基于物联网的智能家居安防系统的改造研究

王雨　刘芳

摘  要：现有传统智能家居系统接受程度相对较低，为了满足用户低成本升级传统智能家居的需要，基于物联网技术并结合不同传感网络体系的特点，对现有智能家居安防系统的智能家电、环境监控与安全防护三个子系统进行改造，以期提高智能家居安防系统的适用性和用户接受度。建议加强国内智能家居安防系统标准的统一建设，以提高系统兼容性，提升用户满意度。

关键词：智能家居安防系统;物联网;智能化改造

中图分类号：TN92;TP391.4      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）05-0161-03

Transformation of Smart Home Security System Based on Internet of Things

WANG Yu，LIU Fang

（School of Management Engineering，Anhui Polytechnic University，Wuhu  241000，China）

Abstract：The acceptance of current traditional intelligent household system is relatively low. In order to meet the needs of the users to upgrade the traditional intelligent household at low cost，this paper proposed a plan of reforming the three subsystems of existing intelligent household security system，namely the intelligent home appliance，environmental monitoring and safety protection modification，based on the internet of things technology and combined with the different characteristics of the sensor network system，aiming to improve the applicability of the smart home security system and user acceptance. It is suggested to strengthen the unified construction of domestic intelligent home security system，so as to improve system compatibility and user satisfaction.

Keywords：intelligent home security system;internet of things;intelligent transformation

0  引  言

智能家居的概念最早來自于美国在1984年建成的第一栋智能楼宇“城市空间建筑”，从此经历了三个阶段：住宅电子化Home Electronics、住宅自动化House Automation和智能家居Smart Home[1]，智能家居的解决方案也陆陆续续提出并进行了尝试。随着智能家居概念越来越被人们所接受，微软、IBM、小米、华为等一些大公司陆续投入到智能家居的研发和生产业务中，并相继推出了不同风格的智能家居产品。依托安徽工程大学的2019年度大学生创新创业训练项目《基于物联网技术的智能家居安防系统：开发设计与自媒体营销策略研究》，课题组成员由来自质量工程管理专业、电气自动化专业、智能机械制造专业和工商管理专业5名大学生构成，课题组近半年围绕智能家居安防系统开展了相关研究，形成了阶段性成果。本文主要通过对现有的智能家居安防系统的不足进行分析，提出基于物联网技术改造的智能家居安防系统方案，以期增强智能家居系统的可操作性，提高消费者对智能家居系统的接受度，促使物联网技术在改善居民生活品质方面发挥更大的作用。

1  现有智能家居系统的不足之处

现有智能家居系统的不足之处主要分为技术瓶颈与资源共享两个方面。在技术方面，由于各个大公司各自发展，使得市场上出现的各个系统互不兼容，并无一套完整的标准或协议。一般情况下，智能家居系统下的各个产品可以通过无线网络实现远程监控，但由于各类产品采取的无线网络连接协议不同，导致各个系统不兼容。在资源共享方面，优质资源被大企业垄断，随之产生的是较高的价格，并且为了维护本单位的利益，几乎每个企业都坚持自己的标准或协议，结果导致智能家居系统的兼容壁垒，也增加了用户的使用成本。此外，市场上还充斥着各种非智能家居产品，这些非智能家居产品的价格相对较低，也受到一部分消费者的青睐。据OFweek智能家居网网站的一项抽样调查表明（如图1、图2所示），国内接受智能家居系统用户的数量占比调查总体达到84.4%，但在主观愿意接受的用户中大多数人并未实际使用，即其中60.8%的用户处于观望状态。经调查，这些用户处于观望状态的主要原因为有“不想更换原有家居电器”“认为智能技术不成熟”和“现有智能家居系统的安装价格太贵，无法接受”。目前，亚马逊、谷歌和苹果正在合作开发一种开源的智能家居标准，从而改变智能家居系统兼容性差的局面。而在国内尚未出现大公司联合发展的情况下，资源得不到整合和优化配置，可能导致国内智能安防系统行业的竞争力下降，被国外同行企业抢占市场，不利于国内智能家居行业的可持续发展。因此，推动国内企业联合研发，形成统一的智能家居系统标准体系和规范体系势在必行[2]。

2  智能家居安防系统的功能划分

智能家居系统是指将计算机技术、网络通讯技术、智能控制技术、无线传感网络技术与家居生活所需的各种设备有机结合，为人们提供更加高效、方便和安全的家居环境的一套系统[3]，这一系统主要由智能家电、环境监控与安全防护三个子系统构成。

2.1  智能家电系统

目前市场上大多数智能家居产品都是家电产品，主要通过在原来的一些家电上安装各种感应模块和无线控制模块，从而实现自身的智能化控制，可以根据可能产生的各种情况进行自身的调整，以达到在提高效率节约时间的同时，降低成本的目的。并通过物联网模块与网络相连，从而实现自身系统功能的升级、自身状态信息的采集与发送、生活所需物品的采购方案的制定和家庭生活费用缴纳的功能，为用户提供更加方便的生活。

