基于物联网技术的家庭防盗硬件监控系统设计

池雄飞++张科强

摘 要

提出一种基于物联网技术的家庭防盗硬件监控系统。该系统以压电式玻璃振动传感器、被动式红外报警传感器及CCD成像传感器等模块组成信号采集电路，通过以ZigBee CC2530为芯片的智能无线传感网络（WSN）将各传感器连接实现信息通信，将WSN与家庭无线路由器、Internet和3G网路互联构建物联网防盗硬件系统，实现终端用户的远程监控。

【关键词】ZigBee 传感器 防盗监控 物联网

经济社会的迅猛发展，人们对生活质量的期望越来越高，当今家庭防盗监控系统存在诸多缺陷，如有线传输安装、使用不便，监测实时性不强及远程操控性差等缺陷，已不能完全满足人们的需求。为了进一步增强家庭生活的安全性和便利性，提出基于物联网技术的家庭安防监控系统，有效的防治了非法人员的入侵，同时系统发送信息或图像及时告知终端业主，有效保障业主生命财产安全，改善了人们的生活质量。

1 家庭防盗监控系统架构设计

现代家庭智能防盗报警系统的特点有：双向通讯、免布线、移动灵活、实时性强和扩展方便等，基于以上要求，本硬件系统由传感器模块、智能无线传感网络（WSN wireless sensor networks）和无线路由器及3G外围网路三部分组成。防盗传感器负责采集外部入侵者信号，并将采集到的信号转换为无线信号反馈给WSN，WSN接收到报警信号后经处理再将信号通过家庭无线路由器发送给3G网络，最终业主由终端手机或工作桌面接收到报警信号。该系统的智能无线传感网络（WSN）采用Zigbee CC2530控制芯片传输和处理信息，是系统的核心部件，负责和家庭无线路由和3G网路双向通信。系统结构如图1所示。

2 硬件系统设计

2.1 电源系统设计

基于系统特点，电源采用输出效率高的开关型电源芯片LM2596-5，此电源输入12V直流电压，输出有：3.3V、5V、12V及可调（-ADJ）等多个电压档次，3A电流。电源包含固定频率为（150KHZ）振荡器和基准1.23v的稳压器，并有较完善的保护电路、电流限制电路、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。可很好满足本系统电源设计，电源输出效率高，集成度较高，简单易用。

2.2 压电式玻璃振动传感器设计

考虑可疑人员破坏窗户玻璃进入家庭时，系统可在玻璃面上装设一压电式玻璃振动传感器。将高分子压电测振薄膜粘贴在玻璃面上，可以感受到玻璃破碎时会发出的振动，并将电压信号传送给报警系统，该系统实时将报警信号通过Internet和3G网络给终端客户。

压电式玻璃振动传感器利用压电元件对振动敏感的原理来测量触碰玻璃和破碎玻璃时产生的振动波。为了提高报警器的精度和抗干扰能力，传感器的输出电荷经放大再通过带通滤波、比较电路控制报警装置发出报警信号。

2.3 被动式红外报警传感器设计

若可疑人员通过破坏门禁进入家庭时，系统应在门外3米处通过被动式红外报警传感器探测陌生人的闯入，这时红外报警传感器发出报警信号、发送该信号给终端用户，同时启动CCD成像传感器捕捉人脸信号并发送此图像信号给用户。此传感器主要通过外界红外能量的变化判断是否有物体在移动。在常温条件下，任何物体都有辐射。物体的温度越高，红外辐射就越强。被动式红外探测器的组成由光学传感系统、热红外传感器及报警控制模块等部分组成。其核心部件是红外探测器件。该探测器由于探测性能好、价格便宜、易于安装、被广泛应用于家庭防盗控制系统中。

2.4 CCD（电荷耦合器件）成像传感器设计

在被动式红外报警传感器检测到有陌生人进入时，CCD成像传感器立即启动并捕捉人脸信号，同时把该信号通过WSN模块发送给终端用户。传感器的电荷耦合器件（CCD）是典型的固体图像传感器，它主要由MOS型集成电路构成，并与光敏二极管阵列集成为一体，组成有自扫描功能的电荷耦合器件图像传感器。

CCD成像传感器具有光生电荷以及积累和转移电荷的多种特性，取消了光学扫描模块和电子束扫描模块，从而大大的降低了再生图像的失真。CCD成像传感器由多个光敏区排列成一个方阵，且以一定的组织形式连成一个器件，课获取量大信息，能处理复杂的图像。

2.5 ZigBee网络设计

一个ZigBee的网络最多可包括255个ZigBee网路节点，其中一个是主控（Master）设备，其他则是从属（Slave）设备。采用ZigBee CC2530芯片和压电式玻璃振动传感器、被动式红外报警传感器、以及CCD成像传感器等模块构建终端采集节点构成ZigBee智能无线传感网络（WSN），此网络通过与家庭无线路由器、Internet、3G基站及用户手机构成无线网络通信平台，实现家庭防盗的监控。

3 结束语

主要介绍基于物联网技术的家庭防盗硬件监控硬件系统的各种传感器电路设计，智能无线传感网络（WSN）设计及与终端设备的相互通信等。本系统已经过简单的测试，整个系统就采集数据、信息处理、收发数据比较稳定，可作为常用家庭防盗硬件选用。

参考文献

[1]彭瑜.低功耗、低成本、高可靠性、低复杂度的无线电通信协议ZigBee[J].自動化仪表，2005（05）.

[2]刘小波.自动检测技术[M].北京：清华大学，2012（02）.

[3]张栋.ZigBee无线传感器网络路由协议研究与优化[D].济南：山东大学，2009.

作者简介

池雄飞（1977-），男，内蒙古自治区包头市人。硕士学位。现为鄂尔多斯职业学院讲师。主要从事自动化研究。

作者单位

鄂尔多斯职业学院 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017200