一种新型智能网联家居安防系统的设计

魏佳豪，周 帅，邹思奇，刘 雨，朱桂霖，谢印庆

（大连理工大学城市学院，辽宁 大连 116600）

0 引 言

随着科技的进步，越来越多的产品向着智能化方向发展，由人工操控的安防装置已无法满足人们对安全性能的需求。人们逐渐意识到家庭内部安装安防检测装置等智能安防系统的重要性。家庭智能云安防系统适合各年龄段的人，该系统可通过传感器对家中信息进行检测，并借助远程通信实时传送至云端，为人们及时了解家中情况提供便利。

1 系统总体方案

本设计通过参考物联网技术将实现过程分为3层，分别是感知层、网络层和应用层，将这3层进行分类：将人体检测、环境检测、指纹识别功能归为感知层；将对环境的实时检测、远程控制等功能归为网络层；通过ZigBee技术将感知层与网络层联系起来实施到应用层。系统结构如图1所示。使用STM32单片机收集并处理各模块传送的数据，并在显示模块上显示。此外，还可以通过网络协议与ZigBee管理系统连接，在云端对数据进行实时监控。

图1 系统结构

2 系统设计原理

2.1 感应模块

通过感应模块可以将家中环境信息通过与单片机间的数据交互传送至上位机，实现对家中情况的实时监控，在发生盗窃、火灾等危险情况时及时汇报给主人。本设计的感应模块由人体红外探测模块、环境检测模块、指纹识别模块组成。

2.1.1 人体红外探测模块

该人体感应模块对活体检测的灵敏程度较高，工作在低压状态，在自动感应设备领域得到了广泛的应用。该模块感应到有人接近时，输出高电平，否则输出低电平。

2.1.2 环境检测模块

环境检测模块的光敏传感器可以将电信号或非电信号转换为光信号，若为电信号则直接转换，若为非电信号，则需要经过其他器件后转换。DHT11数字温度传感器测量温度和湿度后，通常使用单总线通信方式实现与单片机间的数据传输，配合显示模块显示测量数据，多用于温湿度调节器、汽车、气象站等。MQ-2烟雾传感器根据电导率和可燃气体浓度的关系来检测空气中是否有燃气泄露，多用于住宅楼等处。火焰传感器YL-38通过波长范围来检测火焰和与火焰波长相差不大的光源，内置数字量输出接口和模拟量输出接口，根据单片机的高电平和低电平状态来检测有无火焰。

2.1.3 指纹识别模块

指纹识别模块内置图像对比、储存数据、指纹搜索等功能，通过串口通信与单片机进行数据传输，经过多次指纹录入和识别训练，系统将会更快地识别身份，进而提高住户的安全性。

2.2 显示模块

该设计使用OLED模块显示信息，较其他显示模块而言，该模块轻便且功能较全，工作在3.3 V电压下，共有16个管脚，具有SPI和IC等接口方式，通过读写指令实现数据传输。

2.3 防盗模块

该模块由门磁传感器、继电器、蜂鸣器构成。信号导通后门磁传感器工作，多与主机连接使用，适用于铁门和窗户等。继电器的作用相当于自动控制开关。蜂鸣器通过输入高低电平来控制其发出声音。当家中无人时，如果有人破门而入，系统会发出警报。

3 系统硬件设计

STM32F103C8T6芯片具有集成度高、处理速度快等优点，并且自带ADC和多个I/O口，以及多个通信接口，硬件结构如图2所示。

图2 硬件结构

3.1 功能部分设计

通过ZigBee管理系统远程观察室内温湿度、烟雾浓度、燃气是否泄漏及家中是否出现陌生人等。系统通过特定的温湿度传感器检测环境中的温湿度，转化为数据传输至上位机并且显示在OLED显示屏。本设计中还含有烟雾传感器，当有燃气泄漏或者火灾发生时，传感器检测到烟雾浓度或者温度过高时，系统自动报警。

3.2 软件实现

基于物联网技术的家庭智能云安防系统软件主要分为3部分。

（1）第一部分为指纹识别，通过指纹图像比对，快速识别主人身份，然后进入主系统；

（2）第二部分为传感器，对活体和环境进行数据采集、分析；

（3）第三部分为ZigBee管理系统。

系统软件设计流程如图3所示。

图3 软件设计流程

4 系统测试

对家庭智能云安防系统的各模块功能进行检测：使用烟雾传感器对空气中可燃气体的浓度进行检测；使用温湿度传感器对家中的温湿度进行检测。

本设计所用的ZigBee管理系统的功能包括：查看终端设备的温湿度、可燃气体浓度数据，通过温湿度趋势图与室内正常温度及气体信息进行对比，及时发现异常，进行远程控制，并提醒危险。

5 结 语

本文设计了基于STM32的智能安防系统，该系统不仅功能齐全，还能与其他安防产品联动使用。本系统具有测量精度高，模块数据处理有效性强等优点，并且可以远程通过云端观察、控制，可靠性高，满足了人们对智能安防的需求。