智能家庭安防预警系统的设计

王迪 李世明

摘要：智能安防系统是智能家居系统中较为重要的子系统，本文运用Arduino开发板、WiFi无线模块设计了一种智能家居安防系统。利用无线网络实现远程通信，综合实现了家居信息采集、远程报警等功能，可广泛应用于防火防盗、安全监控和安防等领域。

关键词：智能安防；无线网络；信息采集；远程报警

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：2095-2163（2016）02-

Design of intelligent home security warning system

WANG Di，LI ShiMing

（Computer science and information engineering college，Harbin normal university， Harbin 150025，China）

Abstract： Intelligent security system is an important subsystem of smart home system，an alarming system based on Arduino board and WiFi is designed. The paper uses the wireless network to realize the remote communication ，and comprehensively implements the household information collection， remote alarm functions，which can be widely used in fire alarm，guard against theft，security monitoring，security and other fields.

Keyword： intelligent security；wireless network；information collection；remote alarm

0 引言

随着信息技术的逐步发展和物联网行业的兴起，智能家居的研究也成了一个热点问题[1]，同时，随着社会的不断进步，科学技术、经济的不断发展，人们的生活水平日渐提高。而在现实重点关联中，人们对居住环境即已提出了不同以往的高端、强档要求，具体就是住宅不仅要便利、舒适，而且要更高度安全。智能家庭安防预警系统以及环境安全问题也就必然成为人们幸福安居切实相关的重要研究内容。近年来，防盗报警装置以及环境监测系统已成为银行、商店、办公室、居民区、宾馆、库房、住宅等场所普遍应用的设备，为维护社会治安、保障国家财产和群众的安全发挥了重要作用[2]。但是由于经济、技术的各种原因，目前防盗报警系统以及环境安全监测系统的设计不尽合理的情况比较普遍，在信号检测、信号处理上面还存在一定问题，致使一些系统经常出现误报或者漏报。为了提高人们的生活质量，将两大系统结合以及完善是十分必要的[3-4]。

1 系统工作原理

本设计是为了满足现代人们对住宅的防盗需要以及环境监测需要而设计研发的智能家庭安防预警系统，跟以往的家庭应用系统相比，本系统不仅能防盗，而且能检测室内环境是否对人体健康产生危害。为此，该系统不仅可以用于单一的住宅区，更可以用于规模较大的住宅区。设计中使用了Arduino作为信号处理器，这样有利于实现与计算机的连接，有助于先进、统一管理，而且还能实现无人监控，自动报警，使整个小区的基本状况、信息资料等在计算机内存储起来，方便用户和安保人员的查询与执行操作[5]。

随着物联网技术的发展以及智能家居的普及，智能家庭安防预警系统必然会进入千家万户，成为每家每户的一个必备家具设计，可以解决安全防盗的问题，将险情消灭在萌芽状态，这样不仅保证了居民的生命财产不受损失，同时还可以让人们安享更为健康的生活[6-7]。

文中研究系统可以分为硬件子系统和软件子系统2部分。其中，硬件子系统使用了Arduino DUE、WIFI、电子锁、UPS、RFID以及多种传感器等器件。其工作原理为：

（1）当合法人员进入时，采用RFID进行用户身份认证；人体红外感应模块用来检测人体与门的距离，当非法人员进入某特定区域并且超过设定时间，则通过短信模块通知用户，门上的摄像头即刻传输拍摄的非法人员的影像，室内报警器也发出警报声。

（2）在窗户上安装红外对射管，判断从此途径的非法入侵，发短信进行报警，室内报警器也发出警报声。

当室内有特殊情况（如：火灾、有毒气体泄漏等）发生时，PC将传感器采集的数据进行综合处理，发生异常时报警并通知用户。而且还会将家居中的门与窗户均加入红外对射管，通过检测窗户打开时的运动状态，判断是否为非法入侵。

在此基础上，软件子系统则可分为控制系统、传感器数据采集、数据处理、云及显示界面。其工作原理为：用户在通过合法身份登录后，即可在界面上读到传感器所采集的信息，就会得知室内情况及门窗此时的开关状态；PC对传感器采集的数据进行处理，并传至云平台。

