基于物聯網技術的家庭防盜硬件監控系統設計

池雄飛++張科強

摘 要

提出一種基于物聯網技術的家庭防盜硬件監控系統。該系統以壓電式玻璃振動傳感器、被動式紅外報警傳感器及CCD成像傳感器等模塊組成信號采集電路，通過以ZigBee CC2530為芯片的智能無線傳感網絡（WSN）將各傳感器連接實現信息通信，將WSN與家庭無線路由器、Internet和3G網路互聯構建物聯網防盜硬件系統，實現終端用戶的遠程監控。

【關鍵詞】ZigBee 傳感器 防盜監控 物聯網

經濟社會的迅猛發展，人們對生活質量的期望越來越高，當今家庭防盜監控系統存在諸多缺陷，如有線傳輸安裝、使用不便，監測實時性不強及遠程操控性差等缺陷，已不能完全滿足人們的需求。為了進一步增強家庭生活的安全性和便利性，提出基于物聯網技術的家庭安防監控系統，有效的防治了非法人員的入侵，同時系統發送信息或圖像及時告知終端業主，有效保障業主生命財產安全，改善了人們的生活質量。

1 家庭防盜監控系統架構設計

現代家庭智能防盜報警系統的特點有：雙向通訊、免布線、移動靈活、實時性強和擴展方便等，基于以上要求，本硬件系統由傳感器模塊、智能無線傳感網絡（WSN wireless sensor networks）和無線路由器及3G外圍網路三部分組成。防盜傳感器負責采集外部入侵者信號，并將采集到的信號轉換為無線信號反饋給WSN，WSN接收到報警信號后經處理再將信號通過家庭無線路由器發送給3G網絡，最終業主由終端手機或工作桌面接收到報警信號。該系統的智能無線傳感網絡（WSN）采用Zigbee CC2530控制芯片傳輸和處理信息，是系統的核心部件，負責和家庭無線路由和3G網路雙向通信。系統結構如圖1所示。

2 硬件系統設計

2.1 電源系統設計

基于系統特點，電源采用輸出效率高的開關型電源芯片LM2596-5，此電源輸入12V直流電壓，輸出有：3.3V、5V、12V及可調（-ADJ）等多個電壓檔次，3A電流。電源包含固定頻率為（150KHZ）振蕩器和基準1.23v的穩壓器，并有較完善的保護電路、電流限制電路、熱關斷電路等。利用該器件只需極少的外圍器件便可構成高效穩壓電路。可很好滿足本系統電源設計，電源輸出效率高，集成度較高，簡單易用。

2.2 壓電式玻璃振動傳感器設計

考慮可疑人員破壞窗戶玻璃進入家庭時，系統可在玻璃面上裝設一壓電式玻璃振動傳感器。將高分子壓電測振薄膜粘貼在玻璃面上，可以感受到玻璃破碎時會發出的振動，并將電壓信號傳送給報警系統，該系統實時將報警信號通過Internet和3G網絡給終端客戶。

壓電式玻璃振動傳感器利用壓電元件對振動敏感的原理來測量觸碰玻璃和破碎玻璃時產生的振動波。為了提高報警器的精度和抗干擾能力，傳感器的輸出電荷經放大再通過帶通濾波、比較電路控制報警裝置發出報警信號。

2.3 被動式紅外報警傳感器設計

若可疑人員通過破壞門禁進入家庭時，系統應在門外3米處通過被動式紅外報警傳感器探測陌生人的闖入，這時紅外報警傳感器發出報警信號、發送該信號給終端用戶，同時啟動CCD成像傳感器捕捉人臉信號并發送此圖像信號給用戶。此傳感器主要通過外界紅外能量的變化判斷是否有物體在移動。在常溫條件下，任何物體都有輻射。物體的溫度越高，紅外輻射就越強。被動式紅外探測器的組成由光學傳感系統、熱紅外傳感器及報警控制模塊等部分組成。其核心部件是紅外探測器件。該探測器由于探測性能好、價格便宜、易于安裝、被廣泛應用于家庭防盜控制系統中。

2.4 CCD（電荷耦合器件）成像傳感器設計

在被動式紅外報警傳感器檢測到有陌生人進入時，CCD成像傳感器立即啟動并捕捉人臉信號，同時把該信號通過WSN模塊發送給終端用戶。傳感器的電荷耦合器件（CCD）是典型的固體圖像傳感器，它主要由MOS型集成電路構成，并與光敏二極管陣列集成為一體，組成有自掃描功能的電荷耦合器件圖像傳感器。

CCD成像傳感器具有光生電荷以及積累和轉移電荷的多種特性，取消了光學掃描模塊和電子束掃描模塊，從而大大的降低了再生圖像的失真。CCD成像傳感器由多個光敏區排列成一個方陣，且以一定的組織形式連成一個器件，課獲取量大信息，能處理復雜的圖像。

2.5 ZigBee網絡設計

一個ZigBee的網絡最多可包括255個ZigBee網路節點，其中一個是主控（Master）設備，其他則是從屬（Slave）設備。采用ZigBee CC2530芯片和壓電式玻璃振動傳感器、被動式紅外報警傳感器、以及CCD成像傳感器等模塊構建終端采集節點構成ZigBee智能無線傳感網絡（WSN），此網絡通過與家庭無線路由器、Internet、3G基站及用戶手機構成無線網絡通信平臺，實現家庭防盜的監控。

3 結束語

主要介紹基于物聯網技術的家庭防盜硬件監控硬件系統的各種傳感器電路設計，智能無線傳感網絡（WSN）設計及與終端設備的相互通信等。本系統已經過簡單的測試，整個系統就采集數據、信息處理、收發數據比較穩定，可作為常用家庭防盜硬件選用。

參考文獻

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作者簡介

池雄飛（1977-），男，內蒙古自治區包頭市人。碩士學位?，F為鄂爾多斯職業學院講師。主要從事自動化研究。

作者單位

鄂爾多斯職業學院 內蒙古自治區鄂爾多斯市 017200