基于物联网的智能家居安全防护系统设计
2022-02-22
来源:好走旅游网
嵌入式技术・Embedded Technology 因安知系家理关以用网动看控防程为出 基于物联网的智能家居安全防护系统设计 文/赵静麻名蕊宋振 火灾的可能性以及煤气中毒、爆炸的危险;另 外,入室行凶、盗窃等违法犯罪活动时有发生, 给社会带来不安定因素,人们对生命及财产的 安全性越来越重视。传统的机械式(防盗网、 防盗窗)安全措施不但影响楼房的整体美观, 况,在出现安全问题时,安防系统会及时报警, 并通过无线通信网络通知用户,用户可以通过 PC机或手机端对传感设备进行开关控制。将 无线传感器网络布设在家居环境中,实现无需 人为干预、自动检测数据并根据信息处理情况 而且一旦住宅内发生火灾等突发事件,更是难 进行预/报警的智能家居安防系统。系统结构 以逃生。随着嵌入式技术、传感器技术的不断 图如图l所示。 发展,物联网技术越来越多的应用在各个领域, 2系统的设计 在物联网三层体系结构指导下构建的智能家居 安全防护系统,通过智能门禁、智能门窗防盗、 2.1感知层 煤气监测、火灾监测、远程监控等功能模块, 实现更加安全可靠的安全防护功能。 智能家居安全防护系统在感知层主要实 现家居环境各类参数的有效采集,并保证与网 络层的实时信息传输。各数据感测节点以无线 传感器网络的形式自动组网,实现数据的有效 1整体设计方案 智能家居安全防护系统以物联网的感知 层、网络层、应用层的三层体系结构为依据, 采集与传输。无线传感器网络(WSN)是由 感知层通过人体探测器、烟雾探测器、可燃气 大量无处不在的,具有通信与计算能力的微小 体探测器、门磁探测器、温度传感器等传感器 传感器节点密集布设在无人值守的监控区域, 实现安全防护信息的实时采集,采取ZigBee 从而构成的能够根据环境自主完成指定任务的 技术构成无线传感器网络;网络层通过嵌入式 “智能”自治测控网络系统。 【关键词】无线传感器网络智能家居嵌入式 网关与感知层相连,通信网络包括宽带无线网 智能家居安全防护系统中传感器节点涉 络、光纤网络和蜂窝网络,本层实现数据交换 及烟雾感测、门磁感应、人体探测、温度传感 与通信,将大量感知信息传输给应用层;应用 等感测功能,通过协调器组建ZigBbee无线网 家居生活中煤气管道、热水器以及其他 层提供家居安全防护管理平台和运行平台,用 络,并与ZigBee语音报警器节点无线通信, 大容量家用电器的使用,都明显地增加了发生 户可以在PC机或手机端实时查看家居安全状 保证及时预警功能。在正常供电情况下,通过 <<上接215页 ~~叭一Ⅲ一.叭~三 . ㈨~眦一 洲 m~二 .一三| 一二 ~ ~一图3:新旧方案候车区等待人数对比 实地收集学生到达密度数据,利用泊松过程数 据特点重新制定了发车策略。 借助Flexsim仿真软件,建立了校园电动 车运行系统仿真模型,通过对当前制定策略与 假设实施的新方案进行仿真,仿真过程严格遵 照离散事件仿真的步骤一确定仿真研究目标、 收集数据、建立仿真模型、模型校验以及运行 结果分析优化等,预测新方案运行特点,最后 对确认的新方案与现有方案的相关运行指标进 图2:新旧方案载客量对比 利用Flexsim软件对本系统进行建模如图 l所示,并按照新制定的发车策略,将仿真所 得数据与现有方案进行对比如图2和图3所示。 图2和图3表明新方案相比于旧方案, h一~'苫 一一三. ~一. ~.~_ ~一作者简介 陈逸呜,男,湖北省襄阳市人。 载客量大幅度提升,平均为1O左右,在12座 的校园电动车的运行中,相当于平均满座率达 84%,比旧方案的60%提升了24%,设备利 用率得到提升 发车班次每天减少了39班次, 司机休息率提升了14%,电动车满载率提升了 28%,这些指标都表示了新方案的优越性。 行了比较,验证了新方案的优越性与可实施性。 4结论 本文针对校园电动车系统发车班次不合 理、设备利用率低、司机劳动强度大的现状, 参考文献 技术[J].新技术新工艺,2 004,26(07):9—11. 作者单位 441057 [1】王红军.基于eM—P1ant的FMS仿真建模 湖北省襄阳市第五中学 湖北省襄阳市 216・电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering Embedded Technology・嵌入式技术 PC端、移动终端客户端l l手机l l报警器 了可供用户使片j的Qt交互操作界面,Qt具有 { 常优良的跨平台特性,一次编程即可通过交 叉编译使程序运行在不同平台上二,而且Qt支 持目前主流的大部分操作系统.良好的人机交 互界面为 殳计产晶增添不少色彩。 安全防护功能可以根据系统使用情况选 择不同的情景模式,并设置不同模式下联动 【= ④④ ④l 嚣l} l I l I I 传l 图1:智能家居安防系统结构图 图2:嵌入式网关连接结构图 … -●雠 h- _ … _ - ‘ 嵌入式网关 作的无线传感器网络中的传感器节点与其他功 能模块,从而实现无人值守的智能防护系统自 动检测与预警功能。PC端各情景模式下联动 添加的界面如图3所示。 对于家中无人的情形。