智能安防系统中的物联网技术分析

岳倩倩，蒋龙云，张 俊

（安徽三联学院电子电气工程学院，安徽合肥230601）

在网络技术发展迅速的今天，人们的通信不仅仅局限于人跟人之间的通信，物联网技术的成熟使得人与物品、物品与物品之间的通信成为可能，这是继计算机与互联网后世界信息产业的第三次浪潮。我国高度关注与重视物联网研究在北上广等重点城市展开试点。温家宝总理曾指出“要早一点谋划未来，早一点攻破核心技术，要依靠科技和人才占领科技和经济发展制高点，保证我国具有可持续发展的能力和可持续的竞争力”。物联网时代安防设备不仅仅要具备实用性及美观性两种基本特点，越来越多的人开始关注其是否能通过自己的手机或者电脑等电子产品控制安防设备，比如家里的热水器的加热控制、饮水机的上水控制及窗帘的开关控制等［1］。而实现这些功能所需要的技术十分宽泛，包含传统的装修技术以及新型的电子控制器技术，各项技术进行融合才会产生更为先进和更为前沿的智能安防产品。

社会的发展带动了科技的进步，而现今的半导体技术更是得到充分发展。智能化微型控制器的应用也越来越广泛，智能小区安防控制器的发展也随之得到大规模提高，作为智能家居的重要组成部分，智能小区安防控制器已经引领了智能家居的发展，并且将来会成为智能家居的顶梁柱［2］，具有非常乐观的发展前景。

目前物联网的发展正处于起步阶段，理论与实际都不完善，智能小区安防系统领域的研究成果较少。基于物联网的智能小区安防系统可分为信息采集层、数据传输层、信息处理层、应用层等四个层次［3］，通过相互间的协调配合达到系统数据的数据采集、问题发现、保证安全以及及时报警的功能目的。

1 整体设计

本文系统框图如图1所示，从图中可以看出系统分成了采集模块和控制模块，采集模块和控制模块之间使用蓝牙的方式进行无线通信，作为采集终端，主要的任务就是获取和测量各项环境的参数并将参数处理成能够无线传输的格式，采集模块采集的信息可以通过蓝牙通信的方式传输到控制模块上，控制模块采用液晶显示对相关参数进行显示并且驱动蜂鸣器进行报警，控制单元部分的主控制器内部程序同时执行逻辑判断，判断采集传感器的输出有没有超出设置的阈值，其中的煤气传感器能够实时测量煤气浓度，煤气浓度在处理器内部被使用到阈值比较逻辑，从而产生对蜂鸣器的控制信号。

图1 整体硬件设计框图

微控制器选择STC89C52单片机，STC89C52单片机是宏景半导体推出的一款8位微处理器，内嵌哈佛指令集，能够执行超过4 KB字节的程序代码，而且内嵌串行通信程序下载模块，不需要连接复杂的ISP下载器下载程序，只需要使用UART接口进行程序下载即可。

使用CC2540蓝牙无线通信芯片，此款芯片是最常见也是淘宝销量最高的模块，其已经做成了对外只有串行通信口的模块，只需要通过串口发送AT指令集实现各个参数的设定即可实现通信，并且主从模式可选择，更加增加了其的灵活性，而且一个模块只卖几块钱，成本也低。

广泛应用在出租车领域以及小型POS机领域的LCD1602能够显示黑白字体，而且显示清晰度高，显示行数多，并且最主要的是不挑单片机，最普通的51单片机也可驱动，但是需要配备12根控制管脚来模拟控制时序，此次设计需要使用能够方便驱动的液晶型号，因此使用LCD1602进行信息的打印显示。

使用万用板实物制作过程中最为常见的USB线进行供电，USB线供电使用范围广泛，不局限于室内室外，也不局限于任何场景，只要具备USB接口的地方，都可以拿来当做电源，所以对于此次设计的基于蓝牙的智能家居控制系统再合适不过了。

采用PWM式输出的MQ-2传感器，此方式倾向于数字信号采集，本文将其输出与单片机中断管脚相连，通过计算脉冲数目获取浓度信息，此方式程序设计简单，外围电路不需要特别处理。

