基于互联网+的智能家居安防管理系统

漆 晶，张 润，袁 浩，甘 果

(重庆邮电大学，重庆 400065)

基于互联网+的智能家居安防管理系统

漆 晶，张 润，袁 浩，甘 果

(重庆邮电大学，重庆 400065)

设计了一套基于物联网和云平台的家居安防智能化管理系统，该系统通过使用传感器技术监测相关参数，利用云平台管理技术，针对不同的用户开放不同的权限，用户可在PC机和手机APP上查看不同的数据及小区物业的安防状态，从而根据实际情况对突发意外情况进行及时有效处理，实现科学、高效和安全的管理。使用无线充电技术给各节点传感器供电，打破传统的有线供电方式，易拆易卸，DIY式设计，美观大方，使用便捷，便于普及。

物联网；云平台；无线充电；家庭DIY式；实时监测；运程控制

0 引言

经调查研究发现，在实际工作中发生的矛盾纠纷，很大程度上是源于缺乏有效沟通。对于传感器传统的供电方式，如锂电池、干电池或者是有线式供电，常常有安装不方便、排线复杂、不美观、系统更新不便捷，以及电池用久了忘记充电导致隐患等问题的出现导致智能家居安防系统很难普及。

为提高业主生活质量为目的，着力推动物业管理服务市场化和物业产业企业化。通过对多个物业小区管理机制的研究，提出智能化、信息化的管理方式，促进业主和物业之间进行及时有效的沟通交流，更好地服务于业主的云平台物业管理系统。

针对不同的家庭，不同的防盗需求，贴身打造设计家庭DIY式智能安防系统，漏水报警、漏煤气报警、火情报警、门禁、盗窃事件报警等服务，灵活性强，便于普及，高效智能，科学规范，可从根源上彻底解决家居安防系统无法大面积普及的问题。

1 系统总体设计

本系统使用stm32f103作为主控，通过USART0与WIFI-ESP8266芯片进行通信，使用WIFI芯片连接互联网从而接入云平台；通过硬件dht11，采集湿度参数；通过自行设计的无线充电电路对各节点传感器进行供电；通过ADC对气体传感模块的模拟量进行采样，得出相关参数；使用红外传感模块通过与主控CPU以及物联网云平台进行通信，实现防盗功能。APP部分使用云平台给出的API接口使用HTTP协议进行功能的实现,系统整体结构图如图1所示。

图1 系统整体结构图

2 硬件设计

硬件结构设计如图2所示，其主要分为以下几部分：

① 微控制器选型：stm32f103。

② 无线收发模块：本模块以ESP8266芯片为核心，通过对外围电路的设计，基于802.11标准，搭建无线局域网，各配备无线网络接口的计算设备工作站点通过连入无线网络，接收网络命令，并发送给主控CPU，传送数据，完成无线通信。实现本系统相关参数的传输、控制与监测功能。

③ 无线充电模块：通过采集太阳能和电磁能，将其转换成电能，为各传感器节点供电。

④ 红外检测模块：HR-SR501是基于红外线技术的自动控制模块，使用双元探头，在工作过程中，当人进入其工作范围，模块输出高电平，人离开该范围，自动关闭高电平，输出低电平。在夏天，当环境温度升高至30～32℃，探测距离稍变短，温度补偿可作一定的性能补偿。系统引入该模块，检测无人状态的时候，是否有人私闯户主生活区域，通过数据的处理分析，向客户端以及管理端反馈结果，智能高效安全。

⑤ 湿度检测模块：DHT11数字温湿度传感器，含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，使用单总线协议，一次可以传送40位数据。

图2 硬件结构框图

⑥ 烟雾传感器模块：MQ-2是一款旁热式烟雾传感器，在较宽的浓度范围内对可燃气体有良好的灵敏度，使用寿命长、价格低廉，开发成本低，供电电压5.0 V，通过ADC采样，检测烟雾值并把比对结果发给主控单片机，实现烟雾检测。

⑦ 压力传感模块：该模块集成电阻应变片，滤波电路，信号放大电路，AD转换电路，压力变化，房屋墙壁出现裂痕等情况引起应变片发生一定程度的形变，阻值改变，通过电路处理，得到稳定有效的模拟信号，AD转换后，将对应的数字信号通过后续相关通信电路上传CPU以及云服务平台，完成相应的功能效果。

2.1 无线收发模块

ESP8266基于802.11标准，可以使用STA、AP和STA+AP 3种工作模式，超低功耗，工作的时候可以实现串口透传功能、PWM调控功能、GPIO控制功能，将路由器连入互联网，实现手机、电脑直接与模块通信，使用TCP/IP协议实现局域网无线控制。

2.2 无线充电模块

通过采集太阳能和电磁能，将其转换成电能，为各传感器节点供电。

2.2.1 电磁换能器模块

利用载流导线周围的磁场能以及空间里存在的电磁能，通过电路设计，将其转换成电能，给系统各用电电路模块供电，绿色环保，节能减排，同时打破传统的有线供电模式，便捷美观。

2.2.2 太阳能充电模块

太阳能充电器是将太阳能转换为电能以后存储在锂电池里面，锂电池通过存储电能给各节点传感器供电，一般由太阳能光电池、锂电池和调压元件3个部分组成。图3为移动电源同步升压原理图，图4为太阳能电池供电原理图。