智能家居安防系 统可以将无线传感器网络采集的家居环境参数 实时传递给移动终端,移动终端设备上只需要 安装客户端程序,通过网络连接智能安防系统, 即可实时查看家居安防运行情况,并可以根据 需要远程设置不同模式的传感节点与功能模块 开关。 与Intemet互联网连接,通过TCP通信方式传 输数据。对于紧急情况的报警通知,则通过 ARM网关与GPRS模块相连,拨打预留手机 号并发送短信及时提醒。嵌入式网关与各功能 3结语 现代家庭存在越来越多的安全隐患.人 们对生命及财产的安全性越来越重视,迫切需 a●■雌 ■t■ …"…0・…1删 阻二0 旗 二— i= 二= L… 模块连接方式见图2。 本系统在嵌入式网关上移植嵌入式Linux 操作系统,嵌入式Linux性能优异,方便移 植,代码开放,应用产晶开发周期短,实时性 要更加安全可靠的家居安全防护措施。本系统 以物联网三层体系结构为依据,结合无线传感 器网络技术,采用ARM Cortex A9实现的嵌 入式网关与Zigbee网络以及终端设备互联, 能够提供智能门禁、智能门窗防盗、煤气监测、 火灾监测、远程监控等功能,更有效的满足家 庭安全防护、自动报警的需要,同时还提供远 图3:联动添加 ZigBee无线网络自动将烟雾浓度信息、门磁 能稳定。为保证网络互联,还需要在I酬关上移 植TCP/IP协议栈以及ZigBee协议栈,实现对 ZigBee网络数据的正确收发与转换,许可以 通过lnternet互联网与用户远程连接。 2.3网络层 距离、人体移动信息、室内温度等传感器采集 的数据传输给网络协调器。网络协调器经过网 哭接入lntemet、无线通信网络等外部网络。 嘲关对接收的传感器节点数据进行分析处理, 将处理后的信息存入嵌入式数据库,方便外部 网络进行访问。 2.2嵌入式网关 程监控的联网防范措施,使得家庭安全防护更 加可靠。这种系统模型可以推广到现代家庭中 使用,甚至在智能大楼、智能仓储等领域都可 以进行推广和移植。 智能家居安全防护系统能够保证无人值 守的情况下自动测控,用户可以远程访问系统 及时查看家中情况。网络层通过Wi.Fi以及光 参考文献 [1】王颂,胡立夫.智能家居安全防护系统 网关是连接两个或多个相互独立网络的 议转换器,通常网关每接收一种协议的数据 纤网络实现与PC机及其他终端设备的连接, 用户只需在终端设备上安装客户端应用管理平 台,即uJ随时查看各项家居环境参数;网关还 与GPRS模块相连,出现异常则拨打设定手机 号并发送预警短信;网关通过ZigBee协调器 与语音报警器节点实现光线通信,一旦检测数 据异常则及时作出预警。 2.4应用层 [J].中国科技信息,201 6(14):33—34. [2】蒋天发,丈莹莹,杨红,钱凯,李珊珊, 牟群刚.基于物联网的智能家居安防监控 系统软件开发[J].中南民族大学学报(自 然科学版),2 014(03):1 O5—109. [3]施文灶,王平,黄唏.无线传感器网络在 智能家居系统中的应用[J】.福建师范大 包后,在转发之前将其转换为”一利I协议的格 式。鉴于本系统足主要实脱家居智能安防系统 的ZigBee网络与Intemet和GPRS等外部网络 的数据通信,系统应用环境以静态处理为主, 传感节点基本无需移动检测,而且家居环境下 没备应体积小、功耗低,本系统选择嵌入式微 处理器ARM Cortex A9为核心实现网关的硬 件搭建,通过ARM处理器连接ZigBee协调器、 GPRS模块以及lntemet互联网,实现ZigBee 学学报(自然科学版),201 0(06):59—6 3. [4】乔大雷,夏士雄,杨松,陈岱.基于ARM9 的嵌入式zigbee网关设计与实现….微 智能家居安全防护系统的应用管理平台 既可以在网关上通过交互界面进行管理操作, 也可以在移动终端远程查看接收家居安防数据 并进行管理控制。本系统不需要人为干预,能 够自动检测家居环境参数并实时传输到应用管 理平台,出现异常能及时作出预警,通过语音 报警器发出报警信号,并通过GPRS模块与关 联手机联系,及时提醒。 鉴于家居环境尽量减少空间占用的需求, PC端应用管理平台可直接在A9网关一I-.实现, 这样既能保证较小的空间占用,又能方便监测 环境的有效部署。本系统在嵌入式网关也实现 计算机信息,2007(35):1 56—1 58. [5】章勇,李剑.基于zigBee无线传感 器网络的智能家居设计[J].电子科 技.201 2(O2):11 6—1l9. 刚络与外部网络的有效互联,保证家居安防系 统的实时信息传输。 ARM Cortex.A9处理器相较于ARM之前 作者简介 赵静(1 981一),女,现为青岛工学院信息工 程学院讲师。主要研究方向为嵌入式技术。 版本的处理器具宵更高的性能表现和应用兼容 性.在高性能、低功耗方面表现优异,并有效 延长了电池使用寿命,以A9处理器作为网关 处理器对提升智能家居安防系统整体效率具 有重要作用。为了实现感知设备能够将数据 实时传输给终端用户,本系统通过嵌入式网关 作者单位 青岛工学院信息工程学院 山东省青岛市 266300 ・基金项目:青岛工学院董事长基金资助项目“基于无线传感器网络技术的家庭智能安防系统研究”(2014KY019) Electronic Technology&Software Engineering电子技术与软件工程・2 1 7