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        智能家居安防系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

        2016-07-01 01:39:54云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院張海軍
        電子世界 2016年10期
        關(guān)鍵詞:安防系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制智能家居

        云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張海軍

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        智能家居安防系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

        云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張海軍

        【摘要】安防系統(tǒng)(home security system)作為智能家居的重要組成部分,是指通過各種報(bào)警探測(cè)器、報(bào)警主機(jī)、攝像機(jī)、讀卡器、門禁控制器、接警中心及其它安防設(shè)備為住宅提供入侵報(bào)警系統(tǒng)服務(wù)的一個(gè)綜合性系統(tǒng),同時(shí)在住宅遇到緊急情況時(shí)采取相應(yīng)措施,減小或規(guī)避損失。隨著移動(dòng)互聯(lián)的高速發(fā)展,以及目前熱議的物聯(lián)網(wǎng),將家庭安防系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無線化、規(guī)范化,對(duì)住宅提供強(qiáng)有力的保障是家庭安防系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)[1]。

        【關(guān)鍵詞】智能家居;安防系統(tǒng);遠(yuǎn)程控制;關(guān)鍵技術(shù)

        隨著人類消費(fèi)需求和住宅智能化的不斷發(fā)展,今天的智能家居系統(tǒng)將擁有更加豐富的內(nèi)容,系統(tǒng)配置也越來越復(fù)雜。智能家居領(lǐng)域目前主要體現(xiàn)了兩大技術(shù)發(fā)展方向,它們分別是:1)多種無線技術(shù);2)以嵌入式系統(tǒng)為中心的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)為核心的技術(shù)。當(dāng)前,將無線技術(shù)與嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)技術(shù)相結(jié)合蓬勃發(fā)展。其產(chǎn)品主要利用現(xiàn)有的移動(dòng)控制終端設(shè)備加上無線通信模塊改造,利用語(yǔ)音或視頻與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

        1 智能家居安防系統(tǒng)的需求分析

        智能家居的最終目的是創(chuàng)造更舒適、更安全和更符合環(huán)保的家庭生活環(huán)境,智能家居系統(tǒng)的主要功能都是圍繞其目的服務(wù)的,智能家居系統(tǒng)的主要功能如下:家庭聯(lián)網(wǎng)功能、短信收發(fā)功能、防盜報(bào)警功能、防災(zāi)報(bào)警功能、定時(shí)控制功能、聯(lián)動(dòng)控制功能、遠(yuǎn)程控制功能、求助報(bào)警功能等[2],而這其中與安防有關(guān)的功能占了大多數(shù)。由此可見,家居安防系統(tǒng)因其擔(dān)負(fù)著保護(hù)人們生命財(cái)產(chǎn)安全的職責(zé)而成為智能家居系統(tǒng)的首要組成部分。安防系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能包括:(1)防盜預(yù)警。對(duì)潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警,規(guī)避可避免的危險(xiǎn)。(2)防災(zāi)報(bào)警。當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)時(shí)立即報(bào)警,并采取相應(yīng)制動(dòng)措施。(3)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制。通過PC或手機(jī)端對(duì)家居進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制,達(dá)到家居智能化的目的。(4)信息安全服務(wù)。個(gè)人及家居隱私的保護(hù),要做到監(jiān)控設(shè)備與外部網(wǎng)絡(luò)隔離,禁止外部設(shè)備對(duì)用戶進(jìn)行監(jiān)控,尤其防止通過網(wǎng)絡(luò)渠道被竊取。(5)可擴(kuò)展性。根據(jù)各用戶的個(gè)性需求,系統(tǒng)保留不同的擴(kuò)展口,無需改變硬件設(shè)備和系統(tǒng)組成,可方便的增加硬件設(shè)備。

        2 當(dāng)前智能家居安防系統(tǒng)存在的主要問題

        經(jīng)過二十幾年的發(fā)展,智能家居安防仍然沒有得到普及,目前還是處于起步階段,主要原因是智能家居產(chǎn)品存在以下缺陷:(1)兼容性差、出現(xiàn)信息孤島。各個(gè)智能家居設(shè)備廠商,都以開發(fā)自己的產(chǎn)品為中心,各個(gè)廠商的設(shè)備,不兼容,出現(xiàn)信息孤島狀態(tài);(2)成本高。各系統(tǒng)互通互聯(lián)有限,共享程度低,家庭安防設(shè)備投入成本高;(3)體積大、能耗高。以計(jì)算機(jī)為控制系統(tǒng),占有空間且長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行;(4)實(shí)時(shí)可控性差。對(duì)家電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控大多是基于互聯(lián)網(wǎng),一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞或者進(jìn)入無網(wǎng)絡(luò)覆蓋的戶外區(qū)域,將不能夠?qū)译娫O(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控;(5)以有線方式的布線,設(shè)備的活動(dòng)性差、布線一旦確定,難以更改。

        3 智能家居安防系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

        (1)多點(diǎn)到點(diǎn)無線電通信技術(shù)

        無線通信技術(shù)現(xiàn)主要分為無線電波和紅外線兩種。紅外傳輸雖然有一定抗干擾能力,但傳輸距離較短,且智能直線傳輸,缺點(diǎn)明顯。無線電波傳輸具有衍射效應(yīng),能跨越一定障礙,也不需要過長(zhǎng)的天線。無線電傳輸原理為發(fā)射端發(fā)射一定頻率的電磁波,接收端只提取出相同頻率的電磁波信號(hào),再將接收到的信號(hào)解碼輸出。

