基于物聯(lián)網云平臺的家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)

高鶴

摘要

隨著社會的快速發(fā)展，人們對于自身居住場所的安全防范意識也越來越高，本文提出一種基于物聯(lián)網公共平臺的家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)。利用移動互聯(lián)網技術，實現(xiàn)讓用戶通過手機APP隨時隨地觀察到家的動態(tài)，本系統(tǒng)綜合了防盜報警系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、煤氣泄漏報警、視頻監(jiān)控和溫濕度監(jiān)控，這樣既能實現(xiàn)對人物的有效感知，還能夠隨時監(jiān)控溫濕度等一些居住舒適指標。

【關鍵詞】互聯(lián)網 云平臺 家庭安防 監(jiān)控

1 系統(tǒng)架構設計與實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)整體架構設計

家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)綜合了圖形、通訊、數(shù)據(jù)、計算機實時系統(tǒng)集成等高科技技術，實現(xiàn)了安全管理的數(shù)字化、網絡化和智能化。整個系統(tǒng)主要有3部分組成，分別是手機客戶端APP、Ayla云平臺和安裝于家庭的感知與控制終端。感知與控制終端通常由防盜報警模塊、火災報警模塊、煤氣泄漏報警模塊、視頻監(jiān)控模塊和溫濕度檢測模塊等子系統(tǒng)組成，主要完成環(huán)境信息的采集與控制。手機客戶端APP和Ayla云平臺實現(xiàn)了用戶使用手機等移動設備遠程監(jiān)控終端設備，以APP的形式將信息內容呈現(xiàn)給用戶，并提供基本操作功能。系統(tǒng)總體結構如圖1所示，感知與控制終端如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)功能需求

基于物聯(lián)網云平臺及STM32F207的家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)具有如下功能特點：

（1）防盜探測功能，探測是否有非法入侵，當門窗被撬開或者有人進入紅外感應區(qū)時，產生報警。

（2）火災探測功能，用傳感器對住宅內氣體濃度和溫度進行實時檢測，當檢測到室內氣體濃度或溫度異常時，判斷被檢測處是否有火災發(fā)生。

（3）燃氣探測功能，實時檢測里燃氣熱水器和燃氣灶等使用燃氣的設備是否有燃氣泄漏。

（4）自動報警，主控制器檢測到火災、燃氣泄漏等異常情況時，產生報警提示。

（5）視頻監(jiān)控功能，對家里關鍵部位進行采集圖像信息，便于用戶直觀查看。

（6）遠程監(jiān)控功能，通過手機APP隨時隨地對系統(tǒng)進行查看和操作，實時掌握家里的動態(tài)信息。

2 Ayla云平臺介紹

Ayla Networks提供業(yè)界全球領先的企業(yè)級物聯(lián)網平臺，在企業(yè)級物聯(lián)網平臺服務方面為行業(yè)樹立了標桿性的示范作用。率先提出端到端企業(yè)級物聯(lián)網平臺解決方案，簡化了物聯(lián)網固有的各種復雜因素，使制造商能夠將其產品快速轉換成智能互連系統(tǒng)，并實現(xiàn)批量上市。作為一個專業(yè)的企業(yè)級PaaS平臺，Ayla提供了足夠的靈活性和模塊化服務，可滿足幾乎任何類型的設備批量聯(lián)網及迭代更新。

Ayla模塊作為是底層硬件的核心，由它來下達或接收數(shù)據(jù)，完成各個功能的操作。另外Ayla非常注重數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，手機APP與Ayla云服務通信以及Wi-Fi模塊與Ayla云服務通信均采用SSL加密技術進行數(shù)據(jù)傳輸，該加密機制安全性等級達到了網銀支付等級。家庭安防監(jiān)控與手機APP進行點對點連線時，可以非常安全便捷地讓家庭安防監(jiān)控設備接入互聯(lián)網，用戶不用擔心自己的家里信息會泄漏。

3 系統(tǒng)硬件設計

3.1 系統(tǒng)硬件設計

結合家庭安防監(jiān)控功能需求及成本控制，其功能實現(xiàn)的硬件結構圖如圖3所示。

STM32F207作為主控制器，負責和Ayla模塊、入侵模塊、視頻監(jiān)控模塊、火災探測和燃氣探測等模塊進行通信。它作為整個系統(tǒng)的核心部分，根據(jù)和各模塊通信情況，并及時做出異常判斷和處理。

