住宅安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

肖 雪

（北京伯恩匯能科技發(fā)展有限公司，北京 100070）

0 引 言

在信息時(shí)代背景下，住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)程也在不斷加快，制動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，使高科技產(chǎn)品逐漸在住宅小區(qū)中廣泛應(yīng)用。住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)當(dāng)根據(jù)小區(qū)的實(shí)際使用需求、居住對(duì)象、小區(qū)定位等方面進(jìn)行考慮，為小區(qū)居民提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

1 安全防護(hù)系統(tǒng)規(guī)劃

1.1 出入口控制和周界防范系統(tǒng)

周界防范系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用脈沖電子圍欄，可以實(shí)現(xiàn)阻攔、威懾以及報(bào)警等功能。住宅小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)與周界防范系統(tǒng)相連接，當(dāng)防范系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)后可以自動(dòng)連接到報(bào)警區(qū)域的監(jiān)控?cái)z像機(jī)，為住宅小區(qū)的巡查工作提供便利條件[1]。設(shè)置住宅小區(qū)出入口管理和控制系統(tǒng)，采集出入人員和車(chē)輛的基本信息，利用住宅小區(qū)通用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將信息傳遞到安保監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)和車(chē)牌識(shí)別技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)人員和車(chē)輛的可控與可查。此外，住宅小區(qū)出入口管理系統(tǒng)可以與管理平臺(tái)相互連接，實(shí)現(xiàn)信息的記錄、共享與分析。

1.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)住宅小區(qū)周界、道路、停車(chē)場(chǎng)、出入口以及公共場(chǎng)所進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包含圖像處理、信號(hào)處理、前端設(shè)備3個(gè)部分[2]。系統(tǒng)中的前端設(shè)備包含云臺(tái)、攝像機(jī)、編解碼器。

1.3 電子巡更系統(tǒng)

電子巡更系統(tǒng)可以強(qiáng)化安保人員的管理工作，充分發(fā)揮出小區(qū)安保系統(tǒng)的監(jiān)管作用。電子巡更離線式系統(tǒng)具有性價(jià)比高、安裝簡(jiǎn)便、無(wú)需布線等特點(diǎn)，由4個(gè)部分組成，分別為變送器、巡更按鈕、系統(tǒng)管理以及巡更棒。可以根據(jù)住宅小區(qū)的范圍、特點(diǎn)，對(duì)停車(chē)場(chǎng)、附近建筑、公共城所、周界等地點(diǎn)設(shè)置巡更點(diǎn)，通過(guò)住宅小區(qū)安保管理平臺(tái)對(duì)工作人員的巡更路線與時(shí)間進(jìn)行管控，保障居民的安全。

1.4 家庭安防系統(tǒng)

住宅小區(qū)家庭安防系統(tǒng)的功能主要涵蓋紅外警報(bào)、煤氣泄漏警報(bào)、火災(zāi)報(bào)警以及門(mén)窗磁警報(bào)等[3]。系統(tǒng)基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)探測(cè)器、報(bào)警器等網(wǎng)關(guān)信息協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將住宅小區(qū)安保中心報(bào)警器與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)聯(lián)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)住宅區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

1.5 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)由兩個(gè)系統(tǒng)共同組成。一是綜合布線系統(tǒng)，其包含數(shù)據(jù)、語(yǔ)音的傳輸網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也有一卡通系統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及智能家居系統(tǒng)等多個(gè)傳輸網(wǎng)絡(luò)，智能化系統(tǒng)的規(guī)劃需要考慮設(shè)備接口規(guī)范性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性。二是有線電視系統(tǒng)，其通過(guò)數(shù)字方式對(duì)節(jié)目進(jìn)行制作、采集、傳輸[4]。對(duì)住宅小區(qū)數(shù)字電視的搭建，需要設(shè)計(jì)方和建設(shè)方根據(jù)用戶的實(shí)際使用情況與傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用與之相匹配的技術(shù)。

2 管理系統(tǒng)規(guī)劃

2.1 智能家居系統(tǒng)

