摘　要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，使其在智能家居安防系統(tǒng)中的應(yīng)用成為可能，本文在分析傳統(tǒng)智能家居安防系統(tǒng)不足的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠滿足現(xiàn)代家居安防需要，極大降低了家居安防系統(tǒng)的構(gòu)建成本，并能提高其可靠性、安全性和操作的方便性。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能家居；安防系統(tǒng)


    智能家居是以住宅為平臺，利用現(xiàn)代綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)和音視頻技術(shù)將與家居生活有關(guān)的通信設(shè)備、水電設(shè)備、照明設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等設(shè)施集成，從而構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的管理系統(tǒng)，以提升家居安全性、便利性、舒適性和藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。
智能家居安防系統(tǒng)作為智能家居系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，主要對家居人為破壞（如非法入侵）和自然災(zāi)害（如火災(zāi)、煤氣泄漏等）兩個方面進(jìn)行防護(hù)和防范^[1]。傳統(tǒng)智能家居安防系統(tǒng)主要以個人計算機(jī)為使用終端，由監(jiān)控攝像頭、紅外線探測儀、緊急求助按鈕、煙霧感應(yīng)探頭、紅外護(hù)欄、報警設(shè)備等配件組成，通過現(xiàn)代電子通訊等技術(shù)，實現(xiàn)對家居火災(zāi)、盜竊等異常情況進(jìn)行報警，能滿足用戶的基本需求，但普遍存在報警不及時、誤報警、重復(fù)投資率大等缺點，而且還面臨著隱私泄露安全隱患、可控設(shè)備操作復(fù)雜、互聯(lián)和擴(kuò)展性差以及配件昂貴等問題。隨著人們安全防范意識的不斷增強(qiáng)和對建筑物智能化水平要求的不斷提高，傳統(tǒng)智能家居安防系統(tǒng)在布線成本高、操作復(fù)雜、可靠性差以及維護(hù)困難等方面的問題也越來越明顯。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，因其低成本、低功耗、組網(wǎng)簡單，而且更加穩(wěn)定可靠，這為現(xiàn)代智能家居安防系統(tǒng)提供了更理想的解決方案。
 
1　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)簡介^[2]
基于互聯(lián)網(wǎng)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，通過ZigBee等協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網(wǎng)可以分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)層^[3-4]。感知層主要使用智能嵌入式設(shè)備進(jìn)行感知、識別信息，網(wǎng)絡(luò)層主要是解決通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息傳遞和處理，應(yīng)用層則解決物聯(lián)網(wǎng)與應(yīng)用系統(tǒng)的互聯(lián)。
作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在智能家居安防系統(tǒng)布線中擁有非常明顯的優(yōu)勢，能極大降低智能家居安防系統(tǒng)布線和維護(hù)的復(fù)雜性^[5]，而且無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點，具有智能處理信息的功能，當(dāng)發(fā)生異常情況時，系統(tǒng)能夠自動控制險情，并將報警信號及時發(fā)送給監(jiān)控者或住戶本人。當(dāng)然，用戶也可以隨時隨地通過各種終端對家居進(jìn)行主動監(jiān)控。
 
2　基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)，即利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家居無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、監(jiān)控終端依次對應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的物物網(wǎng)絡(luò)、泛在介入、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，實現(xiàn)被監(jiān)控設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，從而實現(xiàn)對家居安防的智能化監(jiān)控。
家居無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由家庭內(nèi)部的各種安防傳感器和家庭智能網(wǎng)關(guān)組成，安防傳感器一般包括玻璃碎裂傳感器、門窗防盜檢測傳感器、嵌入式攝像頭、煙霧傳感器、燃?xì)庑孤﹤鞲衅饕约皥缶粹o等，各傳感器作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，通過無線組網(wǎng)技術(shù)ZigBee連接起來。智能家庭網(wǎng)關(guān)是整個網(wǎng)絡(luò)平臺的核心，各個不同協(xié)議子網(wǎng)之間的互聯(lián)和信息共享都需要通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行，它可以接收各種家電、燈具以及安防監(jiān)控設(shè)備等傳感器發(fā)送上來的信息，還可以連接互聯(lián)網(wǎng)，使得監(jiān)控者或住戶本人能夠在非現(xiàn)場區(qū)域?qū)彝ゾW(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遙控和檢測。
網(wǎng)絡(luò)層是家居無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和外界的通信橋梁。它一方面可以通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)直接向用戶手機(jī)發(fā)送報警、現(xiàn)場信號或者接收用戶的控制命令；另一方面可以將現(xiàn)場信息發(fā)送至互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器。常用的監(jiān)控終端包括手機(jī)和連接在互聯(lián)網(wǎng)上的計算機(jī)，用戶可以通過在其上運行的監(jiān)控軟件實現(xiàn)各種各樣的監(jiān)控功能，具體如圖1所示。


