基于无线技术的室内安全监控系统设计研究

何其顺 邓昀 张帅

摘   要：我国城市化进程不断推进，居民的整体居住环境得到了较大的改善，而伴随着大量新建住宅出现的各种安全隐患也愈加威胁着人们的生命和财产安全。文章介绍了一种以智能控制器为核心，基于传感器和无线网络技术的室内安全监测系统，能够对住宅内的温湿度、燃气、用电、门锁等情况实施全自动的监控，在出现异常情况时能够进行报警并实施断电保护，并与用户手机取得联系。系统配备触摸屏，装有后备电源，能在停电时维持运转。

关键词：传感器;控制器;无线网络;安全监测

近年来，我国不断推进城市化进程，大量居民进入城镇生活。数量庞大的新建住宅在为居民提供更加舒适的生活环境的同时，也为区域的消防和警力配备带来了不小的压力。据有关部门统计，2018年全国共接报火灾23.7万起[1]，造成1 407人死亡，798人受伤，直接财产损失达36.75亿元，与2017年相比，虽然火灾起数下降15.8%，但是死亡人数上升了0.9%，直接财产损失上升1.8%。相比于2017年，2018年立案传统盗窃案件虽然下降了17.5%，但是数量仍达到了317.1万起[2]。作为降低盗窃、火灾等案件发生率的有效预防措施，在住宅室内安装智能监控系统越来越成为更多业主和房屋管理者的一种选择。

与自购住宅的业主不同，对于租赁房屋，如果房主基于安全监控的考虑在租赁房屋内安装摄像头，不仅可能遭到住户的抵制，而且也面临侵犯用户隐私等法律问题。而洗手间、浴室等注重隐私的场所，即使是自有住房，也不方便安装使用视频类监控。所以，对于不能使用视频监控的场所，通过传感器来进行安全监控，能在不侵犯住户隐私的前提下，能在一定程度上预防安全事故的发生。

为此，设计了一套基于传感器网络的无线室内安全监测系统，由于不采用视频监控方式，不仅安装和使用成本较低，还应用于租赁房屋等领域，能够打消监控摄像头给住户带来的隐私上的各种顾虑。

1    软硬件设计

监控网络由控制中心和功能模块组成，前者负责建立无线网络，后者负责接收并执行前者发出的指令，并将探测到的信息反馈给前者，系统的硬件架构如图1所示。

系统采用7寸电容型触摸屏作为交互界面，核心控制器为MEGA2560。系统通过SIM800C GSM模组接入移动网络，而控制中心和功能模块间的通信则采用433 MHz无线透传模块，该频率信号不易与WiFi等信号互相干扰[3]。系统使用封闭式开关电源将220 V交流市电转换为5 V直流供电，并内置锂离子电池，能够在停电时维持正常的工作。图2为安装完成的控制中心电路板。

在传感器选型上，燃气监控采用MQ2气体传感器，温湿度传感器采用DHT-22，电流监测模块为ACS712，量程20 A。为方便用户查看和设置，温湿度模块还配备了液晶屏和编码开关。由于电控门锁为12 V供电，而系统使用5 V供电。故采用了带有光耦隔离的继电器模块将门锁报警信号传递至监控模块。所有的功能模块均内置ATMEGA 328PU微控制器，装有与控制中心相同型号的无线通信芯片。

所有模块均采用通用电路板设计，通过焊接不同的元器件来实现不同的功能，如图3所示。

微控制器的軟件采用C语言代码编制，触摸屏由于涉及复杂的图形操作，所以采用了专用的开发软件，代码兼容C语言语法。

2    功能测试

我们对包括控制中心以及所有的功能模块在内的样机进行了测试。测试结果显示，当系统中的传感器网络探测到燃气泄漏、门锁被撬、电流过载、市内停电等异常情况时，均能触发报警功能，手机能够接收到通知短信，而且智能插座也能实现自动断电的保护功能。此外，将加热和加湿电器连接至智能插座后，在室内温湿度值与设定不一致时，系统能够开启或关闭对应的电器。

3    结语

本课题探讨了基于无线技术的室内安全监测系统的软硬件设计，并对样机进行了测试。在模拟室内出现安全事故时，系统能够快速做出反应，完成报警、切断电源并向用户手机发送信息等工作，工作稳定性也达到设计要求。

随着电子工业的高速发展，以传感器、物联网为代表的先进电子技术将在社会生活生产中占据越来越重要的位置，期待有更多的优秀研究成果出现，共同为人们营造更加舒适、安全的居住环境。

[参考文献]

[1]应急管理部消防救援局.数说2018年全国火灾及出警情况[EB/OL].（2019-01-01）[2019-06-10].http：//www.119.cn/content/201901/23/c98327.html.

[2]国家公安部.全力保障民生提升群众安全感[EB/OL].（2018-12-13）[2019-06-10].http：//www.mps.gov.cn/n2254098/n4904352/c6411396/content.html.

[3]袁慎芳，凌必赟，任元强，等.一种面向航空结构的具有穿透能力的无线节点[J].振动、测试与诊断，2016（4）：624-629.

Study on design of indoor security monitoring system based on wireless technology

He Qishun， Deng Yun， Zhang Shuai

（Changchun Normal University， Changchun 130032， China）

Abstract：The urbanization process in our country has been continuously promoted and the overall living environment of the residents has been greatly improved. The emergence of a large number of new homes has also brought various security risks which are also constantly threatening peoples lives and property. An indoor safety monitoring system based on intelligent controller and sensor-wireless-network technology is introduced in this paper. The system can fully monitor the temperature， humidity， gas， electricity， door locks， etc. in the house. In the event of an abnormal condition， the system can alarm and cut off the power and get in touch with the households mobile phone. The system is equipped with a touch screen and a backup power supply to keep it running during power outages.

Key words：sensor; controller; wireless-network; safety-monitoring