智能家居系統(tǒng)是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，將住宅的電器、照明系統(tǒng)、安全防護(hù)、健康管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)以及控制等設(shè)備實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的智能互聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)家居設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程與本地的控制訪問(wèn)。住宅內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線路由器相連接，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和訪問(wèn)。

2.2 車(chē)輛管理系統(tǒng)

住宅小區(qū)的出入口管理系統(tǒng)采集出入車(chē)輛信息，通過(guò)車(chē)牌識(shí)別技術(shù)分析出入車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)碼，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到安保監(jiān)控服務(wù)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的實(shí)時(shí)追蹤[5]。車(chē)輛管理系統(tǒng)主要包含安保監(jiān)控管理和出入口管理系統(tǒng)，出入口管理系統(tǒng)包含電子顯示屏、車(chē)輛檢測(cè)線、電動(dòng)道閘、收費(fèi)機(jī)等設(shè)備；安保監(jiān)控管理系統(tǒng)包含紅外探測(cè)儀、報(bào)警器、攝像頭等設(shè)備。通過(guò)安保監(jiān)控中心與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，完成對(duì)住宅小區(qū)車(chē)輛的查詢、注冊(cè)、記錄以及管理等功能。

2.3 物業(yè)管理系統(tǒng)

住宅小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)是以功能集成和數(shù)據(jù)共享為基礎(chǔ)的服務(wù)平臺(tái)，其主要功能包括停車(chē)場(chǎng)管理、業(yè)主管理、通知通告、物業(yè)管理、費(fèi)用欠催、抄表管理、繳費(fèi)管理。物業(yè)管理系統(tǒng)是以瀏覽器/服務(wù)器模式（Browser/Server，B/S）架構(gòu)為基礎(chǔ)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)；與小區(qū)監(jiān)控系統(tǒng)相互集成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛違停抓拍、停車(chē)管理的功能；與智能家居系統(tǒng)相聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)住宅的信息發(fā)布、家庭安防、通知通告、自動(dòng)抄表等功能[6]。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)使用了物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）的3層結(jié)構(gòu)，感知層完成了數(shù)據(jù)的采集處理，傳輸層將數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層，應(yīng)用層對(duì)家庭環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析后，將數(shù)據(jù)上傳至云數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)、短信發(fā)送、視頻監(jiān)控等功能[7]。

部分通信協(xié)議代碼如下：

（1）環(huán)境檢測(cè)軟件。通過(guò)傳感器獲取到的室內(nèi)信息由網(wǎng)絡(luò)傳入服務(wù)器平臺(tái)上，用戶通過(guò)操作平臺(tái)可以查看室內(nèi)信息。當(dāng)達(dá)到危險(xiǎn)值時(shí)，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)微處理器向全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，GSM）短信模塊發(fā)送命令，通知家人家中有危險(xiǎn)。

（2）檢測(cè)界面的實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)的檢測(cè)界面包括動(dòng)態(tài)Web頁(yè)面和靜態(tài)表單頁(yè)面。主頁(yè)面為用戶提供了兩種功能，即環(huán)境檢測(cè)和視頻監(jiān)控，每個(gè)模塊間的通信都通過(guò)通用網(wǎng)關(guān)接口（Common Gateway Interface，CGI）來(lái)傳輸。

3.2 硬件實(shí)現(xiàn)

硬件系統(tǒng)采用STM32F103C8T6單片機(jī)對(duì)智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還包括感知層的物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)、上位機(jī)（PC機(jī)、終端顯示設(shè)備等）以及對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)的服務(wù)器。使用ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)作為通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)、路由器以及協(xié)調(diào)器之間的信息傳輸[8]。

