浅析物联网技术在家居安防系统中的应用

摘要：随着经济的发展，人们对家庭生命财产安全越来越重视。传统意义上采用电话线、电缆等有线方式的家居报警装置受到架线环境、传输距离等条件限制，并且投资成本大、维护费用高，已经远远不能满足市场和大众对安防系统的要求。本文探讨了基于物联网的智能家居安防系统的设计。

关键词：物联网；家居；安防系统

物联网是实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种新型网络，主要由电子标签码（EPC）、射频识别系统、主控制器、ONS对象名解析服务器、PML信息服务器组成。将物联网与家居安防系统相结合，突破了监测系统在地域、环境、时间上的限制，真正实现了分散布点、集中监控，具有可靠性高、搭建与维护费用低廉、设置监测终端容易等优势，是未来家居安防系统的研究和发展方向。

1.系统整体结构设计

系统的核心部分是家居安防系统的主控制器。本设计中采用嵌入式微处理器作为主控制器，它以射频通信的方式接收报警信息，并采用TCP/IP网络协议将信息发布到互联网上，使远程监测端能及时监测家居安全情况。针对家居安防系统中的火灾、煤气泄露、非法入室等主要处理信息，系统将分配了EPC码的电子标签部署在容易出现这些安全隐患的区域，称之为监测防区。远程监测端可以设置在小区保安室、消防局、公安局、家居主人办公室，以供随时查阅家居安全状况，及时处理突发事件。系统整体结构设计如图1所示。

2.系统硬件设计

2.1主控制器选择

系统核心MCU采用三星公司推出的32位RISC微处理器S3C2440A，负责处理射频收发数据，并将报警信息通过网络传送到远程监测端。S3C2440A采用了ARM920T的内核，加强的ARM体系结构MMU用于支持WinCE操作系统，拥有130个通用I/O口，具有DMA、UART、SPI、USB、PWM以及ADC和触摸屏接口，丰富的硬件资源为与射频模块的连接以及外部硬件的扩展提供了方便。S3C2440A内嵌DM9000网卡芯片，无需外部扩展，自适应10/100Mbps网络，RJ45连接头包含了耦合线圈，使用普通的网线即可连接路由器或者交换机。

2.2防区电子标签

监测防区电子标签主要由防区传感器、现场报警装置、电源模块、MCU和射频模块五部分组成。电源模块负责提供单片机工作电压，同时充当备用电源。单片机作为防区MCU，负责实时采集传感器监测信息，有异常状况时，单片机启动射频模块工作，同时命令现场报警装置报警。

3 系统软件实现

3.1 下层传感器节点软件实现

由于本系统针对的是一般的家庭住户，需要检测的区域范围一般不是很大（监测半径一般不会超过15m），经测试，NRF905模块在最低功率时的通信距离都能够满足要求，因此，采用了星形网络。同时，整个网络中的底层节点使用同一套完整的程序，系统上电后会根据相应的传感器是否工作来决定该程序模块是否执行，当重新添加相应的传感器时，系统也会自动调用相应的模块，这样即简化了系统的软件設计，又增强了系统的可扩展性。

3.2 主控制器软件实现

由于主控制器需要进行多方通信，同时也需要处理较为复杂的算法，进行数据包的解析等，因此，在设计主控制器程序时，重点考虑了它的实时性，快速性和可扩展性。

3.2.1 数据包收发缓存的处理

在对数据包的收发缓存的处理上，设计了上传数据缓存IOT Up、接收数据缓存IOT Receive，以及本地数据缓存IOT Local三个数据对象实现，均采用Ring Buffer结构，其中IOT Up负责无线传感网络上传数据的缓存，IOT Receive负责GSM网络上传数据的缓存，IOT Local则负责对WSN上传的数据进行缓存备份，用于主控制器进行本地化处理。在数据包解析处理方面，采用本地数据帧缓存IOT Frame实现，为链表结构，通过对IOT Frame的分析，便可获得WSN所采集的数据情况以及节点状态等信息。

3.2.2 多线程程序设计

由于系统需要处理的事件相对较多，且实时性要求相对较高，因此，为了保证数据处理与收发的实时性，提高应用程序的响应速度，系统采用了多线程技术，设计了三个数据处理线程getDataThread、sendDataThread、handleDataThread，分别来实现数据的接收、发送和处理，以下对三个线程类进行详细阐述。

（1）handleDataThread线程类。线程handleDataThread类主要负责对备份到IOTFrame中的数据进行分析处理，以实现显示数据的实时更新，系统的控制和通过对参数的判断决定是否远程报警等。采用定时扫描的方法，若IOTFrame中有数据，则进行相应的操作。

（2）sendDataThread线程类。线程sendDataThread类用来实现数据的发送处理，主要负责向无线传感网络发送指令，以及向GSM网络发送报警信息（通过串口与GSM模块通信）。

（3）getDataThread类。线程getDataThread类用来实现数据的接收处理，主要负责接收GSM网络发送过来的控制指令数据和无线传感网络上传到主控制器的数据，并将其本地化备份到IOTLocal中，进行解析处理。

4.系统综合测试

在实验室的环境下，搭建智能家居测试平台，系统共有5个节点，其中一个为控制节点，其余为普通传感器节点。在主界面可实现房间的选择以及模式的设置，OUT为离家模式，整个安防系统均处于活跃状态，IN为在家模式，关闭部分检测节点，如门窗处的防入侵节点等，以避免没必要的误报。

通过给温湿度传感器升温或降温，模拟温度变化，在主控制器界面能实时显示单个节点的温度变化曲线，以及每个房间的温度、湿度值。模拟入侵时，系统能实现声光报警且成功发送短信到绑定的手机，实现远程报警。

参考文献：

[1]朱宗胜，李阳.基于物联网和3G的家居安防监控系统设计[J].计算机测量与控制，2013，21（8）：2111-2114.

[2]李佳燃.物联网在家居安防中的应用及其关键技术[J].大众科技，2012（6）：69-70.