基于物联网的家居安保系统设计

覃曼萍

河池学院 广西 宜州 546300

引言

随着科技的发展，越来越多的新型技术投入到人们的生活中，家居安保的研究和应用受到越来越多的重视，新一代的家居安保系统也在不断完善和丰富，例如湖南信息学院的陶曾杰等人设计了具有通知提示、App开门、破门提醒和录音留言等功能的智能安保门铃[1]，韶关学院的宋玉春等人设计了一种具有远近程控制、可选设防和人脸识别等功能的多功能家居安保系统[2]。综上，本设计从实际应用出发，针对传统家居安保系统存在的布线烦琐、监测盲区、网络不稳定和成本高等不足[3-5]，将家居安保与远程监控相结合，设计了一种基于物联网的家居安保系统。

1 系统结构

本家居安保系统由协调器、路由器和终端设备组成，采用硬件兼容性设计，由人体热释电红外线传感器、红外传感器、温湿度传感器、烟雾传感器、电池、天线、网络串口透传芯片和网口组成，其硬件结构框图如，图1所示。其中，网络串口透传芯片和网口功能仅在协调器模式使能，负责与互联网进行数据通信，实现互联网交互控制。

图1 系统硬件结构框图

2 硬件设计

本设计的主控核心采用TI公司针对远端控制优化的IEEE 802.15.4 SoC芯片CC2533，该芯片在消费电子、医疗保健和楼宇安防等领域被广泛应用，其具有高效功耗、无线通信、强大的RF性能、高达96KB的可编程Flash和低成本等特点[6]，其应用电路图如图2所示。可见，CC2533芯片的应用电路所需的物料很少，主要包括两个晶体振荡电路、RF天线匹配电路、复位电路和管脚扩展接口。在本家居安保系统中，CC2533主控核心除了使用外设接口控制各类传感器外，最重要的功能是实现Zig Bee无线通信和协调器模式的互联网通信。

图2 CC2533应用电路图

本家居安保系统的硬件设计还包括人体热释电红外线传感器、红外对射传感器、温湿度传感器和烟雾传感器等多个传感器。其中，人体热释电红外线传感器采用高灵敏度的HC-SR501模块，用于检测房间的入侵者；红外传感器由一对抗干扰、安装灵活的红外线发射与接收管构成的开关检测模块，用于检测门窗是否关闭；温湿度传感器使用单总线、小体积和低功耗的DHT11模块，用于检测环境的温度和湿度；烟雾传感器采用环境甲烷和烟雾等较敏感的MQ-2传感器模块，用于检测烟雾和可燃性气体；网络串口透传芯片选用具有低功耗、自带传输层和物理层、网络数据包和串口数据双向透明传输的CH9120芯片。

3 软件设计与测试

家居安保系统的软件设计工作包括协调器、路由器和终端设备的主控芯片软件程序，其流程图如图3所示。在系统及其各功能模块初始化后，主控芯片CC2533执行系统调度查询，处理各种事件，如收发无线数据、系统休眠和各类传感器信息采集等任务。其中，虚线框所示是协调器设备所特有的以太网收发通信的软件流程，其实现了整体系统的互联网交换功能，方便系统信息上报、用户远程查看和控制系统。

图3 主控软件流程图

在设计好的硬软件基础上进行家居安保系统测试与调试，测试内容主要包括：节点自动加入网络测试、传感器数据采集传输和系统整体调试等，测试结果表明本系统具有自动加入系统网络的能力、传感器正常工作且稳定性好、网络覆盖较为理想、可通过手机或服务器下达各种指令控制和功耗较低等特点。

4 结束语

随着物联网技术的发展，新型家居安保产品朝着低成本、实用性强、操作简易和监测全面的方向发展，本文设计了一种以CC2533芯片为主控核心，采用人体热释电红外线传感器、红外对射传感器、温湿度传感器和烟雾传感器等多个传感器实时采集所处环境的外人入侵、门窗设防、温湿度、可燃性气体和烟雾等安保信息和状态，具有Zig Bee无线组网、安保信息联网上报和远程监测的家居安保系统。本文分析了该家居安保系统的系统结构、硬件设计和软件设计内容，经过整体调试和测试，家居安保系统运行稳定、操作简单、成本低和传感信息丰富，可用于智能家居安保领域。