摘　要：物聯網技術的快速發展，使其在智能家居安防系統中的應用成為可能，本文在分析傳統智能家居安防系統不足的基礎上，設計了基于物聯網技術的智能家居安防系統，該系統能夠滿足現代家居安防需要，極大降低了家居安防系統的構建成本，并能提高其可靠性、安全性和操作的方便性。
關鍵詞：物聯網技術；智能家居；安防系統


    智能家居是以住宅為平臺，利用現代綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術和音視頻技術將與家居生活有關的通信設備、水電設備、照明設備、監控設備等設施集成，從而構建高效的住宅設施與家庭日常事務的管理系統，以提升家居安全性、便利性、舒適性和藝術性，并實現環保節能的居住環境。
智能家居安防系統作為智能家居系統的子系統之一，主要對家居人為破壞（如非法入侵）和自然災害（如火災、煤氣泄漏等）兩個方面進行防護和防范^[1]。傳統智能家居安防系統主要以個人計算機為使用終端，由監控攝像頭、紅外線探測儀、緊急求助按鈕、煙霧感應探頭、紅外護欄、報警設備等配件組成，通過現代電子通訊等技術，實現對家居火災、盜竊等異常情況進行報警，能滿足用戶的基本需求，但普遍存在報警不及時、誤報警、重復投資率大等缺點，而且還面臨著隱私泄露安全隱患、可控設備操作復雜、互聯和擴展性差以及配件昂貴等問題。隨著人們安全防范意識的不斷增強和對建筑物智能化水平要求的不斷提高，傳統智能家居安防系統在布線成本高、操作復雜、可靠性差以及維護困難等方面的問題也越來越明顯。物聯網技術的出現，因其低成本、低功耗、組網簡單，而且更加穩定可靠，這為現代智能家居安防系統提供了更理想的解決方案。
 
1　物聯網技術簡介^[2]
基于互聯網和無線傳感器網絡的物聯網技術，能夠通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，通過ZigBee等協議，把任何物品與互聯網相連接，進行通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。物聯網可以分為三層：感知層、網絡層和互聯網絡層^[3-4]。感知層主要使用智能嵌入式設備進行感知、識別信息，網絡層主要是解決通過網絡進行信息傳遞和處理，應用層則解決物聯網與應用系統的互聯。
作為物聯網核心技術之一的無線傳感器網絡，在智能家居安防系統布線中擁有非常明顯的優勢，能極大降低智能家居安防系統布線和維護的復雜性^[5]，而且無線傳感器網絡中的傳感器節點，具有智能處理信息的功能，當發生異常情況時，系統能夠自動控制險情，并將報警信號及時發送給監控者或住戶本人。當然，用戶也可以隨時隨地通過各種終端對家居進行主動監控。
 
2　基于物聯網的智能家居安防系統體系結構
基于物聯網的智能家居安防系統，即利用物聯網技術將家居無線傳感器網絡、互聯網、監控終端依次對應物聯網結構的物物網絡、泛在介入、互聯網絡進行組網，實現被監控設備與網絡的互聯互通，從而實現對家居安防的智能化監控。
家居無線傳感器網絡由家庭內部的各種安防傳感器和家庭智能網關組成，安防傳感器一般包括玻璃碎裂傳感器、門窗防盜檢測傳感器、嵌入式攝像頭、煙霧傳感器、燃氣泄漏傳感器以及報警按鈕等，各傳感器作為無線傳感器網絡的一個節點，通過無線組網技術ZigBee連接起來。智能家庭網關是整個網絡平臺的核心，各個不同協議子網之間的互聯和信息共享都需要通過網關進行，它可以接收各種家電、燈具以及安防監控設備等傳感器發送上來的信息，還可以連接互聯網，使得監控者或住戶本人能夠在非現場區域對家庭網絡進行遙控和檢測。
網絡層是家居無線傳感器網絡和外界的通信橋梁。它一方面可以通過GSM/GPRS網絡直接向用戶手機發送報警、現場信號或者接收用戶的控制命令；另一方面可以將現場信息發送至互聯網的服務器。常用的監控終端包括手機和連接在互聯網上的計算機，用戶可以通過在其上運行的監控軟件實現各種各樣的監控功能，具體如圖1所示。


