基于物联网云平台的家庭安防监控系统

高鹤

摘要

随着社会的快速发展，人们对于自身居住场所的安全防范意识也越来越高，本文提出一种基于物联网公共平台的家庭安防监控系统。利用移动互联网技术，实现让用户通过手机APP随时随地观察到家的动态，本系统综合了防盗报警系统、火灾报警系统、煤气泄漏报警、视频监控和温湿度监控，这样既能实现对人物的有效感知，还能够随时监控温湿度等一些居住舒适指标。

【关键词】互联网 云平台 家庭安防 监控

1 系统架构设计与实现

1.1 系统整体架构设计

家庭安防监控系统综合了图形、通讯、数据、计算机实时系统集成等高科技技术，实现了安全管理的数字化、网络化和智能化。整个系统主要有3部分组成，分别是手机客户端APP、Ayla云平台和安装于家庭的感知与控制终端。感知与控制终端通常由防盗报警模块、火灾报警模块、煤气泄漏报警模块、视频监控模块和温湿度检测模块等子系统组成，主要完成环境信息的采集与控制。手机客户端APP和Ayla云平台实现了用户使用手机等移动设备远程监控终端设备，以APP的形式将信息内容呈现给用戶，并提供基本操作功能。系统总体结构如图1所示，感知与控制终端如图2所示。

1.2 系统功能需求

基于物联网云平台及STM32F207的家庭安防监控系统具有如下功能特点：

（1）防盗探测功能，探测是否有非法入侵，当门窗被撬开或者有人进入红外感应区时，产生报警。

（2）火灾探测功能，用传感器对住宅内气体浓度和温度进行实时检测，当检测到室内气体浓度或温度异常时，判断被检测处是否有火灾发生。

（3）燃气探测功能，实时检测里燃气热水器和燃气灶等使用燃气的设备是否有燃气泄漏。

（4）自动报警，主控制器检测到火灾、燃气泄漏等异常情况时，产生报警提示。

（5）视频监控功能，对家里关键部位进行采集图像信息，便于用户直观查看。

（6）远程监控功能，通过手机APP随时随地对系统进行查看和操作，实时掌握家里的动态信息。

2 Ayla云平台介绍

Ayla Networks提供业界全球领先的企业级物联网平台，在企业级物联网平台服务方面为行业树立了标杆性的示范作用。率先提出端到端企业级物联网平台解决方案，简化了物联网固有的各种复杂因素，使制造商能够将其产品快速转换成智能互连系统，并实现批量上市。作为一个专业的企业级PaaS平台，Ayla提供了足够的灵活性和模块化服务，可满足几乎任何类型的设备批量联网及迭代更新。

Ayla模块作为是底层硬件的核心，由它来下达或接收数据，完成各个功能的操作。另外Ayla非常注重数据传输的安全性，手机APP与Ayla云服务通信以及Wi-Fi模块与Ayla云服务通信均采用SSL加密技术进行数据传输，该加密机制安全性等级达到了网银支付等级。家庭安防监控与手机APP进行点对点连线时，可以非常安全便捷地让家庭安防监控设备接入互联网，用户不用担心自己的家里信息会泄漏。

3 系统硬件设计

3.1 系统硬件设计

结合家庭安防监控功能需求及成本控制，其功能实现的硬件结构图如图3所示。

STM32F207作为主控制器，负责和Ayla模块、入侵模块、视频监控模块、火灾探测和燃气探测等模块进行通信。它作为整个系统的核心部分，根据和各模块通信情况，并及时做出异常判断和处理。

防盗入侵探测模块由红外探测传感器等进行实时检测，用来实时监测住宅是否有人非法闯入或有人进入室内盗窃、抢劫。

火灾探测模块采用烟雾传感器和温度传感器双重报警。当有火灾发生时，若温度传感器检测到温度值超过预先设定报警值，同时烟雾传感器的内电阻值也发生变化，当主控制器同时检测到以上2种报警信号时，发出最高报警信息号。

