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


    智能家居是以住宅為平臺，利用現代綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術和音視頻技術將與家居生活有關的通信設備、水電設備、照明設備、監(jiān)控設備等設施集成，從而構建高效的住宅設施與家庭日常事務的管理系統(tǒng)，以提升家居安全性、便利性、舒適性和藝術性，并實現環(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）和自然災害（如火災、煤氣泄漏等）兩個方面進行防護和防范^[1]。傳統(tǒng)智能家居安防系統(tǒng)主要以個人計算機為使用終端，由監(jiān)控攝像頭、紅外線探測儀、緊急求助按鈕、煙霧感應探頭、紅外護欄、報警設備等配件組成，通過現代電子通訊等技術，實現對家居火災、盜竊等異常情況進行報警，能滿足用戶的基本需求，但普遍存在報警不及時、誤報警、重復投資率大等缺點，而且還面臨著隱私泄露安全隱患、可控設備操作復雜、互聯(lián)和擴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、操作復雜、可靠性差以及維護困難等方面的問題也越來越明顯。物聯(lián)網技術的出現，因其低成本、低功耗、組網簡單，而且更加穩(wěn)定可靠，這為現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)網技術簡介^[2]
基于互聯(lián)網和無線傳感器網絡的物聯(lián)網技術，能夠通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，通過ZigBee等協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網相連接，進行通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。物聯(lián)網可以分為三層：感知層、網絡層和互聯(lián)網絡層^[3-4]。感知層主要使用智能嵌入式設備進行感知、識別信息，網絡層主要是解決通過網絡進行信息傳遞和處理，應用層則解決物聯(lián)網與應用系統(tǒng)的互聯(lián)。
作為物聯(lián)網核心技術之一的無線傳感器網絡，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)布線和維護的復雜性^[5]，而且無線傳感器網絡中的傳感器節(jié)點，具有智能處理信息的功能，當發(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。當然，用戶也可以隨時隨地通過各種終端對家居進行主動監(jiān)控。
 
2　基于物聯(lián)網的智能家居安防系統(tǒng)體系結構
基于物聯(lián)網的智能家居安防系統(tǒng)，即利用物聯(lián)網技術將家居無線傳感器網絡、互聯(lián)網、監(jiān)控終端依次對應物聯(lián)網結構的物物網絡、泛在介入、互聯(lián)網絡進行組網，實現被監(jiān)控設備與網絡的互聯(lián)互通，從而實現對家居安防的智能化監(jiān)控。
家居無線傳感器網絡由家庭內部的各種安防傳感器和家庭智能網關組成，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、燃氣泄漏傳感器以及報警按鈕等，各傳感器作為無線傳感器網絡的一個節(jié)點，通過無線組網技術ZigBee連接起來。智能家庭網關是整個網絡平臺的核心，各個不同協(xié)議子網之間的互聯(lián)和信息共享都需要通過網關進行，它可以接收各種家電、燈具以及安防監(jiān)控設備等傳感器發(fā)送上來的信息，還可以連接互聯(lián)網，使得監(jiān)控者或住戶本人能夠在非現場區(qū)域對家庭網絡進行遙控和檢測。
網絡層是家居無線傳感器網絡和外界的通信橋梁。它一方面可以通過GSM/GPRS網絡直接向用戶手機發(fā)送報警、現場信號或者接收用戶的控制命令；另一方面可以將現場信息發(fā)送至互聯(lián)網的服務器。常用的監(jiān)控終端包括手機和連接在互聯(lián)網上的計算機，用戶可以通過在其上運行的監(jiān)控軟件實現各種各樣的監(jiān)控功能，具體如圖1所示。


