物联网技术下的智能家居安防系统设计

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摘要：随着信息技术的发展，智能化家居安防系统逐渐进入人们日常生活中，构建智能家居安防系统将有效防止偷盗、火灾等灾害对人们生命财产造成威胁。文章基于物联网技术构建一套适用的智能家居安防系统，该系统主要控制核心是单片机，利用传感器进行信号传输，以SIM900A通信模块为主要远程系统，可以在发生意外时自行报警，以此达到减少偷盗、火灾等情况对家庭经济、生命财产的损失。通过对该系统的设计，以期提高家居安全，实现家庭安防智能化、远程化。

关键词：物联网技术；智能家居；安防系统；设计

从20世纪末开始，学者就进行了智能家居的研究，随着信息技术以及物联网技术的发展，智能家居已经不再是理论幻想，能够切实应用到家居安防中。当前，智能化家居安防系统经过不断改良与设计，在软硬件上已趋近成熟，成本较低，普通民众也能在家里进行安装。智能家居安防系统不仅可以传递楼宇信息，还具备实时监控、数据传输、数据储存、紧急报警等功能，能充分保障人民家居环境的安全。智能家居安防系统的建设，不仅可以有效保障用户自身的生命财产安全，还能保障整个楼宇的安全，减少火灾、盗窃、煤气泄漏等家居事故的发生，还将在紧急时实现报警。此外，还有一键呼救功能，极大保障了用户居家的生命财产安全。

1系统软件设计方案

智能家居安防系统主要是由控制中心、信号检测、报警呼救等多个模块组成，在室内安装传感器来检测室内环境，通过数据分析测定室内是否存在危险情况。在系统中还将采用无线结合有线的形式，确保数据能真实、准确、及时地传递到控制中心，并在遇到紧急情况时，控制中心能直接通过报警呼救模块对用户进行提醒并发送报警信息。安防系统组成机构如图1所示，其单片机时刻处于工作状态，当室内出现紧急情况，其传感器的信号会及时传递到单片机控制中心，并依据事先在控制中心设置的参数阈值确定是否采用报警。

2基于物联网技术的智能家居安防系统设计

智能家居安防系统中包含烟雾传感器、红外传感器、火焰传感器，以单片机作为控制中心，拥有无线通信模块可以在紧急的时候继进行报警。同时还包含液晶显示器，可以让用户随时查看家居情况。

2.1烟雾检测模块

目前智能家居安防系统中采用的烟雾传感器是MQ-2，其性能高、价格低，能随气体浓度的变化而改变气体传感器的电导率。MQ-2烟雾传感器能检测到大多数的易燃气体，并能通过电路与控制系统有效记录气体浓度。U1A计算器根据阈值设置电位计RP值和烟雾浓度，并发出模拟和数字报警信号。其主要是通过VCC传感器利用信号线路进入QM-N10进行分析，从而精心判断，然后依据储存的数据进行再分析，确定烟雾达到一定阈值之后传递给控制中心，控制中心依据数据发出预警。当室内烟雾浓度达到一定数值时，烟雾预警器就会响起，直到烟雾降低为止；或者当烟雾上升到峰值的时候，控制中心将直接进行报警，降低了家里无人造成更大财产损失的可能性。

2.2火焰检测模块

红外线接收器将火焰的亮度转换成电信号，在60°角度范围内有高低变化。当信号传送到控制单元后，经过LM393比较器与安全值比较之后，确定火焰强度，然后控制中心与处理单元依据结果作出反应。当室内出现明火时，在传感器预感范围内，并且达到一定阈值的时候，将连通消防喷水器，对其进行灭火处理，并发出警报声，提醒用户逃离或者进行火灾救助。但是，当火势得不到控制时，火警检测模块将通过无线数据传输到控制中心，控制中心将依据储存数据进行报警处理，这样极大保障了火灾出现时能及时联系消防队伍进行救助，保障用户生命财产安全。

2.3无线通信模块

SIM900A内部拥有强大的ARM9216EJ-S处理器内核，能进行语音电话、SMS/MMS和数据传输，还能对DTMF进行解密，并识别对方的密钥传递语音。SIM900A作为收发通信模块，不仅具有收发器接口，还能优化交换网络，具有功能齐全的软硬件设计。该模块主要由SIM电源控制，其在一般情况下处于休眠模式，微卡的电流功耗一般为1.5mA，其拥有的串行接口可以对模块中的固件进行更新。当模块出现异常时，程序会自动启动。在ARM9216EJ-S内核处理下，SIM900A受到传感器的信号时，及时处理，并依据事先储存的数据进行判断情况的紧急程度，传输到控制中心，依据控制中心给出的“指示”传递到各个设备，使设备能正常运行，针对实际情况采取有效措施，极大保障了用户安全。

