設計和組合，進而對用戶家居情況進行全程實時動態(tài)監(jiān)控，最大限度地保護的利益不受損。

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

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)設計完成之后需要進行組裝和整體性能聯(lián)網(wǎng)測試，針對發(fā)現(xiàn)的問題或者不順暢的環(huán)節(jié)進行理順或者改造，以用戶滿意為最終目的，實現(xiàn)既有功能。系統(tǒng)測試主要是引入ZigBee協(xié)調(diào)器，將連接端口插入SIM卡3G系統(tǒng)后和家庭用戶的計算機進行關聯(lián)，并實現(xiàn)有線路由器、無線路由器和計算機系統(tǒng)同時連接，進而形成有效連接網(wǎng)絡。

當然在實現(xiàn)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(xiàn)順暢連接。另一個是在運行傳輸效率等方面進行優(yōu)化提升。由于受到硬件和軟件系統(tǒng)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(xiàn)延時，因此必須要進行系統(tǒng)設計和規(guī)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(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)設計與實現(xiàn)是一個系統(tǒng)的、復雜的過程，需要運用多種硬件和軟件設備等，在數(shù)據(jù)采集、分析、處理、傳輸?shù)确矫嬉约坝脩粜枨?、費用等方面也要進行綜合考慮，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)，實現(xiàn)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。