选用红外热释电传感器，红外热释电传感器最高测量精度可达几厘米，并且其输出的信息是单总线时序，只需要一个端口即可读取其总线输出的信息，简单的三根线十分容易操作。

2 软件设计

本文设计的安防系统需要编程实现各项功能，其中对于蓝牙模块的驱动是采用了串口程序，而对于煤气检测模块的驱动是使用了ADC程序，这些程序需要在MDK For C51的开发环境中进行整合处理，以便编译成单片机能够执行的HEX文件下载到单片机中执行程序。

主程序部分的MAIN函数工作流程图如图2所示，系统刚开始的时候首先执行的是初始化操作，完成LCD1602的基本工作寄存器配置以及MQ2驱动ADC的模式设置，同步开启接收蓝牙指令状态，当收到蓝牙指令的时候能够解析指令控制蜂鸣器的开关情况，并且驱动LCD1602显示信息。LCD1602显示部分，首先执行初始化程序，对液晶的显示方式、色彩度、字符编码方式等进行设置，设置完成后程序便接收写命令寄存器和写数据寄存器进行显示数据的设置，设置完成后将配置好的区域内填入ASCII码形式的字符，从而显示设计需要的湿度信息、光照度信息以及控制逻辑信息等。人体感应的采集此次设计选用红外热释电传感器，红外热释电传感器的数据端口被设置成单总线的工作模式，当传感器数据发出的时候，对于单片机来说只需按照逻辑一个字节一个字节接收就行。对于传感器的接收驱动使用的是外部中断，外部中断在收到下降沿的波形，便驱动内部MOS导通，指令集会将数据推堆栈，并且开始执行各项中断函数，单片机将计算空气中煤气浓度，计算完后的空气煤气浓度信息被处理成显示器能够显示的格式，打印在LCD1602的界面上。对于本次设计的蓝牙通信方案，我们选择的是在10 m范围内工作的蓝牙数据传输，模块的读写是使用UART接口，因为UART接口传输速度快能够传输大容量的数据。HC05蓝牙通信模块内部的逻辑控制寄存器此次设计为短信模式，并且编码方式为TEXT格式，配置通信的通道、速率以及短信中心，配置完成后便会进入蓝牙数据接收状态，当没收到短信的时候，如果发送短信则会传输指令和数据，当模块接收到短信的时候，会经UART接口打印出短信信息。

图2 主程序流程图

3 系统调试

硬件实物最重要的单片机部分使用常见的DIP-40封装进行焊接，并且使用洞洞板进行制作，此次基于蓝牙的环境监测系统的硬件设计采用各个模块通过接线连接在洞洞板的背面，焊接过程设计主要保证焊接的质量，也就是不能有未被焊接的地方和焊接短路的引脚，硬件制作完毕后，开始使用万用板测量信号，并且编写测试程序测试硬件。

3.1 人体检测测试

本文主要监测的参数之一就是人体检测的数据，如果设计不能采集人体闯入，则连最基本的要求都实现不了，因此必须保证其能正常工作。功能验证的方法是采用人体温度来验证，人体表面会输出26摄氏度左右的温度信息，用人体表面的温度观察显示器的状态来验证采集的功能，经过对此功能的验证，得出结论：本次设计的人体检测可以实现精度较高的温度采集。

3.2 煤气浓度信息采集

本文需要保证测量的煤气浓度参数具有实用价值，因此设计通过打火机输出的气体来验证是否能够正确获取环境内的煤气浓度，如果获取正确，则设计可满足要求，否则设计不能完成功能，通过比对，此次设计的空气质量采集能够满足设计要求。

4 结语

本文主要研究了安防系统中的防火防盗基本模块，综合智能小区安防系统特点以及物联网信息感知与计算、数据传输等各方面的技术优势，对其相关的硬件和软件进行了详细设计，以一个高性价比的嵌入式微处理器为核心，并扩展系统所需的模块和操作系统，完成对安防系统的智能管理和控制［4］，给出物联网技术在智能小区安防系统中的一个应用方案。相信再经过几十年的发展与实践，物联网技术在智能安防系统的具体应用会变得越来越成熟和智能。