圖1　基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
3　基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計
智能家居安防系統(tǒng)需具備家居安防自動檢測與報警、家電設(shè)備自動控制、家居環(huán)境自動檢測與控制以及擴(kuò)展等功能，主要包括中央控制子系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、廚房安防子系統(tǒng)、移動物體定位子系統(tǒng)和遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)等。
中央控制子系統(tǒng)是智能家居的中樞，主要是通過在家用電腦或 PDA 等設(shè)備上基于嵌入式 Web Server 技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)服務(wù)器控制端程序，與作為客戶端的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測子系統(tǒng)、門禁控制子系統(tǒng)和移動物體定位系統(tǒng)等應(yīng)用程序保持實時連接通信。整個系統(tǒng)采用客戶/服務(wù)器通信方式實現(xiàn)安防監(jiān)測與防護(hù)功能。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測子系統(tǒng)主要是通過各種傳感器感知室內(nèi)環(huán)境變化，當(dāng)采集到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，由中央控制進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，若發(fā)現(xiàn)異常，將通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)發(fā)出相應(yīng)控制命令，進(jìn)而進(jìn)行各種報警或安全防護(hù)措施等。而室內(nèi)各種傳感器構(gòu)成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)中通過相應(yīng)路由算法和協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理等。
門禁控制子系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)有門禁并在其上通過嵌入式單片機(jī)技術(shù)實現(xiàn)安全門的進(jìn)一步智能化，在該安全門上通過紅外傳感器可以感知人的存在，通過人臉識別可以進(jìn)行進(jìn)門的身份認(rèn)證等，智能安全門將其采集到的數(shù)據(jù)通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線路由器傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，并發(fā)出相應(yīng)控制命令給智能安全門，同時將相關(guān)信息傳輸給遠(yuǎn)程用戶的智能手機(jī)。
廚房安防子系統(tǒng)主要是針對廚房進(jìn)行的檢測，它通過專用的傳感器實時監(jiān)測當(dāng)前廚房環(huán)境中的燃?xì)鉂舛?、煙霧濃度、火災(zāi)情況等，實現(xiàn)廚房的自動監(jiān)控功能。其中燃?xì)庑孤犊捎萌細(xì)鈧鞲衅鳈z測；廚房內(nèi)火災(zāi)情況可用火焰?zhèn)鞲衅鳈z測；廚房內(nèi)煙霧濃度情況可用煙霧傳感器檢測。傳感器將實時采集到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，若出現(xiàn)異常情況，由中央控制器發(fā)出指令，如切斷電源、關(guān)閉燃?xì)獾龋柚刮ｋU發(fā)生，同時將危險信息發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶智能手機(jī)。
移動物體定位子系統(tǒng)主要是利用現(xiàn)代智能手機(jī)，通過現(xiàn)代移動通信技術(shù)，將實時監(jiān)測到的移動物體（這里主要是丟失的貴重物品、家電設(shè)備以及丟失的寵物、迷路的老人或小孩等）位置傳輸?shù)接脩糁悄苁謾C(jī)上，為用戶提供信息服務(wù)，以便及時找到所遺失的物品、人和寵物等。在這些移動物體上必須安裝接受信號裝置，如GSM卡等，而在智能手機(jī)上必須設(shè)計一個移動物體監(jiān)測應(yīng)用程序，以便和移動物體上的GSM 卡等建立通信。該智能手機(jī)也可通過將信息傳輸?shù)街醒肟刂葡到y(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)來完成數(shù)據(jù)保存和處理等。
遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)主要是利用和中央服務(wù)器所連接的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，在用戶想知道家居的情況下，能夠通過 Internet 用遠(yuǎn)程計算機(jī)和智能手機(jī)查看家中實時環(huán)境。
具體模塊設(shè)計如下圖2所示。


　圖2　基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安防系統(tǒng)的模塊設(shè)計
 
4　智能家居安防系統(tǒng)運行效果
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)，利用3G和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能智能化處理電器燃燒、燃?xì)庑孤┑任ｋU情況，同時也能通過遠(yuǎn)程PC機(jī)、智能手機(jī)和平板電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控家居環(huán)境，一旦發(fā)生煤氣泄漏、非法闖入、玻璃碎裂、火災(zāi)等非正常情況，智能家居系統(tǒng)可以通過GSM/GPRS傳輸，采取發(fā)送報警短信、發(fā)送現(xiàn)場彩信照片、撥打用戶手機(jī)以及撥打報警電話等一項或多項措施進(jìn)行處置，既解決了當(dāng)前安防系統(tǒng)的許多弊端，并通過設(shè)計保證了系統(tǒng)的安全性、實時性、易用性、可拓展性。
 
5　結(jié)語
由于作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低成本、低功耗、自組織、高可靠性等特點。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)是現(xiàn)代家居安防系統(tǒng)的最佳解決方案，本文設(shè)計的由五個子系統(tǒng)組成的智能家居安防系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控、自動控制以及報警等功能，具有良好的發(fā)展空間和廣闊的應(yīng)用前景。
 
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