        綜合考慮通信距離,成本,開發(fā)難易程度等各方面的因素本系統(tǒng)選擇微功率短距離無線通信技術(shù)。在方案設(shè)計(jì)中可采用有多個(gè)無線發(fā)射端,一個(gè)無線接收端,屬于多點(diǎn)到點(diǎn)的無線通信。每一個(gè)發(fā)射端發(fā)送的編碼信號(hào)是由地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成的一個(gè)完整的碼字,只有當(dāng)發(fā)射端與接收端地址碼匹配時(shí)方可進(jìn)行通訊,同步碼是有一定特征的一串碼字,好讓芯片能夠通過一定的算法鑒別出同步碼,同時(shí)對(duì)接收數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。復(fù)用技術(shù)采用時(shí)分多路復(fù)用,即將不同的信號(hào)相互交織在不同的時(shí)間段內(nèi),沿著同一個(gè)信道傳輸;在接收端再用某種方法,將各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)提取出來還原成原始信號(hào)的通信技術(shù)。工作方式為主站輪詢,從站等待,采用透明的無線傳輸協(xié)議,無線通信的握手連接,發(fā)送確認(rèn),數(shù)據(jù)校驗(yàn),有錯(cuò)重發(fā)都由模塊自動(dòng)完成,無硬件流控。

        輪詢方式是另一種點(diǎn)到多點(diǎn)的接入方式,是基站為終端分配帶寬的一種處理流程,這種分配可以是針對(duì)單個(gè)終端或是一組終端的。為單個(gè)終端和一組終端連接分配帶寬,實(shí)際上是定義帶寬請(qǐng)求競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,這種分配不是使用一個(gè)單獨(dú)的消息,而是上行鏈路映射消息中包含的一系列分配機(jī)制。輪詢是基于終端的,帶寬的請(qǐng)求總是基于CID,而分配則是基于終端。

        多點(diǎn)到點(diǎn)無線電通信流程圖見圖1。

        圖1 多點(diǎn)到點(diǎn)無線電通信流程圖

        (2)串口通信技術(shù)

        串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議。串口通信是指外設(shè)和計(jì)算機(jī)間,通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線、控制線等,按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。串口按位(bit)發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)(byte)的并行通信慢,但是由于串口通信是異步的,串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù),同時(shí)其他線用于接收,但不是必須的[3]。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口,這些參數(shù)必須匹配。

        在方案設(shè)計(jì)中,可以通過單片機(jī)通過串口與ARM連接,單片機(jī)將采集來的數(shù)據(jù)輸給ARM處理器,如果采集到的數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值,ARM處理器將發(fā)出短信或者指令,并且通過GPRS撥打主人的電話或及發(fā)送短信。比如當(dāng)檢測(cè)到火警信息,ARM控制單片機(jī)直接控制電機(jī)打開滅火裝置,并打電話或者發(fā)短信給用戶及時(shí)報(bào)警。

        (3)反饋系統(tǒng)的自動(dòng)控制技術(shù)

        采用自動(dòng)調(diào)節(jié)的反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì),終端控制器在收到傳感器傳過來的超限值時(shí),一方面向主控制器傳送數(shù)據(jù),顯示到網(wǎng)頁(yè)上,一方面撥打主人的電話或者發(fā)送短信,重要的是終端控制器將根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù),確定是哪個(gè)房間里的數(shù)據(jù),進(jìn)而開啟相應(yīng)的設(shè)備。比如,客廳的傳感器采集到溫度過高,終端控制器接收到數(shù)據(jù)后,向主控制器發(fā)送,并且撥打電話,同時(shí),終端控制器將開啟客廳里的排氣扇,打開客廳的窗戶窗簾。

        (4)GPRS通信技術(shù)

        GPRS為通用分組無線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱,是歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。GPRS具有充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)、資源利用率高、始終在線、傳輸速率高、資費(fèi)合理等特點(diǎn)[4]。采用GPRS無線通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制,就是充分利用現(xiàn)有客戶端、網(wǎng)絡(luò)和硬件設(shè)備,將單片機(jī)與GPRS模塊通過串口連接起來,將采集到的圖像、聲音等其它信息傳輸給GPRS模塊。比如,門禁系統(tǒng)采集到陌生人的頭像,通過TCP/IP協(xié)議傳到指定的服務(wù)器上,再通過彩信或者短信的形式發(fā)在戶主的手機(jī)上,進(jìn)行身份核實(shí)。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        隨著4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全面推廣使用和手機(jī)日益走向智能化,可以為智能家居提供更大的信息量、更多的信息服務(wù)、更快的傳輸速率和更好的兼容性。智能家居安防系統(tǒng)將更加注重功能擴(kuò)展、無線干擾、系統(tǒng)能耗、信息安全等關(guān)鍵技術(shù)。

        參考文獻(xiàn)

        [1]羅明璋,張明云,趙江涵,張正松.移動(dòng)終端:家庭安防系統(tǒng)發(fā)展的軸心[J].安防科技,2011,03:30-32.

        [2]毛文霞.智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].城市建設(shè)理論研究,2013,01:44-46.

        [3]游燕,隨善坤.一種智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息,2005,12:56.

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