物联网技术在安防系统中的应用

张慧丽 张国锋 李晓洁 王晓燕 张姝 孙泽裕

摘要：为了协助人力来实现防火、防盗、报警应急措施，设计一种基于物联网智能安防系统的方案。在该方案中，利用zigbee节点完成无线传感器的数据收集，利用zigbee网关接受节点发送来的数据；利用串口或wifi传输数据到上位机或移动设备，控制设备判断数据是否超出值域，从而决定是否发出警报，并把数据存入数据库；每隔一段时间采样zigbee节点的数据，如果数据库达到上限，则清空数据库。该智能安防系统可根据不同需求增减zigbee节点数，并按客户需求定制所需模块，保证了智能安防系统的可移植性。

关键词：zigbee；智能安防；数据采集；物联网

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）06-0230-02

物联网技术是智能安防系统的基础，利用物联网技术协助人力来实现防火、防盗、报警应急措施。本系统中应用了物联网技术中的部分技术，通过无线传感器技术、zigbee技术实现智能安防的效果。本文研究设计一种智能安防系统，达到智能化安防目的。

1 物联网技术

物联网技术是智能安防系统的基础，利用物联网技术协助人力来实现防火、防盗、报警应急措施。本系统中应用了物联网技术中的部分技术，通过无线传感器技术、zigbee技术实现智能安防的效果。本节主要讲述物联网相关技术。

1.1 物联网核心思想

物联网的核心思想是在Internet基础上，利用Zigbee技术、无线射频识别RFID技术、无线数据通讯技术等技术建立的一个能够使用全球物品信息实时共享的网络系统。物联网就是在各种建筑设施、各种管道以及家用电器等各种物理实体上嵌入感应器和装备，通过互联网把这些物理实体连接起来，感应器和装备中安装有程序，从而实现对这些物理实体的远程控制。人们使用控制中心计算机通过物联网可以管理和控制分布到不同地点设备、机器和人员，并且通过更加细致和动态的方式来优化人类社会的生产生活，从而实现物理世界与人类社会的和谐相处与有机融合。

目前，物联网因其巨大的应用前景而广泛地受到各国政府、学术界以及工业界的重视。根据美国独立市场研究机构FORRESTER预测，世界物联网相关技术和应用的市场价值到2020年将达到万亿级，到那时世界物联网的业务量将会大大超过现有互联网的业务量。

1.2 物联网的结构组成

物联网是指在现实世界的物理实体中嵌入具有一定感知能力、计算能力和执行能力的芯片和软件。感知、传输和处理是物联网的三个关键环节。物联网各组成的部分分工协作、有机结合实现物与物之间的沟通。目前在业界物联网的体系结构大致认为有三个层次：感知层，网络层，应用层，如图1所示。

感知层位于物联网层次模型架构的最低层，具有全面感知的能力。它相当于物理接触层，是物联网应用与发展的基础。该层主要用来通过各种技术手段将采集到的现实世界的物理量经过调制、编码等信息处理技术处理后转化为虚拟世界可处理的数字化的数据。在感知层主要使用的设备有传感器、摄像头，RFID网络层的主要作用是负责把感知层感知的数据进行传送，实现控制信息和感知数据的双向传送，在物联网的体系结构中，网络层位于层次模型的中间。物联网的网络层包括网络的管理中心、通信与互联网融合网络等。网络层解决的是感知层所采集到数据传送到其他地方尤其是远距离地方的问题，使感知层感知到物理实体的数据能够通过网络层进行安全可靠地进行传送。物联网与互联网能夠之间能够通过各种不同接入设备相连接。此外网络层可以进行信息网格管理和存储查询。网络层管理采集来的数据。应用层将物联网技术与行业专业系统相结合利用经过处理的感知数据为用户提供丰富的特定服务。

2系统需求分析

本论文设计的智能安防系统主要包括：安防区域温度信号采集分析、安防区防盗入侵、烟雾信号采集分析放火灾、网络控制切断电源。安装在安防区域的门窗、厅堂等场所的各种无线传感器，通过zigbee节点把数据上传到zigbee网关，zigbee网关再通过串口、wifi把采集到的信息上传到上位机，以备查看信息或实施控制。

在需要布控的区域安放无线传感器，利用温度传感器搜集周边环境温度信号，以此判断是否有火情信息。在贵重物品看管或房屋入侵方面，利用红外传感器探知是否有人入侵，以此保证贵重物品或房屋等场所的安全。可以全程访问各种信号，并对搜集的数据进行分析处理。

3网络架构设计

3.1网络拓扑结构的设计

Zigbee网络拓扑结构有三种类型：星型、树形、网络型。本系统采用星型网络拓扑结构，在布控地点安放zigbee节点，在各个zigbee节点周围寻找合适位置安放zigbee网关。

智能安防系统的网络设计方案采用星型方案，zigbee网关负责收集zigbee节点传来的信息，zigbee网关具有wifi功能，把收集到的数据通过wifi传到上位机或手机、平板设备中，上位机或手机、平板设备的软件对收集来的各种数据进行整理分析，发现超出值域的就会报警，如图2所示。

3.2 节点设备的选择

智能安防系统的网络设备包括三个部分：第一部分，zigbee节点负责收集各种信号，板载资源包括烟雾报警传感器、温湿度传感器、红外信号传感器等各种安全类的传感器，根据需要选择相应的传感器，zigbee节点的处理器芯片选择的是CC2530；第二部分，zigbee网关负责收集zigbee节点传来的数据，并把数据通过串口或wifi传输到上位机或手机、平板设备上，Zigbee网关选择的处理器芯片是CC2530，zigbee网关的wifi通信模块选择低功耗WIFI芯片ESP8266；第三部分，上位机负责收集整理数据，也可以开发对应的Android软件。

处理器芯片选择CC2530，该芯片是2.4GHz 的CC253x 片上系统解决方案适合于广泛的应用，它们可以很容易建立在基于IEEE 802.15.4 标准协议上面。CC253x性价比较高，适合应用在大量的zigbee网络节点，结合了RF收发器的功能，增强型8051，系统内部配有可编程Flash，8KB RAM及其它功能。CC2530有多种运行模式，使得它非常适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保低能源消耗。CC2530最小系统的设计包括的外围模块包括：复位电路、振荡电路。

4软件设计

智能安防系统的软件设计包括两部分：上位机台式机软件设计、移动设备APP设计。无论哪种设备的软件，后台模块软件流程图3所示。

5结束语

本文主要利用zigbee节点完成无线传感器的数据收集，利用zigbee网关接受节点发送来的数据，并利用串口或wifi传输数据到上位机或移动设备，控制设备判断数据是否超出值域，从而决定是否发出警报，时钟每隔1分钟采样一次zigbee节点的数据。该项目是我校科研项目“物联网技术在安防系统中的应用（No.20140510）” 研究成果。

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