圖1　基于物聯(lián)網技術的智能家居安防系統(tǒng)體系結構
3　基于物聯(lián)網的智能家居安防系統(tǒng)的設計
智能家居安防系統(tǒng)需具備家居安防自動檢測與報警、家電設備自動控制、家居環(huán)境自動檢測與控制以及擴展等功能，主要包括中央控制子系統(tǒng)、無線傳感器網絡監(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 等設備上基于嵌入式 Web Server 技術，設計相應服務器控制端程序，與作為客戶端的無線傳感器網絡監(jiān)測子系統(tǒng)、門禁控制子系統(tǒng)和移動物體定位系統(tǒng)等應用程序保持實時連接通信。整個系統(tǒng)采用客戶/服務器通信方式實現安防監(jiān)測與防護功能。
無線傳感器網絡監(jiān)測子系統(tǒng)主要是通過各種傳感器感知室內環(huán)境變化，當采集到數據后，經過ZigBee網絡傳輸到中央控制系統(tǒng)，由中央控制進行數據分析和處理，若發(fā)現異常，將通過ZigBee網絡發(fā)出相應控制命令，進而進行各種報警或安全防護措施等。而室內各種傳感器構成一個無線傳感器網絡，在這個網絡中通過相應路由算法和協(xié)議實現數據的采集、傳輸和處理等。
門禁控制子系統(tǒng)主要是利用現有門禁并在其上通過嵌入式單片機技術實現安全門的進一步智能化，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行進門的身份認證等，智能安全門將其采集到的數據通過有線網絡或無線路由器傳輸到中央控制系統(tǒng)進行數據分析和處理，并發(fā)出相應控制命令給智能安全門，同時將相關信息傳輸給遠程用戶的智能手機。
廚房安防子系統(tǒng)主要是針對廚房進行的檢測，它通過專用的傳感器實時監(jiān)測當前廚房環(huán)境中的燃氣濃度、煙霧濃度、火災情況等，實現廚房的自動監(jiān)控功能。其中燃氣泄露可用燃氣傳感器檢測；廚房內火災情況可用火焰?zhèn)鞲衅鳈z測；廚房內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據通過無線網絡傳輸到中央控制系統(tǒng)進行數據分析，若出現異常情況，由中央控制器發(fā)出指令，如切斷電源、關閉燃氣等，阻止危險發(fā)生，同時將危險信息發(fā)送給遠程用戶智能手機。
移動物體定位子系統(tǒng)主要是利用現代智能手機，通過現代移動通信技術，將實時監(jiān)測到的移動物體（這里主要是丟失的貴重物品、家電設備以及丟失的寵物、迷路的老人或小孩等）位置傳輸到用戶智能手機上，為用戶提供信息服務，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，而在智能手機上必須設計一個移動物體監(jiān)測應用程序，以便和移動物體上的GSM 卡等建立通信。該智能手機也可通過將信息傳輸到中央控制系統(tǒng)，由中央控制系統(tǒng)來完成數據保存和處理等。
遠程監(jiān)控子系統(tǒng)主要是利用和中央服務器所連接的網絡攝像頭，在用戶想知道家居的情況下，能夠通過 Internet 用遠程計算機和智能手機查看家中實時環(huán)境。
具體模塊設計如下圖2所示。


　圖2　基于物聯(lián)網的智能家居安防系統(tǒng)的模塊設計
 
4　智能家居安防系統(tǒng)運行效果
基于物聯(lián)網技術的智能家居安防系統(tǒng)，利用3G和物聯(lián)網技術，能智能化處理電器燃燒、燃氣泄漏等危險情況，同時也能通過遠程PC機、智能手機和平板電腦進行遠程監(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)送現場彩信照片、撥打用戶手機以及撥打報警電話等一項或多項措施進行處置，既解決了當前安防系統(tǒng)的許多弊端，并通過設計保證了系統(tǒng)的安全性、實時性、易用性、可拓展性。
 
5　結語
由于作為物聯(lián)網核心技術之一的無線傳感器網絡具有低成本、低功耗、自組織、高可靠性等特點。因此，基于物聯(lián)網技術的智能家居安防系統(tǒng)是現代家居安防系統(tǒng)的最佳解決方案，本文設計的由五個子系統(tǒng)組成的智能家居安防系統(tǒng)，能夠實現監(jiān)控、自動控制以及報警等功能，具有良好的發(fā)展空間和廣闊的應用前景。
 
參考文獻:
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[2]International Telecommunication Union UIT. ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things[R].2005
[3]柳衛(wèi)林.基于ZigBee 技術的智能家居控制系統(tǒng)的設計與實現[D].上海：東華大學，2010.
[4]葉興貴,廖希仁.基于ZigBee的智能家居物聯(lián)網系統(tǒng)[J].現代建筑電氣,2011,9(1):25-28.
[5]李江權.基于無線傳感網絡的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究[D].南京:南京大學碩士學位論文，2012.