（1）傳感器電路模塊設(shè)計(jì)。傳感器電路模塊采用的數(shù)字溫濕度傳感器是DHT21，測(cè)量范圍是0%～99.9%RH和-40～80 ℃。濕度的測(cè)量精度可達(dá)±3% RH，溫度的測(cè)量精度可達(dá)±0.5 ℃。其供電最高電壓為5 V，與微控制單元（Micro Controller Unit，MCU）連接時(shí)直接使用3.3 V電源即可帶動(dòng)。DHT21的數(shù)據(jù)格式由3部分組成，即16 bit的濕度數(shù)據(jù)、16 bit的溫度數(shù)據(jù)以及8 bit的校驗(yàn)和。位數(shù)據(jù)“0”和“1”的格式有以下規(guī)則：“0”為50 μs的低電平和27 μs左右的高電平，而“1”則是50 μs的低電平和70 μs左右的高電平。因此，在處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)該作一個(gè)“0”和“1”的判斷[9]。

對(duì)此模塊初始化的代碼如下：

（2）可燃?xì)怏w傳感器電路模塊。可燃?xì)怏w傳感器電路模塊采用MQ-X型氣敏元件檢測(cè)可燃?xì)怏w，通過(guò)輸出引腳與MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)換相連接，采集出當(dāng)前氣體濃度值，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。

（3）報(bào)警電路模塊設(shè)計(jì)。報(bào)警電路模塊采用蜂鳴器和三極管實(shí)現(xiàn)。一般來(lái)講，蜂鳴器有兩種，一種是自起振，另一種需要振蕩電路。本課題設(shè)計(jì)采用的蜂鳴器是自起振的，而三極管可以起到提高功率的作用。

（4）語(yǔ)音播放模塊。語(yǔ)音播放模塊使用HBR640，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，采用國(guó)產(chǎn)芯片配合揚(yáng)聲器與喇叭完成語(yǔ)音處理功能。本模塊采用SPI Flash作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)置詞條100個(gè)。其優(yōu)點(diǎn)在于不需要單獨(dú)進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別的算法訓(xùn)練，語(yǔ)音識(shí)別率較高。此外，本模塊只遵循串口協(xié)議，所以控制方便。主要實(shí)現(xiàn)了初始化函數(shù)、接收和校驗(yàn)函數(shù)、設(shè)置麥克風(fēng)靈敏度的函數(shù)，最重要的是設(shè)置了需要識(shí)別的語(yǔ)音組[10]。為了節(jié)約功耗，還設(shè)置了休眠模式。而且關(guān)于語(yǔ)音的播放還設(shè)置了播放語(yǔ)音的序號(hào)，并且音量可調(diào)。

（5）WiFi串口通信模塊。WiFi串口通信模塊采用ESP8266模塊將ZigBee獲取的數(shù)據(jù)上傳至云端。其工作電壓為3.3～3.6 V，內(nèi)置高速緩沖器，所以處理性能非常高。其具有激活、睡眠以及深度睡眠3種模式，在睡眠模式下，消耗的電流極小，保證了它的超低功耗。另外，內(nèi)部高度集成，具有電源管理等電路，所以外界電路簡(jiǎn)單，體積小。

（6）BH1750光照模塊。其測(cè)量公式為光照強(qiáng)度=（高字節(jié)+低字節(jié)）/1.2×測(cè)量精度，與單片機(jī)相連時(shí)需要IIC通信，工作流程分為3步。首先發(fā)送通電命令，其次發(fā)送測(cè)量命令，等待測(cè)量結(jié)束后讀取測(cè)量值，最后根據(jù)公式計(jì)算結(jié)果。分析后，經(jīng)過(guò)計(jì)算可得光照強(qiáng)度=（寄存器值[15∶0]×分辨率）/1.2。

只測(cè)量光照強(qiáng)度不需要很多指令，只需要BH1750的通電指令和測(cè)量指令，所以代碼較為簡(jiǎn)單，即：

4 結(jié) 論

融合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)以及無(wú)線傳感器技術(shù)，與居家相結(jié)合，設(shè)計(jì)出一個(gè)全新的智慧居家系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全防護(hù)方面考慮得更為全面、細(xì)致，不僅減輕了社區(qū)工作人員的負(fù)擔(dān)，也緩解了社區(qū)工作人員數(shù)量少的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，同時(shí)緩解了人們的壓力，讓生活變得更加智慧安全。