基于家庭无限网络的智能家居安防系统

许博 陈昶玮 张业奎 陈大磊

摘要：随着计算机技术、控制技术、网络技术和人工智能等的飞速发展，智能家居越来得到人们的青睐。本文通过对于通信和控制技术的研究，建立一个 由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。将家庭中各种与信息相关的通信设备，家用电器和家庭保安装置，通过无线 WIFI 的方式，连接到一个家庭智能化系统上进行集中的或者异地的监视、控制和家庭事务性管理，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式。

关键词：智能家居;远程监控;ZigBee;GPRS

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2017）09-014-02

ABSTRACT：With the rapid development of computer technology， control technology， network technology and artificial intelligence， smart home furnishing is more and more popular. In this paper， on the basis of study for communication and control technology， build a home security system， the network service system andhomeautomationsystemcomposedoffamilyintegratedserviceandmanagementintegrationsystem，soastorealizecomprehensivesecurityprotection，conve- nient communications network， and comfortable living environment of the family home. Will all kinds of information related communications equipment in the family，householdappliancesandhomesecuritydevices，throughthewayofwirelessWIFI，connectedtoafamilyofintelligentsystemforcentralizedorlong-dis- tancemonitoring，control，andfamilyaffairsmanagement，tohelpfamilieskeepsmoothcommunicationwithexternal，optimizepeople'slifestyle.

Key words： Smart home; Remote monitoring; ZigBee; GPRS

引言

隨着全社会网络化普及，越来越多的产品和设备已经完成了网络化功能的开发，这为整个智能化社会的发展带来可能。在科技对生活的推动

[2]

2.1 门窗报警系统

2.1.1 感应开关的选择。对于家庭住房内的窗户，不外乎左右平推和内

下，智能家居也必然会越来越走入平常百姓家。智能家居不仅具备传统家

居的功能，而且为人们的现代生活创造了良好的空间，以住宅为平台，兼 备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一 体，为人们打造一个高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。[1]

1 总体设计思路

本系统主要着重出于房间的安保防护，主要针对煤气泄漏，水的泄漏以及安全防盗进行检测和远程智能控制。将一氧化碳，水，进出房间人物 信息通过传感器采集，发送到控制整套装置的单片机中，然后通过网络模 块发送到自己的手机中，并对一些不正常的状态做出提醒和警告，并实施远程控制采取相应的措施。利用 ZigBee 无线模块采集数据并发送到单片机中，经过 SIM808A 模块，将传感器信号通过网络和短信模块发送到手机终端，使用户可以随时查看自己房间的状况。并对不正常的状况作出对 策，避免很多安全事故。

2 信息的采集和传递

各个传感器采集的信息经过采集和处理后，会全部集中于单片机中。由于屋内信息采集比较分散，每个模块出于不同的位置，采用有线的传输方式，布线复杂，造价昂贵且用户体验不好，远不如无线传输。而经过比较采用Zigbee 更为合理。它是一种基于 IEEE802.15.4 标准的局域网协议，低复杂度，低成本，低时延，低功耗，自组织，高安全，高容量等特点适用于自动控制领域。采用ZigBee 无线组网，设备投入低，节省费用，且操作简单。

外推两种。想要采集的信息为是否有人从窗户进入（或打开过）。从这两种

类型的窗户看可以得到的共同点就是，当窗户打开时窗户结构中必定有两个部分会发生位移。本文中考虑到的几种可以实现该功能的传感器：

（1）超声波测距仪，它利用附近物体反射回来的高频声波，可以精确的计 算传感器与物体之间的距离，但因为在设计中只需检测距离是否大于一定值，不需要返回精确距离，所以排除;（2）红外传感器，因为比其他传感器更容易受到外来干扰因素的影响，所以也不适合本设计;（3）磁感应开关，当有外来磁场靠近时，开关接通，否则断开。此处选用的传感器为传感 器为磁感应开关为 MC -57。

电磁开关 MC -57 由磁簧开关和作为外来磁场的磁铁两部分组成，结构图如图 1 所示。

图 1 磁簧开关示意图

当电磁开关的两部分开或者接近至一定距离（30 ±5mm）后，引起两片簧片的距离变化从而感应物体的分合、开关。因此，不论住房内的窗户是哪 种类型，都可以根据实际情况来安装传感器，从而检测窗户的开关状态。

