CN104113560A - 一种基于物联网技术的智能家居安防监控系统 - Google Patents

Abstract

为了解决传统家居安防系统存在的布线困难和维护费用高的缺点，本发明提出了一种基于物联网技术的智能家居安防监控系统。设计了以包括微控制器和射频模块的终端节点，以及包括微控制器、射频模块和以太网芯片的中心协调器。实验结果证明该系统可以正确、实时地采集家庭室内数据，实现有效的监控，并能在数据超过正常范围时发出警报。

Description

一种基于物联网技术的智能家居安防监控系统

技术领域

本发明属于计算机系统领域，尤其属于家居安防监控领域。 

背景技术

家居安防系统即利用计算机技术、无线通信技术和电子电力技术等先进的通信和控制技术，通过网络化的综合管理，实现对家居生活以及家庭安防的紧密结合的系统，它使得家庭工作和生活更轻松和安全。 

传统的采用有线方式来实现家居安防的方式既有传输距离、布线复杂以及维护困难等缺点，远远不能满足社会和市场对于家居安防的要求。 

物联网(Internate of Things)由Kevin Ashton于1998年提出，通过射频识别、红外感应及激光扫描、二维码、GPS等技术将任何物品连接成网络，实现实时数据采集、处理和通信，从而实现对监测区域的智能化识别和监控。 

目前，已有一些研究通过物联网的相关技术实现对室内环境进行数据采集和监控。例如，文献《一种物联网智能家居系统的研究》（俞文俊，凌志浩．自动化仪表，2011，32(8)：56—59）提出一种通过ZigBee无线网络实现对家居设备进行信息采集和控制的家居安防系统，通过家庭网关与SQL Server数据库连接，终端用户通过B／S方式访问数据库以实现对家居的远程监控。文献《基于物联网技术的智能安居系统》（严萍，张兴敢，柏业超，杜仲林．南京大学学报(自然科学)，2012，48(1)：26—32）提出了一种结合物联网和多种无线通信技术的家居功能系统，远程用户可以通过短信实现对家居感知节点的控制。文献《基于多CPU的智能机房物联网系统》（刘三军，向丽萍，徐建，李晓艳．微电子学与计算机，2011，28(9)：183—185）提出了一种基于多CPU的智能机房物联网系统，不仅能实现对机房的远程监控，而且能实现视频、音频和图像等信息的传递。上述工作均利用物联网实现对室内环境的数据采集和监控，具有重要的意义，但无一例外都具有成本高的缺点。为了克服其缺点，文中设计了一种基于物联网技术的家居安防监控系统，不仅能正确实时地采集数据实现对感知区域的监控，同时具有架设安全、可靠性高和成本低廉的优点。 

物联网根据全面感知、可靠传递以及智能处理的三大功能需求，可以将其实现过程分为三层结构：第一层为感知延伸系统，主要功能为采集信息和控制设备；第二层为异构融合的泛在通信网络，主要负责异构网络的互联互通以及存储处理功能；第三层为应用和服务层，主要负责进行数据监控、数据分析等。物联网的应用技术构架如图1所示。  

发明内容

本发明提出的一种基于物联网技术的智能家居安防监控系统如图2所示，具有感知层、网络层和应用层。其中，感知层即终端节点，由若干感知节点和控制节点组成，感知节点包含温湿度传感器、光敏传感器、烟雾传感器、红外传感器等，用于对家居环境进行数据感知和采集，并将数据发送给中心协调器；控制节点包含窗帘控制节点、照明灯控制节点、电视机控制节点、电饭煲控制节点和空调控制节点等，用于接受中心协调器的控制指令，对家居环境进行控制。网络层由中心协调器、ZigBee无线通信网络和以太网组成，负责数据和控制指令的处理和转发，其中中心协调器的主要功能是组成ZigBee无线通信网络，接收传感器节点采集的数据，并将其通过以太网接口传输到上位机；同时，接收并解析由上位机发送过来的控制命令，对控制节点进行控制。应用层则由智能家居系统上位机、互联网客户终端和手机客户终端组成，负责对数据进行收集、分析以及发出控制命令，其中上位机通过以太网与中心协调器相连，其应用程序可采用B／S结构，互联网客户终端通过互联网与上位机交互，手机客户终端通过GSM网与上位机交互。 