防盜入侵探測模塊由紅外探測傳感器等進行實時檢測，用來實時監(jiān)測住宅是否有人非法闖入或有人進入室內盜竊、搶劫。

火災探測模塊采用煙霧傳感器和溫度傳感器雙重報警。當有火災發(fā)生時，若溫度傳感器檢測到溫度值超過預先設定報警值，同時煙霧傳感器的內電阻值也發(fā)生變化，當主控制器同時檢測到以上2種報警信號時，發(fā)出最高報警信息號。

燃氣泄漏探測模塊由燃氣探測器進行燃氣濃度檢測，當檢測到的濃度值超過設定值時進行觸發(fā)報警，并開啟通風換氣設備給房間進行通風換氣處理。

Ayla模塊通過Wi-Fi的方式加入到Internet網絡，使用戶用手機通過APP客戶端的方式隨時隨地地掌握自己家里的動態(tài)信息。

3.2 硬件模塊選型

3.2.1 防盜探測模塊

紅外探測器主要探測人體和其他一些入侵的移動物體，當人體或者移動物體進入探測區(qū)域，會產生一個變化的熱輻射，紅外傳感器把接收到的信號放大處理，并發(fā)出報警信號。本防盜模塊采用主動紅外探測器，其抗干擾性強，裝在室外不會影響室內人員的活動，一旦有異常情況就會及時報警。

3.2.2 火災探測模塊

在發(fā)生火災時，燃燒的物質會釋放大量的熱量和煙霧，為了能準確檢測熱量和煙霧，本火災探測模塊采用煙霧傳感器NIS-02C和智能數(shù)字溫度傳感器DS18B20進行雙重信息測量。離子式傳感器NIS-02C能夠探測煤氣或液化氣、煙霧等，具有低功耗、靈敏度高和易于維護等優(yōu)點。DS18B20是采用1-Wire總線技術的典型產品，其成本低廉、便于總線擴展和維護等特點。

3.2.3 燃氣探測模塊

由于燃氣的成分不同，在選擇燃氣探測器時應根據(jù)具體的燃氣類型選用專用德爾探測設備。由于可燃氣體具有易燃、易爆和有毒的特點，系統(tǒng)采用三組探測器進行并進行燃氣總閥門的控制和換氣裝置的控制。

3.2.4 視頻監(jiān)控模塊

本系統(tǒng)采用一款USB攝像頭，該攝像頭不僅具有體積小、功耗低等優(yōu)勢，還集成了CMOS圖像傳感器，具有圖像壓縮及數(shù)據(jù)傳輸?shù)葓D像處理功能。

4 系統(tǒng)軟件設計

整個監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)分為2個部分：一是Ayla模塊與Ayla云平臺通信；另一個是感知與控制終端工作流程。

4.1 Ayla模塊與Ayla云平臺通信

Ayla模塊與Ayla云平臺之間通過Internet進行通信。STM32F207單片機完成對Ayla模塊上的無線網卡的初始化功能，并和該模塊進行數(shù)據(jù)交換。Ayla模塊向云服務器請求數(shù)據(jù)，當云服務器上有數(shù)據(jù)變化時則把數(shù)據(jù)發(fā)送給Ayla模塊，當Ayla模塊有數(shù)據(jù)變化時則上傳到云服務器，如圖4所示。

4.2 感知與控制終端工作流程

系統(tǒng)上電或復位的啟動過程中首先運行初始化程序，系統(tǒng)運行起來后就開始進行監(jiān)聽任務，主控制器接收到終端報警信號時，并做出和報警信息相符的處理。流程圖如圖5所示。

5 結束語

本文利用先進的物聯(lián)網云平臺等技術，實現(xiàn)用戶對家中情況的實時監(jiān)控，感知終端通過傳感器采集用戶家庭環(huán)境的數(shù)據(jù)，當檢測到數(shù)據(jù)異常時，觸發(fā)主控制器報警，并發(fā)送到云平臺服務器，使得用戶通過手機APP獲得家中異常報警情況，通過遠程的實時監(jiān)控來降低災害所帶來的損失。

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