2.1.2 信息的采集、传递与处理。门窗报警系统需要采集的信息有三种：门、窗户、人体红外信号，即检测门窗的开关状态、屋内是否有人，信息经过采集后会全部集中在单片机上，再将收集到的数据通过手机SIM 卡的 GPRS 功能发送到手机 APP 上，进而实时显示屋内状况，当屋内信息状态不正常时会自动给户主发送短信提醒。 对于门的状态检测，可用两个人体红外传感器来检测，通过记录两个人体红外传感器的实时状态来判別住房中是否有人通过，信息传输过程如下图 2。

图 2 信息传递与处理示意图

利用电磁开关 MC-57 检测窗户的开关状态，利用人体红外热释点PIRPM-8 传感器检测人员情况，磁感应开关 MC-57 物理连接到 zig-beeCC2530上，检测到的数据直接通过I/O口传输给zigbee，zigbeeCC2530模块与 zigbeeCC2560 模块通过 ZigBee 协议无线连接，磁感应开关的状态发生变化时，将发送对应的变化。zigbeeCC2560 模块与单片机通过串口TX、RX 连接，接受状态后将数据发送给单片机。

2.2 温度控制系统。温度控制系统可实现温度检测和温度报警降温， 通过温度传感器对温度进行检测，将采集到的温度数据传送到单片机进行处理，通过编写程序自行与设定温度进行比较，并输出到 LED 显示设备显示当前温度以及控制报警系统的工作，即蜂鸣器和报警灯。当温度在设定范围内时，蜂鸣器不响，彩灯部分亮绿灯;当采集温度超出设定温度范围，蜂鸣器报警，彩灯部分亮红灯。图示如图 3 所示。[ 3]

图 3 温度控制系统示意图

整个过程中手机和单片机实现双向反馈和控制，即手机能通过 GPRS

网络接收到单片机处理的信息，也能在 GPRS 或 WIFI 网络下发出信号通过单片机控制温度调节，实现对温度的远程控制。

3 信息的处理与远程控制

本设计要实现多个传感器状态的实时可见，即做成手机 APP 随时可以查看屋内状态。如何将信息传给手机，可以用到 GPRS 模块。在 APP 中要设置一氧化碳含量检测，地面水位高度，是否有陌生面孔通过门等信息。但是用户不会一直观察手机，不能及时掌握相关情况，所以，在设计中 要怎加一个效果明显的提醒指令，即当有不正常情况发生会自动发送短信提醒。[4]

手机可以通过 4G 等方式连入网络， 访问存放家中相关信息的服务器，通过 APP 操作，发送命令到服务器，服务器将命令转发到家庭终端，根据你所发出的命令控制相应设施。[ 5]为了满足以上的功能，首先必须将相应设施通过各种模式连入你的家庭终端，ZigBee无线协议完成，家庭终端起到一个接收与转发的功能，它接收到服务器的指令，将指令转化为自己系 统中可识别的无线制式，实现控制。

4 结束语

通过在家庭住房中增添传感与检测仪器，实现智能家居的远程安防检测作用，使“人在外，家就在身边; 人在家，世界就在眼前”不在是奢望， 而是可以实现的现代化智能家居，让智能家居使得家电变得“智慧”起来， 为智慧城市的建设奠定了基础。同时使人们的家庭生活变得更加节能、智能、便利、舒适和安全，进而实现以人为本的全新家居生活体验。

参考文献：

[1] 马晓槟. 智能家居，智能生活[J].电视技术，2014，38（ S1） ： 54-58.

[2] 刘子京，裴文江.基于 ZigBee 协议的无线传感器网络研究[J].计算机技术与发展，2009，19（5） ： 192-193.

[3] 张松峰. 融合智能安防的智能家居系统设计与实现 [D]. 西南交通大学，2016.

[4] 赵晓宁. 基于无线技术智能家居控制系统的研究与现 [D]. 解放军信息工程大学，2012.

[5] 李春雨. 智能家居控制系统的设计与研究 [D]. 上海工程技术大学， 2016.