基于物联网的智能家居安防系统设计与实现

姚 程，黄 帅，马 娜，许华一

(1.国网天津市电力公司 滨海供电分公司，天津 300450；2.北京国电通网络技术有限公司，北京 100070)

基于物联网的智能家居安防系统设计与实现

姚 程1，黄 帅2，马 娜2，许华一2

(1.国网天津市电力公司 滨海供电分公司，天津 300450；2.北京国电通网络技术有限公司，北京 100070)

针对智能化建筑中出现的智能安防的需求，文中基于以ARM1176为核心的S3C6140微处理器设计并实现了一种智能化建筑安防系统。通过各种硬件互联和架构，实现了括门禁控制、远程监控、移动物体定位、异常环境监控等功能。系统经实际运行验证，证明所设计系统可满足现代建筑的智能安防需求。

物联网；系统设计；ARM11176；智能安防

伴随着物联网一体化的出现，智能家居系统进入到人们生活当中。智能家居系统通过各种家居设备的有机结合、智能管理，使人们的生活更加信息化、智能化[1-5]。智能家居系统由智能灯管窗帘控制、智能安防、智能检测、智能门禁等多个功能组成。本文主要基于物联网技术实现智能家居中的安防系统[6-7]。本安防系统以各种类型的建筑物为依托，通过各种传感器、网络布线、多媒体连接，结合自动控制技术将住宅及周边设施相互关联，构建高效智能化管理系统，可有效提高建筑安全和生活效率。在智能化安防系统的实现中，采用传感器技术和信号处理技术，基本思路是通过传感器节点对建筑内的数据进行采集并实时处理，完成特定功能[8-9]。设计面向建筑物最为基础的安防需求，利用家用电脑、移动终端和外接服务器等设备，构建了个人家用的智能家居系统，实现了身份识别、环境监测、移动物体监测、远程监控等功能，通过实际测试验证了，可有效保障建筑物的安全。

1 总体功能模块设计

在进行系统设计的过程中，需考虑到随着硬件设备的发展，同时社会各阶层人群对于智能化安防的需求不尽相同，本文主要面向个人住宅的安全防护进行系统功能需求分析，将系统分为家居控制系统和家居安防系统两部分。家居控制系统提供系统管理员对智能家居系统内各部分的控制，家居安防系统提供系统基本的安防功能。实现的思路是：本系统通过传感器监控室内环境，通过传感器技术完成对住宅环境信息的获取，如红外感知、温度感知、湿度感知和光强度感知等，并将感知获得的数据信息通过ZigBee网络传送至中央控制器完成各种信息的处理。系统功能架构，如图1所示[10]。

图1 系统功能模块

2 系统实现

2.1 硬件实现

ARM11系列微处理器是ARM公司近年来推出的采用新指令架构的新一代RISC处理器，该处理器采用ARMv6的指令架构，定义新的指令集、编程模式和新的接口，增强了音频处理能力、减小了系统开销，同时异常和中断处理能力大幅度加强，在智能化建筑安防系统中有广泛的应用[11-13]。本智能安防系统的中央控制器采用ARM1176为核心、型号为S3C6140的微处理器，支持NAND和SD双卡启动，本设计核心有集成好的ZigBee传感器模块、GSM/GPRSZ通信模块。同时，有充足的外围接口，支持WiFi、3G、GPS等通信模块的扩展；WSN网络采用ZigBee协议传输通信，各个子系统的控制通过凌阳单片机SPCE061实现[14-15]。系统硬件框架，如图2所示。

图2 系统硬件架构

在硬件连接时用COM1连接门禁控制模块，USB接口连接WSN模块、门禁摄像头、麦克风和网络摄像头，中央控制计算机通过无线网卡和无线路由器连接。并通过无线路由器汇聚ZigBee节点，最终完成硬件互联。

2.2 基于ZigBee的传感器网络设计

本系统通过传感器技术完成对住宅环境信息的获取，如红外感知、温度感知、湿度感知和光强度感知等，并将感知获得的数据信息通过ZigBee网络传送至中央控制器完成各种信息的处理。ZigBee协议是本传感器网络实现的基础。其网络协议架构，如图3所示。

图3 ZigBee协议架构

ZigBee广泛应用于近距离、低功耗、低复杂度的双向无线通信中，工作在868 MHz、915 MHz、2.4 GHz。本文基于TI公司的CC2530解决方案，省去了布线的麻烦。CC2530是应用于IEEE802.15.4、ZigBee和RF4C3的片上系统解决方案，具有低功耗、运行模式间转换便捷等优点。ZigBee协议包括物理层、MAC层、网络层和应用层等。ZigBee协议栈将各层协议集合，给用户提供API直接调用。

此外定位技术也是本系统实现的基础，通过硬件互连和相应的软件配置，其可为位置服务提供准确的经纬度、时间信息，显示地图、日历等信息。GPS以定位技术为基础，实现在终端上GIS地图的显示、区域控制、距离计算等功能，保证建筑系统中贵重物品、资源的安全。

3 结束语

本文面向智能化建筑，基于以ARM1176为核心的S3C6140的微处理器，通过家用电脑、移动终端和外接服务器等设备互连，构建智能化安防系统，基于物联网技术实现智能家居中的安防系统。本安防系统以各种类型的建筑物为依托，通过各种传感器、网络布线、多媒体连接，结合自动控制技术将住宅及周边设施相互关联，构建起高效智能化管理系统，可有效提高建筑的安全性。

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Design and Implementation of Intelligent Home Security System Based on Internet of Things

YAO Cheng1，HUANG Shuai2，MA Na2，XU Huayi2

(1. Coastal Power Supply Branch，State Grid Power Company of Tianjin, Tianjin 300450, China;2. Beijing State Power Network Technology Co., Ltd., Beijing 100070, China)

With the development of modern communication, Internet of things and sensor technology, in order to satisfy the requirement of Home intelligent security,a smart home system based on Internet of things isdesigned in this paper, realizing theaccess control, remote monitoring, moving object location and abnormal environment detection. After the test of the system, we can make sure thatour system canmeet the needs of residential intelligent security.

internet of things; system design; ARM1176; intelligent security

2016- 05- 04

姚程(1988-)，男，硕士，工程师。研究方向：智能电网等。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.03.029

TP399

A

1007-7820(2017)03-104-03