基于物联网的智能家居安防监控系统设计与实现

佟冬 吉林建筑大学城建学院

基于物联网的智能家居安防监控系统设计与实现

佟冬 吉林建筑大学城建学院

随着经济的发展和社会的进步，科技水平不断提升，物联网技术也得到了全面发展，并在智能家居安防系统中得到广泛的应用。公众生活水平不断提升，生活观念也在不断转变，对家居设备配置的系统性、安全性更加注重。对于家居行业而言，市场竞争形势更加严峻，必须要结合公众需求和市场发展行为进行合理科学分析和优化设计，才能全面满足现代家居安防需求，进而降低运营维护成本，为家庭安全提供更加全面的安全防护。本文基于物联网的智能家居安防监控系统的设计与实现课题进行了深入研究和分析，仅供参考。

物联网 智能家居 安防监控系统 设计 实现

传统的智能家居安防系统在安全性、可靠性和科学性等方面还存在很多的不足，随着物联网技术的全面发展，在智能家居安防系统中逐渐引入应用，通过运用计算机技术、无线通信技术、电子电力技术等，加强网络化综合管理，从而实现家居生活与家居安防有效结合，让家庭生活变得更加可靠舒适。

1 智能家居及智能家居安防监控系统基本内涵概述

智能家居是指以用户住宅为基础，充分利用网络通信技术、自动控制技术、安全防范技术、综合布线技术、音频视频技术等，将这些技术充分融入到家居生活的通信、照明、水电等设备中，从而实现技术和设施的有机融合，为用户住宅打造高端化、精细化、便利化居住环境氛围。智能家居安防系统主要是为了全面保护家居免受人为破坏和自然灾害影响而构建的一种综合性防护体系。传统的智能家居安全系统设计简单，主要是通过计算机系统将监控摄像设备、红外线探测仪、紧急求助按钮、防盗设备等进行连接，进行系统设计，一旦发生异常情况立即响应，从而满足公众家居生活的安全需求。但是传统的技术在响应时间、报警准确率、费用等方面存在一些不足，受到系统本身的影响可能会造成用户信息泄密等，且操作相对复杂，软件配件等费用较高，设备延展性略显不足。

随着公众安全防范意识不断提升，加上建筑物本身对于智能化要求越来越高，传统的家居智能安防系统在系统布线、日常维护、操作和可靠性等方面的不足日益显现。物联网技术的出现给智能家居安防监控系统的优化设计带来了新的发展方向，在成本、能耗、操作以及可靠性等方面具有显著优势。

2 物联网技术基本内容分析

物联网最早是在1998年提出来的，是指通过运用射频识别、二维码、全球定位系统、激光扫描器等方法，将物品和网络进行连接，进而对数据进行实时动态收集、分析和整理，从而对目标区域进行远程操控的一个系统。简单地说，就是以互联网、无线传感器网络为基础，通过信息传感设备，利用ZigBee等协议，将物品和互联网有效连接以此实现定位和监控的系统。通常物联网系统分成三个层面，分别是感知层、网络层、互联网络层。

感知层主要功能是采集信息和控制设备，主要包括传感器网关、传感器节点、RFID感应器、RFID标签、接入网关、智能终端等。网络层主要是对异构网络实现互相联通以及进行储存和存储，涉及云计算平台、移动通信网络、互联网、信息中心网管中心等。应用层主要是进行数据监控和数据分析等，包括智能检索、物流监控、远程医疗、污染监控、智能交通、智能家居等方面。

物联网技术应用于智能家居安防监控系统中，具有比较明显的优势，比如比较容易进行安防系统布线，操作简便，易于维护，通过利用无线传感器网络中的传感器节点进行信息高速处理等，一旦发生异常现象，立即启动报警，智能化控制险情，同时进行信号传输，提高用户快速处理能力。不仅能正确实时地采集数据实现对感知区域的监控，同时在安全性、可靠性和低廉性等方面优势明显。

3 基于物联网的智能家居安防监控系统结构分析

基于物联网的智能家居安防监控系统结构，以物联网技术三层架构为基础，融合用户新要求等进行针对性设计和开发。通过物联网技术，让家居无线传感器网络、互联网、监控终端分别和物联网结构的三层体系进行一一对应和互相连通，从而使监控设备与网络连接在一起，进而对家居安防实现智能化全程远程监控。最基础层面家居无限传感器网络的组成部分主要来源于家用装安防传感器、家庭智能网关，其中前者主要包括玻璃碎裂、门窗防盗、燃气泄露等传感器以及摄像头和报警装置等。每一个传感器都可以是无线传感器网络的重要节点，采用无线组网技术ZigBee将这些传感器设备构建在一起。后者是最重要的部分，各个组成部分之间的连接和信息传递都要通过这个关口，并且还能够收集来自家庭安防监控等传感器设备发送的信息，从而实现远程监督和操控。中间层面是互联网，是中间连接环节，通过GSM或GPRS网络向手机客户端用户发送报警信号或者传输命令等，同时把现场信息直接传输到互联网服务器中断，这样家庭用户就能够在监控设备上满足需求，该层面主要包括中心协调器、ZigBee无线通信网络、以太网构成。