2.2  环境监控系统

生活环境的监控也是智能家居的一个重要的组成部分。环境监控主要是通过各种家电和专门的环境感知模块、无线控制模块实现的对家居环境的智能化感知与控制，可以通过感知环境的变化对家居环境进行调整，以提供较为舒适的环境，使用户获得一定的安全和幸福感。同时在这些基础之上，通过物联网模块与网络连接，还使得用户随时随地对家居环境有着绝对的了解和掌控，并可以通过自己的感受来调节自己希望的家居环境。

2.3  安全防护系统

安全快乐的生活是人们一直希望的，如何在无形之中给人们一种安全的生活环境也是现代智能家居安防系统应该考虑的一个重要方面。而安防系统通过各种安全报警传感器、环境监控感知模块与无线控制模块组成的对家居环境安全防护的全面感知[4]，并对可能发生的或已经发生的安全防护问题发出报警。同时通过物联网模块向用户与安防机构发出警告，并将收集的准确信息实时传递到用户与安防机构。智能家居安防系统的这三个重要组成部分是相辅相成的（如图3所示），也是未来家居体验中不可或缺的，其中缺少任何一个环节都不能被称之为智能家居安防系统。

3  利用现有家居条件的智能化改造

解决现有家居条件的智能化改造就要先解决物联网的传感网络问题，现有智能家居可用的传感网络体系有红外、Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等多种样式[5]。不同的传感技术各自的性能参数不同。鉴于大部分的用户家里只是一些单独运行的智能家电，并非完善的智能家居安防系统，课题小组成员经过几个月的反复试验，提出以下改造方案。

3.1  智能家电系统的改造

一些家电拥有一定的智能，可以通过设定进行一些自动处理，不过这些电器没有办法和网络连接，也无法对大系统进行运行环境的反馈，但是这些电器在处理器单元上都会留有外部信息处理接口，可通过这些接口与一个特定的无线控制单元进行连接，使整个电器拥有和外部沟通的能力。现在一些新款设计的电器具备与用户进行沟通的功能。

3.2  环境监控系统的改造

很多家庭是没有一个完善的环境监控系统的，对于环境监控系统的改造就需要用到智能家电的环境传感器，利用智能家电传到系统主机的环境传感器的数据进行对家居环境的探测和感知[6]。智能家电的环境传感器是有局限的，只是起到了辅助的作用，所以还是需要一套完整的环境监控感知模块，一个完整的环境监控感知模块包括温湿度传感器、空气质量传感器、光照度传感器、烟雾浓度传感器、视频监控等。通过這些模块对家居环境的感知，将信息通过控制单元进行分析后作出相应的处理，并将这些信息通过物联网模块传输到用户方。

3.3  安全防护系统的改造

安防系统是整个智能家居安防系统的重中之重，它主要由消防系统、防盗系统和联网报警系统构成（如图4所示）[7]。家居环境中消防系统与公共场所使用的消防措施是不同的，例如：家居环境中的智能消防水炮就是喷淋系统的替代方案，它能够在火灾发展早期阶段灵活高效地锁定着火点，并在半分钟内将火熄灭，将财物损失降低至最小。防盗系统主要是指在家居环境中使用智能门锁、智能门眼，安装窗玻璃破碎报警模块、生物探测模块和视频监控等。联网报警系统是为了将消防系统和防盗系统对家居环境的监控中出现的危险信息进行报警。当消防系统和防盗系统发出危险报警后，联网报警系统会将所有家居环境的信息通过物联网模块发送给用户，并对用户发出的指令做出反应，并进行报警处理。

4  结  论

本文提供在现有家居环境下对智能家居系统的三个子系统分别进行改造的方案，与其他的智能家居安防系统不同的是，此改造方案是在维持原有的家居环境和家电数量不发生较大改变的基础之上进行的，主要利用家居环境中原有电器的一些感知模块，将这些模块集成在这个新的系统中，并提出了警民联防的新方案，方便了社区安防和社区管理。鉴于国内智能家居安防系统无统一标准，建议政府相关部门和企业联合推动智能家居系统的标准化和规范体系建设。

参考文献：

[1] 申斌，张桂青，汪明，等.基于物联网的智能家居设计与实现 [J].自动化与仪表，2013，28（2）：6-10.

[2] 李立新，李艳文，蔡刚毅，等.基于物联网技术的智能家居安防系统的研究与开发 [J].控制工程，2015，22（5）：1001-1005.

[3] 周蕾.基于红外线智能家电控制系统及电源功耗分析 [J].电源技术，2016，40（6）：1304-1306.

[4] 马乐，燕炜，姜思羽，等.基于物联网体系结构的智能家居系统设计 [J].北京师范大学学报（自然科学版），2013，49（5）：458-461.

[5] 高瑞，雷文礼.基于物联网的家居安防系统设计与实现 [J].延安大学学报（自然科学版），2019，38（3）：29-33.

[6] 白日欣，陈淑春，智刚毅.基于多元特征融合技术的农村家居安防系统设计 [J].河北农业大学学报，2017，40（3）：136-139.

[7] 赵艳，汪春梅.基于CC3200的智能家居安防系统设计 [J].电视技术，2016，40（6）：44-47+67.

作者简介：王雨（1996-），男，汉族，安徽淮南人，本科，研究方向：质量管理工程;通讯作者：刘芳（1983-），女，汉族，山东烟台人，讲师，博士，研究方向：工商管理。