圖1　基于物聯網技術的智能家居安防系統體系結構
3　基于物聯網的智能家居安防系統的設計
智能家居安防系統需具備家居安防自動檢測與報警、家電設備自動控制、家居環境自動檢測與控制以及擴展等功能，主要包括中央控制子系統、無線傳感器網絡監測子系統、門禁子系統、廚房安防子系統、移動物體定位子系統和遠程監控子系統等。
中央控制子系統是智能家居的中樞，主要是通過在家用電腦或 PDA 等設備上基于嵌入式 Web Server 技術，設計相應服務器控制端程序，與作為客戶端的無線傳感器網絡監測子系統、門禁控制子系統和移動物體定位系統等應用程序保持實時連接通信。整個系統采用客戶/服務器通信方式實現安防監測與防護功能。
無線傳感器網絡監測子系統主要是通過各種傳感器感知室內環境變化，當采集到數據后，經過ZigBee網絡傳輸到中央控制系統，由中央控制進行數據分析和處理，若發現異常，將通過ZigBee網絡發出相應控制命令，進而進行各種報警或安全防護措施等。而室內各種傳感器構成一個無線傳感器網絡，在這個網絡中通過相應路由算法和協議實現數據的采集、傳輸和處理等。
門禁控制子系統主要是利用現有門禁并在其上通過嵌入式單片機技術實現安全門的進一步智能化，在該安全門上通過紅外傳感器可以感知人的存在，通過人臉識別可以進行進門的身份認證等，智能安全門將其采集到的數據通過有線網絡或無線路由器傳輸到中央控制系統進行數據分析和處理，并發出相應控制命令給智能安全門，同時將相關信息傳輸給遠程用戶的智能手機。
廚房安防子系統主要是針對廚房進行的檢測，它通過專用的傳感器實時監測當前廚房環境中的燃氣濃度、煙霧濃度、火災情況等，實現廚房的自動監控功能。其中燃氣泄露可用燃氣傳感器檢測；廚房內火災情況可用火焰傳感器檢測；廚房內煙霧濃度情況可用煙霧傳感器檢測。傳感器將實時采集到的數據通過無線網絡傳輸到中央控制系統進行數據分析，若出現異常情況，由中央控制器發出指令，如切斷電源、關閉燃氣等，阻止危險發生，同時將危險信息發送給遠程用戶智能手機。
移動物體定位子系統主要是利用現代智能手機，通過現代移動通信技術，將實時監測到的移動物體（這里主要是丟失的貴重物品、家電設備以及丟失的寵物、迷路的老人或小孩等）位置傳輸到用戶智能手機上，為用戶提供信息服務，以便及時找到所遺失的物品、人和寵物等。在這些移動物體上必須安裝接受信號裝置，如GSM卡等，而在智能手機上必須設計一個移動物體監測應用程序，以便和移動物體上的GSM 卡等建立通信。該智能手機也可通過將信息傳輸到中央控制系統，由中央控制系統來完成數據保存和處理等。
遠程監控子系統主要是利用和中央服務器所連接的網絡攝像頭，在用戶想知道家居的情況下，能夠通過 Internet 用遠程計算機和智能手機查看家中實時環境。
具體模塊設計如下圖2所示。


　圖2　基于物聯網的智能家居安防系統的模塊設計
 
4　智能家居安防系統運行效果
基于物聯網技術的智能家居安防系統，利用3G和物聯網技術，能智能化處理電器燃燒、燃氣泄漏等危險情況，同時也能通過遠程PC機、智能手機和平板電腦進行遠程監控家居環境，一旦發生煤氣泄漏、非法闖入、玻璃碎裂、火災等非正常情況，智能家居系統可以通過GSM/GPRS傳輸，采取發送報警短信、發送現場彩信照片、撥打用戶手機以及撥打報警電話等一項或多項措施進行處置，既解決了當前安防系統的許多弊端，并通過設計保證了系統的安全性、實時性、易用性、可拓展性。
 
5　結語
由于作為物聯網核心技術之一的無線傳感器網絡具有低成本、低功耗、自組織、高可靠性等特點。因此，基于物聯網技術的智能家居安防系統是現代家居安防系統的最佳解決方案，本文設計的由五個子系統組成的智能家居安防系統，能夠實現監控、自動控制以及報警等功能，具有良好的發展空間和廣闊的應用前景。
 
參考文獻:
[1]韓秀峰.智能家居安防系統設計與實現[D].大連:大連理工大學，2009. 
[2]International Telecommunication Union UIT. ITU Internet Reports 2005: The Internet of Things[R].2005
[3]柳衛林.基于ZigBee 技術的智能家居控制系統的設計與實現[D].上海：東華大學，2010.
[4]葉興貴,廖希仁.基于ZigBee的智能家居物聯網系統[J].現代建筑電氣,2011,9(1):25-28.
[5]李江權.基于無線傳感網絡的環境監測系統研究[D].南京:南京大學碩士學位論文，2012.