物聯網技術下的智能家居安防系統設計

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摘要：隨著信息技術的發展，智能化家居安防系統逐漸進入人們日常生活中，構建智能家居安防系統將有效防止偷盜、火災等災害對人們生命財產造成威脅。文章基于物聯網技術構建一套適用的智能家居安防系統，該系統主要控制核心是單片機，利用傳感器進行信號傳輸，以SIM900A通信模塊為主要遠程系統，可以在發生意外時自行報警，以此達到減少偷盜、火災等情況對家庭經濟、生命財產的損失。通過對該系統的設計，以期提高家居安全，實現家庭安防智能化、遠程化。

關鍵詞：物聯網技術；智能家居；安防系統；設計

從20世紀末開始，學者就進行了智能家居的研究，隨著信息技術以及物聯網技術的發展，智能家居已經不再是理論幻想，能夠切實應用到家居安防中。當前，智能化家居安防系統經過不斷改良與設計，在軟硬件上已趨近成熟，成本較低，普通民眾也能在家里進行安裝。智能家居安防系統不僅可以傳遞樓宇信息，還具備實時監控、數據傳輸、數據儲存、緊急報警等功能，能充分保障人民家居環境的安全。智能家居安防系統的建設，不僅可以有效保障用戶自身的生命財產安全，還能保障整個樓宇的安全，減少火災、盜竊、煤氣泄漏等家居事故的發生，還將在緊急時實現報警。此外，還有一鍵呼救功能，極大保障了用戶居家的生命財產安全。

1系統軟件設計方案

智能家居安防系統主要是由控制中心、信號檢測、報警呼救等多個模塊組成，在室內安裝傳感器來檢測室內環境，通過數據分析測定室內是否存在危險情況。在系統中還將采用無線結合有線的形式，確保數據能真實、準確、及時地傳遞到控制中心，并在遇到緊急情況時，控制中心能直接通過報警呼救模塊對用戶進行提醒并發送報警信息。安防系統組成機構如圖1所示，其單片機時刻處于工作狀態，當室內出現緊急情況，其傳感器的信號會及時傳遞到單片機控制中心，并依據事先在控制中心設置的參數閾值確定是否采用報警。

2基于物聯網技術的智能家居安防系統設計

智能家居安防系統中包含煙霧傳感器、紅外傳感器、火焰傳感器，以單片機作為控制中心，擁有無線通信模塊可以在緊急的時候繼進行報警。同時還包含液晶顯示器，可以讓用戶隨時查看家居情況。

2.1煙霧檢測模塊

目前智能家居安防系統中采用的煙霧傳感器是MQ-2，其性能高、價格低，能隨氣體濃度的變化而改變氣體傳感器的電導率。MQ-2煙霧傳感器能檢測到大多數的易燃氣體，并能通過電路與控制系統有效記錄氣體濃度。U1A計算器根據閾值設置電位計RP值和煙霧濃度，并發出模擬和數字報警信號。其主要是通過VCC傳感器利用信號線路進入QM-N10進行分析，從而精心判斷，然后依據儲存的數據進行再分析，確定煙霧達到一定閾值之后傳遞給控制中心，控制中心依據數據發出預警。當室內煙霧濃度達到一定數值時，煙霧預警器就會響起，直到煙霧降低為止；或者當煙霧上升到峰值的時候，控制中心將直接進行報警，降低了家里無人造成更大財產損失的可能性。

2.2火焰檢測模塊

紅外線接收器將火焰的亮度轉換成電信號，在60°角度范圍內有高低變化。當信號傳送到控制單元后，經過LM393比較器與安全值比較之后，確定火焰強度，然后控制中心與處理單元依據結果作出反應。當室內出現明火時，在傳感器預感范圍內，并且達到一定閾值的時候，將連通消防噴水器，對其進行滅火處理，并發出警報聲，提醒用戶逃離或者進行火災救助。但是，當火勢得不到控制時，火警檢測模塊將通過無線數據傳輸到控制中心，控制中心將依據儲存數據進行報警處理，這樣極大保障了火災出現時能及時聯系消防隊伍進行救助，保障用戶生命財產安全。

