物聯網智能家居電器安防系統的設計與實現探析

張吉沅山東省淄博市工業學校

物聯網智能家居電器安防系統的設計與實現探析

張吉沅
山東省淄博市工業學校

隨著物聯網技術、計算機技術、無線傳感器網絡等現代網絡信息技術的不斷發展，智能家居以專業化、整體化、低成本等特點被廣泛應用于人們的生活當中。但人們在享受智能家居生活之余，家居安全成為人們關注的重要話題，其中安防系統是智能家居的關鍵部分。本文就基于ZigBee無線通信技術設計了一套智能家居電器安防系統，并介紹了該系統的軟、硬件的結構及實現方案，為新一代智能家居電器安防系統的設計與應用提供了重要的技術支持，對實際應用有著較好的指導意義。

物聯網；智能家居；安防系統；無線通信技術

智能家居是互聯網影響之下物聯化的體現，是以住宅為平臺，通過物聯網技術將家居生活相關的各種設備集成到一體，構成高效的住宅設施與家庭日程事物的管理系統，實現了全方位的信息交互功能，提升了家居安全性、便利性和舒適性，甚至為各種能源費用節約了資金。傳統的有線方式智能家居系統布線繁雜、成本高、維護困難、擴展性差，因此，低功耗、穩定、易于擴展組網的無線組網技術智能家居系統成為必然趨勢。本文基于ZigBee無線通信技術介紹了物聯網智能家居電器安防系統的總體設計及相關技術。

1.系統整體設計

智能家居電器安防系統整體結構主要按以下三個部分進行設計的：數據監控平臺、無線數據節點與執行機構。其中無線數據節點又分為兩種：負責數據采集的傳感控制節點與負責組網的協調器節點。傳感器節點的作用是采集現場數據，如溫度、濕度、光強度及煙霧濃度等，協調器節點的作用則是將各傳感控制節點上采集的數據發送給數據監控平臺，數據監控平臺則對相應的數據進行處理、顯示或報警，執行機構的作用是啟動安防設備，如檢測到天然氣泄漏后，通過無線傳感網絡發送指令到相應的執行機構，關閉天然氣管道的電磁閥等，從而實現對各個傳感控制節點的監測與控制，見圖1。

圖1 智能家居安防系統的整體架構圖

2.系統硬件平臺的搭建

本系統選用德儀公司的CC2530作為ZigBee無線通信技術的主、從節點的主芯片，并配合設計相關的開發板，主節點通過串口與PC機相連。

圖2 CC2530的功能引腳

CC2530具有組網成本低、性能優異等優點，是用于IEEE802.15.4和ZigBee的真正的片上系統解決方案。安防系統中的無線數據節點都是通過CC2530和ZigBee進行組網的，特別適用于超低功耗要求的系統。CC2530的功能引腳如圖2。

圖2中的引腳，如24、27、28、29是模擬電源連接，引腳1、2、3、4是接地，引腳25、26是信號的輸入和輸出。

ZigBee節點作為系統硬件設計的核心部分，主要分布在需要監控的各個部位，主要負責采集和處理數據。其結構部分主要分為：（1）處理器：負責整個網絡無線節點的數據處理；（2）傳感器：負責采集數據并完成數據轉換；（3）I/O接口電路；（4）射頻模塊：負責無線通信；（5）RS-232串口；（6）供電模塊。

3.安防系統硬件設計

3.1 傳感器節點設計

（1）天然氣傳感器節點。天然氣在日常家居中必不可少，它的主要成分是甲烷，在使用過程中可能會造成燃氣泄漏、中毒、爆炸及著火等危險事件，所以對家中是否存在燃氣泄漏采用燃氣傳感器節點，如QM-N4氣敏傳感器對天然氣進行探測。

（2）火災探測傳感器節點。火災是現代居民生活中較為常見的一種安全隱患，智能家居安防系統中采用的火災探測器主要對家居環境進行監控，并能立即發送報警信號。由于火災的復雜性，采用單個傳感器監測不能夠準確、快速確認火災的發生，因此，本次系統設計中采用煙霧傳感器和溫度傳感器兩種傳感器進行火災探測，如溫度傳感器采用DALLAS公司生產的DS148B20可編程總線數字溫度計，煙霧探測器選用的是MQ-2光電感煙探測器。

（3）人體熱釋紅外傳感器。入戶盜竊也現代居民生活的常見的一種安全隱患，本次安防系統中采用的紅外傳感器主要是通過探測環境中人體發出的紅外線能量來檢測是否有外來人員入侵。紅外線傳感器是將探測到的紅外變化轉化為電壓信號，并傳遞給數據監控平臺，做出數據分析判斷后發送報警信號。此外，除了上述幾種常見的傳感器節點設計，玻璃破碎傳感器、門磁檢測模塊等也是智能家居安防系統設計內容，在生活中非常實用。

3.2 數據監控平臺的軟件設計

在數據監控平臺設計中主要包括了對模擬電器設備的基礎控制、對傳感器節點發送的數據制作成曲線圖等具體功能，本次安防系統中采用Visual Studio2010上位軟件開發。

（1）模擬電器設備的基礎控制。通過獲取來自ZigBee網絡中的基礎信息，可以控制執行機構，如電機按照設定的條件運行，控制指定的LED燈開與關、蜂鳴器的開與關等。

（2）監測各種傳感器節點數據。對安防系統中的各個傳感器節點數據進行分析，并繪制成曲線圖，以達到對實時環境進行監測，此外所監測到的數據也可作為模擬設備的聯動條件。

（3）聯動控制。系統中的聯動控制是預設傳感器監測到的相關數據所滿足的條件，根據所設定的條件來判斷相關的模擬設備是否運轉，如當出現火災探測傳感器反饋的監測數據達到設定值時，引起節點板上的蜂鳴器報警。

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張吉沅（1973-），高級教師，本科，主要從事：機電、物聯網、焊接技術。