2.4人体感应模块

HC-SR501是一种红外控制的感应模块，其工作原理是通过红线传感器针对人体感性，确定是否存在一定威胁，然后将信号传递给控制中心。如果人体感应模块在运行时，遭遇穿透异常的情况下，传感器模块以高电平发射，否则发出低电平。在感应模块接通后会有初始时间，在这个时间阶段，感应模块将在短时间内以一定频率发出信号，然后才进入检测状态。因此，在启动该模块前，要依据延迟时间进行适当设置，在RT1和CY1中，芯片的A引脚连接高电平并反复触发模块的延迟时间。

2.5单片机控制中心

单片控制中心是整个智能化家居安防系统的“大脑”，其决定了整个数据的分析以及对整套设备的指挥。因此，单片机控制中心一般采用STC89C52单片机来完成整个系统的控制。其主要由几个接口来控制不同的情况发生，如P1.1和P1.2接口主要负责烟雾检测，P3.0和P3.1主要检测火焰传感器模块出现的异常情况，并依据烟雾以及火焰情况来判断火灾事故，P1.5拥有非法入侵者的检测。当传感器发生异常情况时，会通过相应的接口将信息传递给控制中心，控制中心通过串行接口驱动SIM900A进行报警。具体线路如图2所示。

3系统软件设计

家居安防系统软件设计建立在硬件设施基础之上，经过keilop956、vision2等软件开发平台编写而成。软件设计中包括了SIM模块初始化程序、按键控制程序、短信发送程序安全检测程序等。

3.1人体检测模块程序设计

在安全系统激活状态下，激活后初始化时间约为1min调用延迟中断程序，然后启动安全监控。当单片机的P1.5端口为高性能镜像扫描时，系统采用可重复触发方式，经过SMS模块的检测之后，由控制中心与预设数据进行对比，出现异常情况将触发报警提示，报警灯闪亮一定时间后，将直接执行远程报警。

3.2烟雾/火焰传感模块程序设计

由于烟雾/火焰传感模块具有一定的初始时间，启动这个模块前，要对其延时故障程序进行设置，使其进入监控扫描状态。若是烟雾传感器模块的DOUT输出端低，则表明此时模块出现了异常情况，要立即对其进行整改设计。在模块执行阶段，延时时间一般设定为3s，由短信模块进行短信控制，通过发送短信报警的形式，保证报警机制的执行功能。

3.3通信模块程序设计

在程序运行阶段，如果检测到烟雾浓度过高或者出现非法入侵的情况，传感器的探头前端就会将异常情况传递给控制中心，打开报警中心，并通过预设的渠道传递给用户准确信息。在程序中，对联通的对象号进行编码并存储在索引中，初始化系统后短信将其返回给SIM卡，执行延时程序，在网络上注册模块约15s。模块的指示灯打开三秒一闪，表明已连接到网络，延迟信号扫描。如果检测到控制中心发送的SMS控制命令，则该消息将以20s的延迟发送给用户，以安排SMS的发送。如果没有检测到控制命令，系统将返回执行延迟周期。安防系统程序流程如图3所示。

4结语

智能家居安防系统是当前保障家庭居住环境的有效措施，能为家庭提供防火预警、防盗预警、非法入侵预警、有害气体出入口等功能。采用STC89C52单片机作为系统的控制中心，以无线、有线设备将各个检测木块组合在一起，形成一个具有消防功能的智能家居安防系统，防盗、防火和防止有害气体泄漏，实现了对家居环境的监控，实现了现场和远程报警。

参考文献

[1]孔育琴.基于STC89C52的家庭智能安防系统设计[J].自动化技术与应用，2017，36（10）：135-139.

[2]何孟凡，高国伟，王世峰，等.智能家居防火防盗系统[J].传感器世界，2017，23（2）：12-15.

[3]吴卫博.智能建筑中楼宇电气自动化系统问题与策略探究[J].科技尚品，2016（6）：21.

作者：韩雪 单位：黑龙江大学