4 基于物联网的智能家居安防系统的具体设计与实现

基于物联网的智能家居安防系统的具体设计，主要是根据客户需求和物联网技术本身的层级结构进行针对性多样化设计，因此主要功能可以体现多样化、实用性、安全性特征，通常包括家居安防自动检测和报警模块、家电设备自动控制模块、家居环境自动控制模块等。基于物联网的智能家居安防监控系统根据家庭位置和功能要求不同，设置的子系统包括中央控制、无线传感器网络监测、厨房、门禁、移动物体定位、远程监控等方面。具体分析如下：

4.1 中央控制子系统

该系统是整个基于物联网的智能家居安防监控系统设计的中心部位，通过在用户的电脑等计算机设备上面配置嵌入式Web Server技术为基础的服务器控制端系统，进而将中央控制子系统和使用设备之间实现无线连接，随时进行通信传输。主要的通信形式的客户与服务器模式，进而达到安防监督、控制和保护的作用。

4.2 无线传感器网络监测子系统

该系统主要设计初衷是为了实现传感实时动态监测，运用传感设备的高度灵敏性，对周边的环境进行感知，并进行数据采集，利用ZigBee网络技术，将信号传达至中央控制系统，进而实现信息数据的分析，一旦发现有问题，将会立刻进行反馈，形成操作命令参数进行返回，进而通过感应设备进行提醒，采取及时的防护措施进行处置，将风险降到最低。对于智能家居室内会形成无线传感器网络系统，从而按照既定的协议程序进行数据处理分析和传输。

4.3 厨房安防子系统

该板块主要是对用户家居的厨房进行智能化检测和设计的。运用专用传感器设备对厨房中的各种烟雾、火灾、燃气浓度等指标进行动态自动化检测，具体在可疑可能发生危险的位置设置传感器进行检测，并与中央控制系统进行有效关联，当发生可疑情况时中央控制器就会受到异常信号，进而形成参数后进行反馈，用户接收到信息后可以进行报警或者紧急处置，降低危险发生的可能性。

4.4 门禁控制子系统

该环节主要是为了对用户的居住室内的安全门进行智能化设计，通过在用户的安全门上置入嵌入式单片机技术，进而利用远红外传感设备实现人脸识别等，从而为用户提供重要的参考。该系统通过无线路由传输设备将获得感应的信息等按照既定程序和路径传输到中央控制系统，从而对数据进行分析处理和反馈，发现问题或者无法识别的信号给用户以警示，实现用户手机客观端和家庭门禁系统的有效关联。

4.5 移动物体定位子系统

该板块主要是对用户认为比较重要的宝贵的物品、设备、家庭成员等进行实施位置监控而设计的。通过将用户的收集和被定位物体之间建立有效关联，在这些关联物体上面安装GSM卡等信号接收设备，并在智能手机上安装一个应用程序，从而在两者之间实现通信信号关联。

4.6 远程监控子系统

主要是根据用户的需求，对需要了解的室内家居的具体情况和位置等处进行摄像头安装，从而实现与中央服务器的远程连接，进而掌握用户家中的具体境况，发现可疑情况立即进行报警或者回家处理，将意外和伤害等风险降到最低。

4.7 总体结构分析

基于物联网的智能家居安防监控系统设计，主要分成硬件设计和软件设计两大板块。硬件设计主要是对终端节点、中心协调器硬件部分进行设计，软件设计部门主要包括终端节点软件、中心协调器软件两大模块，基于上述设计功能，从而进行系统性设计和组合，进而对用户家居情况进行全程实时动态监控，最大限度地保护的利益不受损。

4.8 基于物联网的智能家居安防监控系统测试与检验

基于物联网的智能家居安防监控系统设计完成之后需要进行组装和整体性能联网测试，针对发现的问题或者不顺畅的环节进行理顺或者改造，以用户满意为最终目的，实现既有功能。系统测试主要是引入ZigBee协调器，将连接端口插入SIM卡3G系统后和家庭用户的计算机进行关联，并实现有线路由器、无线路由器和计算机系统同时连接，进而形成有效连接网络。

当然在实现和运行过程中需要考虑两个问题，一个是是否达到公众的多样化需要，在功能设计等方面是否达到要求，且实现顺畅连接。另一个是在运行传输效率等方面进行优化提升。由于受到硬件和软件系统本身、用户手机客户端以及各类传感器设备性能差异影响，可能在传输效率等方面出现延时，因此必须要进行系统设计和规划，在检测过程中以及后期维护过程中加强与用户的沟通，从而实现效用最大化，满足客户的需求。

总之，基于物联网的智能家居安防监控系统设计与实现是一个系统的、复杂的过程，需要运用多种硬件和软件设备等，在数据采集、分析、处理、传输等方面以及用户需求、费用等方面也要进行综合考虑，最终形成高效安全稳定顺畅的智能家居安防监控系统，实现应有的价值和功能。

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佟冬（1986-），男，吉林长春人，研究生，研究方向：图像预处理、智能控制。