2 系统设计与实现

2.1 硬件子系统

2.2 软件子系统

将Arduino开发板与传感器相连，通过X-CTU配置用XBee无线模块读取传感器数据上传至PC，由PC进行数据处理分析。用户交互界面通过使用Struts2在MyEclipse开发平台上实施软件功能开发，并将网关的数据显示到用户界面上。软件系统的流程图3所示。

3 系统功能

3.1防盗功能

（1）进户门方位的防盗

采用红外移动探头监测非法人员的靠近，一旦有人员进入某特定区域并且超过设定时间，摄像头立刻拍摄并传输其影像，同时室内报警器报警；在保持传统的开门方式基础上，采用RFID门禁系统对进入者进行身份认证，若为非法人员则报警器报警，同时发送短信通知用户和物业。若门卡丢失，业主也无需紧张办卡，增强了门禁的安全性。

（2）窗口方位的防盗

采用红外对射管监测试图通过窗户进入室内的非法人员，采用玻璃破碎传感器监测入侵者对窗户的破坏，室内报警器均发出警报声，同时向用户和物业发送短信。

3.2家庭环境安全的监测

该系统通过各类探测器对家庭重要地点和区域布防，这些探测器可分为门磁、门窗闭合器、燃气泄漏报警器、烟雾传感器、红外移动探头、紧急按钮等。现将各类探测器介绍如下：

（1）UPS：在停电时自动开启，给系统供电；

（2）门磁感应器：主要装在门户及门框上，当有盗贼非法闯入时，家庭主机报警，管理主机会显示报警地点和警情性质；

（3）人体红外感知器：主要装在窗户和阳台附近，红外探测非法闯入者。另外，较新的窗台布防采用“幕帘式红外探头”，通过一层隐蔽的电子束来保护窗户和阳台；

（4）玻璃破碎传感器：装在面对玻璃位置，通过检测玻璃破碎的高频声而报警；

（5）燃气泄漏报警器：安装在厨房或洗浴间，当煤气泄漏到一定浓度时而报警；

（6）烟雾传感器：一般安装在客厅或卧室，检测家居环境烟气浓度增至一定量级时而报警；

（7）雨滴传感器：一般安装在窗户上，当窗外下雨时，窗户自动关闭；

（8）紧急求助按钮：一般装设在较隐蔽地方，家中发生紧急情况（如打劫、突发疾病），直接向保安中心求助。

3.3预警通过三种方式联合实现

（1）报警：系统检测到疑似危险信息，自动启动报警器提醒业主或工作人员；

（2）短信报警：家庭物联网网关根据检测到的危险信息向用户手机自动发送报警短信；紧急情况下将短信同时转发给物业人员或社区人员；

（3）全国安防客服协助报警：当业主无法报警时，可以短信或电话联系安防系统全国客服人员，请客服人员代为报警并协调处理；

（4）拍照或录像取证：对于疑似凶险人员进行拍照或录像，以保留证据。

4 结束语

一套完善的智能家居安防报警系统可确保每一个用户的生命财产的安全。本系统是利用各种传感器、探测器及执行器共同构成家庭生活系统，基本实现了现代家居所必需的功能，集家庭安防报警、智能门禁、手机远程监控、远程视频图像监控于一体，是家庭生活系统中的"大脑"。

参考文献：

[1]江丹丹，唐煜程，唐冬. 一种基于ZigBee及GSM混合网络的轻智能家居安防系统设计[J]. 现代电子技术，2015，38（3）：6-8+12.

[2]张红琴，夏婷. 基于物联网的智能家居系统设计[J]. 物联网技术，2013（7）：62-64.

[3]梁连伟，李钦，张彪，等. 智能家居安防系统[J]. 传感器世界， 2013， 19（1）：27-31.

[4]张文海. 浅析基于ZigBee的智能家居安防系统[J]. 网络安全技术与应用，2014（7）：57+59.

[5]张玉亮，苏宇，李嘉伟，等. 基于无线传感网络的智能家居安防系统[J]. 物联网技术，2015（6）：28-31.

[6]王鸿铭，赵敏. 物联网技术在智能家居安防系统中的应用[J]. 信息技术与信息化，2014（6）：191-192，168.

[7]郑哲坚. 面向智能家居的安防系统的设计与实现[D].广州：华南理工大学，2014.