燃气泄漏探测模块由燃气探测器进行燃气浓度检测，当检测到的浓度值超过设定值时进行触发报警，并开启通风换气设备给房间进行通风换气处理。

Ayla模块通过Wi-Fi的方式加入到Internet网络，使用户用手机通过APP客户端的方式随时随地地掌握自己家里的动态信息。

3.2 硬件模块选型

3.2.1 防盗探测模块

红外探测器主要探测人体和其他一些入侵的移动物体，当人体或者移动物体进入探测区域，会产生一个变化的热辐射，红外传感器把接收到的信号放大处理，并发出报警信号。本防盗模块采用主动红外探测器，其抗干扰性强，装在室外不会影响室内人员的活动，一旦有异常情况就会及时报警。

3.2.2 火灾探测模块

在发生火灾时，燃烧的物质会释放大量的热量和烟雾，为了能准确检测热量和烟雾，本火灾探测模块采用烟雾传感器NIS-02C和智能数字温度传感器DS18B20进行双重信息测量。离子式传感器NIS-02C能够探测煤气或液化气、烟雾等，具有低功耗、灵敏度高和易于维护等优点。DS18B20是采用1-Wire总线技术的典型产品，其成本低廉、便于总线扩展和维护等特点。

3.2.3 燃气探测模块

由于燃气的成分不同，在选择燃气探测器时应根据具体的燃气类型选用专用德尔探测设备。由于可燃气体具有易燃、易爆和有毒的特点，系统采用三组探测器进行并进行燃气总阀门的控制和换气装置的控制。

3.2.4 视频监控模块

本系统采用一款USB摄像头，该摄像头不仅具有体积小、功耗低等优势，还集成了CMOS图像传感器，具有图像压缩及数据传输等图像处理功能。

4 系统软件设计

整个监控系统的实现分为2个部分：一是Ayla模块与Ayla云平台通信；另一个是感知与控制终端工作流程。

4.1 Ayla模块与Ayla云平台通信

Ayla模块与Ayla云平台之间通过Internet进行通信。STM32F207单片机完成对Ayla模块上的无线网卡的初始化功能，并和该模块进行数据交换。Ayla模块向云服务器请求数据，当云服务器上有数据变化时则把数据发送给Ayla模块，当Ayla模块有数据变化时则上传到云服务器，如图4所示。

4.2 感知与控制终端工作流程

系统上电或复位的启动过程中首先运行初始化程序，系统运行起来后就开始进行监听任务，主控制器接收到终端报警信号时，并做出和报警信息相符的处理。流程图如图5所示。

5 结束语

本文利用先进的物联网云平台等技术，实现用户对家中情况的实时监控，感知终端通过传感器采集用户家庭环境的数据，当检测到数据异常时，触发主控制器报警，并发送到云平台服务器，使得用户通过手机APP获得家中异常报警情况，通过远程的实时监控来降低灾害所带来的损失。

参考文献

[1]韩晓英，张方樱，朱静.基于STM32单片机的智能家居控制系统设计与实现[J].硅谷，2013，132（12）：14-15.

[2]廉小亲，李康飞等.基于物联网云平台及STM32F100的壁挂炉远程控制系统研究[J].计算机测量与控制，2015，23（08）.

[3]唐平.基于GPRS的嵌入式家居远程安防监控系统的设计与实现[D].电子科技大学，2011.

[4] SonXiaoru， ShangYu. Research and implementation of embedded intelligent home system. Symposium on Intelligent Information Tecnology Application， 2009， Vol. 2： 82-85.

[5] Sharpies S，Callaghan V，Clarke G. A Multi-Agent Architecture for Intelligent Building Sensing and Control， International Sensor Review Journal， 1999， Vol. 19： 85-89.

[6]鄭天南.一种基于室内安防监控的APP系统的设计与实现[D].电子科技大学硕士论文，2015.