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.