中心协调器采用OSAL操作系统抽象层进行资源管理，其定时进行OSAL任务轮询主循环，判断是否有事件发生，当发生事件时，按优先级对其进行处理。系统运行的流程图如图3所示，具体来说，执行家居安防监控的步骤如下： 

（1）中心协调器组成ZigBee无线通信网络；

（2）终端节点加入ZigBee无线通信网络；

（3）中心协调器定时对感知节点进行OSAL任务轮询主循环，判断是否有事件发生，若感知节点无事件发生，则继续进行OSAL任务轮询主循环；

（4）若感知节点有事件发生，即感知节点通过ZigBee无线通信网络将感知数据发送给中心协调器；中心协调器接感知节点采集的数据，并将其通过以太网接口传输到上位机，上位机将数据通过互联网或GSM网传输到互联网客户终端或手机客户终端，然后按优先级高低顺序接收互联网客户终端或手机客户终端发送过来的控制命令，并将其通过以太网接口传输到中心协调器；中心协调器接收并解析由上位机发送过来的控制命令，通过ZigBee无线通信网络发送至控制节点，控制节点接受中心协调器的控制指令，对家居环境进行控制，在事件处理结束后继续进入OSAL任务轮询主循环。 

附图说明

图1是物联网的应用技术构架图； 

图2是智能家居安防监控系统图；

图3是系统运行流程图；

图4是组成结构图。

具体实施方式

在本发明的具体实施方式中，中心协调器控制器采用ARM9系列的微处理器S3C2410为核心，采用嵌入式系统作为控制中心，节点设计集成了32位的S3C2410处理器，16M的闪存和64M的数据存储器，并支持JTAG-ICE程序调试接口，LCD显示频、电源管理电路、USB接口电路以及其它接口电路等，其结构图如图4所示，通过运行系统进行测试，结果表明系统能实现对家居安防的实时数据采集和监控，并具有建设维护费用低廉、不受环境约束、以及软件升级容易等优点。 

Claims (6)

1.一种基于物联网技术的智能家居安防监控系统，由感知层、网络层和应用层组成，其中：感知层即终端节点，由感知节点和控制节点组成，通过ZigBee无线通信网络与网络层相连；网络层即中心协调器，通过ZigBee无线通信网络与感知层相连，通过以太网与应用层相连；应用层由智能家居系统上位机、互联网客户终端和手机客户终端组成，上位机通过以太网与网络层相连，通过互联网与互联网客户终端相连，通过GSM网与手机客户终端相连；其执行家居安防监控的步骤如下：

（1）中心协调器组成ZigBee无线通信网络；

（2）终端节点加入ZigBee无线通信网络；

（3）中心协调器定时对感知节点进行OSAL任务轮询主循环，判断是否有事件发生，若感知节点无事件发生，则继续进行OSAL任务轮询主循环；

（4）若感知节点有事件发生，即感知节点通过ZigBee无线通信网络将感知数据发送给中心协调器；中心协调器接感知节点采集的数据，并将其通过以太网接口传输到上位机，上位机将数据通过互联网或GSM网传输到互联网客户终端或手机客户终端，然后按优先级高低顺序接收互联网客户终端或手机客户终端发送过来的控制命令，并将其通过以太网接口传输到中心协调器；中心协调器接收并解析由上位机发送过来的控制命令，通过ZigBee无线通信网络发送至控制节点，控制节点接受中心协调器的控制指令，对家居环境进行控制，在事件处理结束后继续进入OSAL任务轮询主循环。

2.如权利要求1所述的智能家居安防监控系统，其特征是，感知节点包含温湿度传感器。

3.如权利要求2所述的智能家居安防监控系统，其特征是，感知节点包含光敏传感器。

4.如权利要求3所述的智能家居安防监控系统，其特征是，感知节点包含烟雾传感器。

5.如权利要求4所述的智能家居安防监控系统，其特征是，感知节点包含红外传感器。

6.如权利要求1所述的智能家居安防监控系统，其特征是，控制节点包含窗帘控制节点、和/或照明灯控制节点、和/或电视机控制节点、和/或电饭煲控制节点、和/或空调控制节点。