2.3無線通信模塊

SIM900A內部擁有強大的ARM9216EJ-S處理器內核，能進行語音電話、SMS/MMS和數據傳輸，還能對DTMF進行解密，并識別對方的密鑰傳遞語音。SIM900A作為收發通信模塊，不僅具有收發器接口，還能優化交換網絡，具有功能齊全的軟硬件設計。該模塊主要由SIM電源控制，其在一般情況下處于休眠模式，微卡的電流功耗一般為1.5mA，其擁有的串行接口可以對模塊中的固件進行更新。當模塊出現異常時，程序會自動啟動。在ARM9216EJ-S內核處理下，SIM900A受到傳感器的信號時，及時處理，并依據事先儲存的數據進行判斷情況的緊急程度，傳輸到控制中心，依據控制中心給出的“指示”傳遞到各個設備，使設備能正常運行，針對實際情況采取有效措施，極大保障了用戶安全。

2.4人體感應模塊

HC-SR501是一種紅外控制的感應模塊，其工作原理是通過紅線傳感器針對人體感性，確定是否存在一定威脅，然后將信號傳遞給控制中心。如果人體感應模塊在運行時，遭遇穿透異常的情況下，傳感器模塊以高電平發射，否則發出低電平。在感應模塊接通后會有初始時間，在這個時間階段，感應模塊將在短時間內以一定頻率發出信號，然后才進入檢測狀態。因此，在啟動該模塊前，要依據延遲時間進行適當設置，在RT1和CY1中，芯片的A引腳連接高電平并反復觸發模塊的延遲時間。

2.5單片機控制中心

單片控制中心是整個智能化家居安防系統的“大腦”，其決定了整個數據的分析以及對整套設備的指揮。因此，單片機控制中心一般采用STC89C52單片機來完成整個系統的控制。其主要由幾個接口來控制不同的情況發生，如P1.1和P1.2接口主要負責煙霧檢測，P3.0和P3.1主要檢測火焰傳感器模塊出現的異常情況，并依據煙霧以及火焰情況來判斷火災事故，P1.5擁有非法入侵者的檢測。當傳感器發生異常情況時，會通過相應的接口將信息傳遞給控制中心，控制中心通過串行接口驅動SIM900A進行報警。具體線路如圖2所示。

3系統軟件設計

家居安防系統軟件設計建立在硬件設施基礎之上，經過keilop956、vision2等軟件開發平臺編寫而成。軟件設計中包括了SIM模塊初始化程序、按鍵控制程序、短信發送程序安全檢測程序等。

3.1人體檢測模塊程序設計

在安全系統激活狀態下，激活后初始化時間約為1min調用延遲中斷程序，然后啟動安全監控。當單片機的P1.5端口為高性能鏡像掃描時，系統采用可重復觸發方式，經過SMS模塊的檢測之后，由控制中心與預設數據進行對比，出現異常情況將觸發報警提示，報警燈閃亮一定時間后，將直接執行遠程報警。

3.2煙霧/火焰傳感模塊程序設計

由于煙霧/火焰傳感模塊具有一定的初始時間，啟動這個模塊前，要對其延時故障程序進行設置，使其進入監控掃描狀態。若是煙霧傳感器模塊的DOUT輸出端低，則表明此時模塊出現了異常情況，要立即對其進行整改設計。在模塊執行階段，延時時間一般設定為3s，由短信模塊進行短信控制，通過發送短信報警的形式，保證報警機制的執行功能。

3.3通信模塊程序設計

在程序運行階段，如果檢測到煙霧濃度過高或者出現非法入侵的情況，傳感器的探頭前端就會將異常情況傳遞給控制中心，打開報警中心，并通過預設的渠道傳遞給用戶準確信息。在程序中，對聯通的對象號進行編碼并存儲在索引中，初始化系統后短信將其返回給SIM卡，執行延時程序，在網絡上注冊模塊約15s。模塊的指示燈打開三秒一閃，表明已連接到網絡，延遲信號掃描。如果檢測到控制中心發送的SMS控制命令，則該消息將以20s的延遲發送給用戶，以安排SMS的發送。如果沒有檢測到控制命令，系統將返回執行延遲周期。安防系統程序流程如圖3所示。

4結語

智能家居安防系統是當前保障家庭居住環境的有效措施，能為家庭提供防火預警、防盜預警、非法入侵預警、有害氣體出入口等功能。采用STC89C52單片機作為系統的控制中心，以無線、有線設備將各個檢測木塊組合在一起，形成一個具有消防功能的智能家居安防系統，防盜、防火和防止有害氣體泄漏，實現了對家居環境的監控，實現了現場和遠程報警。

參考文獻

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作者：韓雪 單位：黑龍江大學