居家安全智能检测系统

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  • 来源:卡酷

      摘 要本文基于ZigBee组网原理计划设计了一款简单、经济、实用、灵活的,能走进大众生活的居家安全智能检测系统。该系统能实现实时显示家庭情况,意外着火报警通知主人、离家检测关闭家电、煤气等,切断一切隐患,通过短信返回控制结果等功能。

        关键词居家安全;zigbee;智能检测

        中图分类号:TD353 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)41-0256-01

        在日常生活中,有时我们会担心电器电源是否关闭、煤气或天然气阀是否关好、门窗是否锁好等,而目前相关的检测系统仅用于现代化程度较高的公寓或工农业生产,成本高昂,不能满足大众居家生活和规模较小的个体经济生产的需要,鉴于此,我们希望能够设计一种简单、经济、实用、灵活,能够走进大众生活的解决方案。

        1 技术实现

        1.1 系统架构

        居家安全智能检测系统是一款基于ZigBee组网的集多功能一体的检测装置。现目前主要由一个中央处理器、GSM短信通知模块、还有四个检测模块(温度采集模块、家用电器开关检测模块、可燃气体检测模块、家庭意外着火检测模块)组成。

        中央处理器采用mini2440开发板控制,这是一款低价实用的ARM9开发板。我们通过系统移植将Linux系统移植到开发板,使用QT、C++编程实现简单的界面控制软件,再移植到开发板上实现主控显示的功能。

        1.2 方案选择

        系统功能的实现主要涉及三方面的内容:传感器,无线网络,人机交互。

        传感器

        系统能够识别的内容有:是否有电流,是否有火灾的可能,是否有可燃气体的泄露。市面上已经有相应的传感器,可以直接输出数字信号,主控芯片可以依据厂家提供的技术手册进行辨别。

        信号的传送

        信号的传送主要包含两个部分:室内局域交互,室外远程交互。

        室内局域交互

        主要包括传感器数据的采集上传,动作命令的下达。就功能实现而言,应在室内搭建局域网络。方案设计涉及有线、无线的选择和多种的无线技术的取舍。

        (1)无线与有线

        无线局域网的网络速度与以太网相当,一个 AP 最多可支持多达上百个用户的接入,最大传输范围可达到几十公里,具有以下的鲜明特点:

        具有高移动性,通信范围不受环境条件的限制,拓宽了网络的传输范围。在有线局域网中,两个站点的距离在使用铜缆(粗缆)时被限制在 500m ,即使采用单模光纤也只能达到 3000 m ,而无线局域网中两个站点间的距离可达到50km 。

        无线技术的取舍

        目前在智能家居行业中,较为主流的无线技术一共有三种:WiFi、蓝牙、和ZigBee。

        (1)WiFi技术

        基于WiFi技术的智能家居产品最为常见,其优势在于传输速率快,且产品成本低,生活中也最为普及,对用户来说,基于WiFi的智能家居组合最为省事,购买设备直接组网即可。

        凡事都存在两面性,WiFi虽然传输快、普及广,但也存在着自身的技术劣势:其最大的问题要属安全性非常低,无线稳定性弱;功耗大也是其弱点之一,将导致其在家居领域的应用受限,例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器等不适宜使用;此外,WiFi的组网能力也相对较低,目前WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备,而实际家居环境中,仅开关、照明、家电的数量就已远远多于16个,显然发展空间受到了一定的限制。

        (2)Zigbee技术

        ZigBee技术的安全性很高,至今全球尚未出现一起破解先例。其安全性源于其系统性的设计:采用AES加密(高级加密系统),严密程度相当于银行卡加密技术的12倍;其次,Zigbee采用蜂巢结构组网,每个设备均能通过多个方向与网关通信,网络稳定性高;另外,其网络容量理论节点为65300个,足够满足家庭网络覆盖需求,即便是智能小区、智能楼宇等仍能全面覆盖;最后,Zigbee具备双向通讯的能力,不仅能发送命令到设备,同时设备也会把执行状态反馈回来,这对终端使用体验至关重要,尤其是安防设备,倘若你点击了关门,却不知道门是否真的已经锁上,将会带来多大的安全隐患;此外,Zigbee采用了极低功耗设计,可以全电池供电,理论上一节电池能使用10年以上,节能环保。

        (3)蓝牙技术

        大家对蓝牙技术的熟知,恐怕要属手机上的蓝牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi与Zigbee两者之间,但传输距离最短,属于一种点对点、短距离的通讯方式,因在移动设备或较短距离间传输,故蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验,例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、智能秤等,由于其传输距离较短,所以并不适合组建庞大的家庭网络。

        综合考虑后,采用Zigbee技术进行局域网络的搭建。

        GSM应用

        GSM模块,是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上,具有独立的操作系统、是一部手机开发人员使用ARM或者单片机通过RS232串口与GSM模块通信,使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能。基于GSM模块产品的开发往往都是基于ARM平台,使用嵌入式系统进行开发。有些GSM模块具有“开放内置平台”功能,可以让客户将自己的程序嵌入到模块内的软件平台中。直接使用由正点原子开发的GSM模块。该模块以ATK-SIM900A为核心,可以直接通过串口与主控芯片进行交互4。GSM模块通过AT指令进行通讯,本系统主要用到AT发短信指令“AT+CMGF=1”、“AT+CMGS=“手机号””。

        2 项目总结

        2.1 社会价值评估

        (1)该系统的开发代表了当下嵌入式设备的新趋势,我们不再从零开始,而是借鉴和整合现有的成果。随着社会生活的不断发展,人们对于智能化设备的要求也越来越高,开发的难度和复杂度也越来越大。模块式产品的出现,使嵌入式设开发人员不必纠结于每个底层的实现,而能够将精力集中于方案的设计和芯片的代码的编写,或直接整合现有的版块,开发出更复杂的产品。

        (2)居家安全智能检测系统是物联网技术应用于大众生活的尝试。我们将不同的内容整合到一个系统中,实现集中管理,如电流,煤气,烟雾,进一步的电视,电脑,微波炉,门禁等。若能够获得相应的研发支持,可以在生活中产生良好的效益。

        2.2 功能拓展

        (1)加入网络的版块,实现当下移动应用的需要;

        (2)可以加入门禁,警报等实现闭环居家控制功能;

        (3)Zigbee节点的放置应参照应用系统环境,合理地安排布局。

        3 结论

        本论文提出的基于Zigbee的家居安全智能检测系统,通过物物相联实现即时将家里的情况快速自行处理,当发生意外时通过短信通知房主,实现了智能安全的监测和防护,为现代家居提供进一步的理论支撑与技术指导。

        参考文献

        1高守玮.ZigBee技术实践教程M.北京航空航天大学,2009.250-300.

        2李从华,江芸.有线通信技术与无线通信的优劣对比分析J.信息技术应用研究:2012(5)

        3 明光照,李鸥,张延军. 基于无线传感器网络的智能家居系统设计J. 通信技术. 2009(02)

        4 周嵘,潘晓彬,郑堤. 家庭GSM短消息遥控监测系统J. 电子产品世界. 2003(17)

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