图3 移动电源同步升压原理图

图4 太阳能电池供电原理图

2.3 红外检测模块

HR-SR501是利用红外线技术的自动控制模块，本模块电路由BISS0001、RE200B以及有关的外围电路构成，RE200B是一种热释电红外传感探头，使用热释电材料，对温度的变化特性进行极化，从而可以对人体的信号进行准确探测。利用双灵敏元互补的方法，抑制温度变化带来的干扰，从而提高模块的工作稳定性。BISS0001是一款用于对传感信号进行处理的集成芯片，内部集成了运算放大器、状态抑制器、电压比较器等集成电路模组，具有可重复和不可重复2种触发方式，提高了整个电路模块的功能实用性。

2.4 湿度检测模块

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，使用单总线协议进行通信，数据传输。

2.5 烟雾传感器模块

本模块以旁热式烟雾传感器 MQ-2为核心，通过前置电路对传感器输出的微弱信号进行放大、滤波、电平调整，为单片机提供合适的输入信号，便于数据处理。

2.6 压力传感模块

本系统压力传感器模块的设计，以电阻应变片为核心，采集有关数据，上传主控CPU以及云服务平台。电阻应变片，吸附在集体材料上，阻值大小随着机械变化而变化，随着压力的不同，阻值发生变化，通过滤波放大电路以及AD转换，给CPU传输有关的监测数据。

3 软件设计

系统主控搭载非常成熟的ucosii操作系统，它具备安全、可控、实时等优良特性，成为设计平台的首选。μC/OS-II由Micrium公司提供，是一个可移植、可固化、可裁剪、占先式多任务实时，它适用于多种微处理器和数字处理芯片(已经移植到超过100种以上的微处理器应用中)。

系统主机程序流程如图5所示。

图5 系统主机程序流程图

4 云平台架构

物联网云平台是搭建在云平台上的智能设备管理系统，能够接受万亿智能设备的连接，无论设备分布在何处，只要本地系统的路由器接入互联网，即可连接到云系统；物联网云平台打通了用户与设备、设备与设备间的远程连接；物联网云平台具有远程操控、情景模式、数据存储、大数据分析、用户权限管理等功能。

云平台是高度灵活的开源的 IoT 平台，在物联网连接的基础上可以构建、管理和集成连接的软件。此云平台提供一个标准的方法来集成和对连接的产品进行互操作。此外，平台强大的后端功能能极大地加快产品的开发，允许开发者专注于他们产品独特的特性。

本平台基于HTML5开发，因而具有天然跨平台特性，结合IoT硬件和其他技术(例如存储、网关)，可以实现开发IoT项目中最核心的软件部分。

5 手机终端APP

5.1 手机与节点之间的数据传输

以云平台为中介，进行数据的读取和发送,图6为数据传送框图。

图6 数据传送框图

5.2 手机APP与云平台交互

首先，App的数据全部基于网络，数据来源都是物联网云平台的数据库。云平台的数据库具有数据存储和数据传输功能， App主要通过GPRS网络从物联网的云平台数据库中获取数据，并将数据进行处理后，分类显示给用户。运用订阅模式，所以数据能够做到最及时的更新。其次，App从网络读取数据之后用异步操作，将数据呈献给用户，并且提供直观的图表方式让数据更加直观。最后，App设有用户管理系统，不同的用户拥有不同的权限。管理员可以新增删除设备和修改原有设备的信息，而普通用户只能看到设备的信息，不能进行修改。

6 结束语

基于互联网+的智能家居安防管理系统以stm32f103为控制核心，基于物联网和云平台综合运用WIFI技术、传感器、嵌入式系统设计、无线网络通信、低功耗、智能信息处理、电磁感应技术、无线充电技术、传感技术等来实现对住宅小区的智能化家居安防管理。改革过去人工维护小区安防所带来的效率低下、死角众多、报警信息的迟滞所带来的财产损失等问题，提供对物业安防以及管理人员的统一性调度、与住户及时的沟通手段、住户个人家里的安全隐患排查等一系列服务，真正使得物业成为住户安全的守护者，小区环境系统分配与合理利用的调度者，实现科学、高效、安全的管理，达到节能减排以及加强物业和业主之间的沟通交流，缓解矛盾。使用无线充电技术给传感器供电，美观方便，使用便捷，便于普及。

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SmartHomeSecurityManagementSystemBasedonInternetPlus

QI Jing,ZHANG Run,YUAN Hao,GAN Guo

(Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

This paper designs a smart home security management system based IoT and cloud platform.This system uses sensor technology to monitor relevant parameters,and utilizes the cloud platform management technology to open different authorization for different users.Users can view different data and security state of residential property in the PC and mobile phone APP so as to implement the timely and effective handling for accidents for scientific,efficient and safe management.The wireless charging technology is used for all node sensors,which breaks the traditional wired power supply mode,and has beautiful appearance and is easy to disassemble,use and popularize due to DIY design.

IOT;cloud platform;wireless charging;DIY family;real-time monitoring;remote contro

TN929.5

A

1003-3114(2017)06-67-4

10.3969/j.issn.1003-3114.2017.06.17

漆晶，张润，袁浩，等.基于互联网+的智能家居安防管理系统[J].无线电通信技术,2017,43(6):67-70.

[QI Jing,ZHANG Run,YUAN Hao,et al.Smart Home Security Management System Based on Internet Plus[J].Radio Communications Technology,2017,43(6):67-70.]

2017-07-27

重庆市大学生创新创业训练计划项目(201610617008)；重庆邮电大学科研训练计划项目(A2016-46)

作者简介：漆 晶(1983―)，男，博士研究生，讲师，主要研究方向：嵌入式系统、短距离无线通信、传感器技术。张 润(1995―)，女，本科在读，主要研究方向：物联网技术应用、嵌入式硬件设计。