智能家居安防系统关键技术研究

2016-07-01云南机电职业技术学院张海军

电子世界 2016年10期

云南机电职业技术学院张海军

智能家居安防系统关键技术研究

云南机电职业技术学院张海军

【摘要】安防系统（home security system）作为智能家居的重要组成部分，是指通过各种报警探测器、报警主机、摄像机、读卡器、门禁控制器、接警中心及其它安防设备为住宅提供入侵报警系统服务的一个综合性系统，同时在住宅遇到紧急情况时采取相应措施，减小或规避损失。随着移动互联的高速发展，以及目前热议的物联网，将家庭安防系统网络化、无线化、规范化，对住宅提供强有力的保障是家庭安防系统发展的趋势［1］。

【关键词】智能家居；安防系统；远程控制；关键技术

随着人类消费需求和住宅智能化的不断发展，今天的智能家居系统将拥有更加丰富的内容，系统配置也越来越复杂。智能家居领域目前主要体现了两大技术发展方向，它们分别是：1）多种无线技术；2）以嵌入式系统为中心的嵌入式家庭网关为核心的技术。当前，将无线技术与嵌入式家庭网关技术相结合蓬勃发展。其产品主要利用现有的移动控制终端设备加上无线通信模块改造，利用语音或视频与家庭网关进行通信，实现对家电设备的实时监控。

1　智能家居安防系统的需求分析

智能家居的最终目的是创造更舒适、更安全和更符合环保的家庭生活环境，智能家居系统的主要功能都是围绕其目的服务的，智能家居系统的主要功能如下：家庭联网功能、短信收发功能、防盗报警功能、防灾报警功能、定时控制功能、联动控制功能、远程控制功能、求助报警功能等［2］，而这其中与安防有关的功能占了大多数。由此可见，家居安防系统因其担负着保护人们生命财产安全的职责而成为智能家居系统的首要组成部分。安防系统要实现的功能包括：（1）防盗预警。对潜在的危险进行预警，规避可避免的危险。（2）防灾报警。当检测到危险时立即报警，并采取相应制动措施。（3）远程数据采集和远程控制。通过PC或手机端对家居进行远程数据采集和远程控制，达到家居智能化的目的。（4）信息安全服务。个人及家居隐私的保护，要做到监控设备与外部网络隔离，禁止外部设备对用户进行监控，尤其防止通过网络渠道被窃取。（5）可扩展性。根据各用户的个性需求，系统保留不同的扩展口，无需改变硬件设备和系统组成，可方便的增加硬件设备。

2　当前智能家居安防系统存在的主要问题

经过二十几年的发展，智能家居安防仍然没有得到普及，目前还是处于起步阶段，主要原因是智能家居产品存在以下缺陷：（1）兼容性差、出现信息孤岛。各个智能家居设备厂商，都以开发自己的产品为中心，各个厂商的设备，不兼容，出现信息孤岛状态；（2）成本高。各系统互通互联有限，共享程度低，家庭安防设备投入成本高；（3）体积大、能耗高。以计算机为控制系统，占有空间且长时间运行；（4）实时可控性差。对家电设备的远程监控大多是基于互联网，一旦出现网络拥塞或者进入无网络覆盖的户外区域，将不能够对家电设备实时监控；（5）以有线方式的布线，设备的活动性差、布线一旦确定，难以更改。

3　智能家居安防系统的关键技术

（1）多点到点无线电通信技术

无线通信技术现主要分为无线电波和红外线两种。红外传输虽然有一定抗干扰能力，但传输距离较短，且智能直线传输，缺点明显。无线电波传输具有衍射效应，能跨越一定障碍，也不需要过长的天线。无线电传输原理为发射端发射一定频率的电磁波，接收端只提取出相同频率的电磁波信号，再将接收到的信号解码输出。

综合考虑通信距离，成本，开发难易程度等各方面的因素本系统选择微功率短距离无线通信技术。在方案设计中可采用有多个无线发射端，一个无线接收端，属于多点到点的无线通信。每一个发射端发送的编码信号是由地址码、数据码、同步码组成的一个完整的码字，只有当发射端与接收端地址码匹配时方可进行通讯，同步码是有一定特征的一串码字，好让芯片能够通过一定的算法鉴别出同步码，同时对接收数据做好准备。复用技术采用时分多路复用，即将不同的信号相互交织在不同的时间段内，沿着同一个信道传输；在接收端再用某种方法，将各个时间段内的信号提取出来还原成原始信号的通信技术。工作方式为主站轮询，从站等待，采用透明的无线传输协议，无线通信的握手连接，发送确认，数据校验，有错重发都由模块自动完成，无硬件流控。

轮询方式是另一种点到多点的接入方式，是基站为终端分配带宽的一种处理流程，这种分配可以是针对单个终端或是一组终端的。为单个终端和一组终端连接分配带宽，实际上是定义带宽请求竞争机制，这种分配不是使用一个单独的消息，而是上行链路映射消息中包含的一系列分配机制。轮询是基于终端的，带宽的请求总是基于CID，而分配则是基于终端。

多点到点无线电通信流程图见图1。

图1　多点到点无线电通信流程图

（2）串口通信技术

串口是计算机上一种非常通用的设备通信协议。串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是由于串口通信是异步的，串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据，同时其他线用于接收，但不是必须的［3］。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和校验位。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

在方案设计中，可以通过单片机通过串口与ARM连接，单片机将采集来的数据输给ARM处理器，如果采集到的数据超过设定的阈值，ARM处理器将发出短信或者指令，并且通过GPRS拨打主人的电话或及发送短信。比如当检测到火警信息，ARM控制单片机直接控制电机打开灭火装置，并打电话或者发短信给用户及时报警。

（3）反馈系统的自动控制技术

采用自动调节的反馈系统设计，终端控制器在收到传感器传过来的超限值时，一方面向主控制器传送数据，显示到网页上，一方面拨打主人的电话或者发送短信，重要的是终端控制器将根据传感器的数据，确定是哪个房间里的数据，进而开启相应的设备。比如，客厅的传感器采集到温度过高，终端控制器接收到数据后，向主控制器发送，并且拨打电话，同时，终端控制器将开启客厅里的排气扇，打开客厅的窗户窗帘。

（4）GPRS通信技术

GPRS为通用分组无线业务的简称，是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。GPRS具有充分利用现有的网络、资源利用率高、始终在线、传输速率高、资费合理等特点［4］。采用GPRS无线通信技术，实现远程数据采集和远程控制，就是充分利用现有客户端、网络和硬件设备，将单片机与GPRS模块通过串口连接起来，将采集到的图像、声音等其它信息传输给GPRS模块。比如，门禁系统采集到陌生人的头像，通过TCP/IP协议传到指定的服务器上，再通过彩信或者短信的形式发在户主的手机上，进行身份核实。