基于无线网络的家庭安防系统的设计

基于无线网络的家庭安防系统的设计

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(天津市欧来信机电设备安装工程有限公司天津市300000)

摘要：用于家庭安防的无线传感器属于物联网，可细分为物联网中智能家居的方向。基于此，本文以物联网和智能家居为切入点，探讨基于无线通信技术的无线网络家庭安防设备。

关键词：无线网络；家庭安防；设计

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对生活质量提出了更高的要求，希望生活更加安全舒适。然而，由于疏忽大意，火灾或煤气泄漏险情等现象，给家庭和社会带来了巨大损失，因此，利用高科技智能手段为家庭提供一个安全舒适的家居环境已迫在眉睫。智能家居安全系统可在紧急情况发生的第一时间报警，在萌芽状态下消除险情，减少损失，进而为家庭生活的安全舒适提供强有力的保障。

一、可视无线通信方式设计

1、ZigBee技术。由IEEE802.15.4无线通信标准发展出来的ZigBee通信协议，目前多应用于低功耗环境下的无线局域网。IEEE802.15.4无线通信标准只定义了两个底层环境：物理层(PhysicalLayer)和媒体接入控制层(MediaAccessControl，MAC)。ZigBee在此基础上添加了数据应用层和网络层。ZigBee是一种使用2.4GHz无线数据频带，采用跳频、扩频的技术。在对传输速率不高的应用场合，ZigBee技术非常适用于低功耗、低成本的短距离无线通信网络中。

2、RFID技术。RFID是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。它是20世纪90年代兴起的一项自动识别技术，利用无线电射频方式进行非接触式双向通信。RFID系统中射频卡(应答器)与读写器组成的一个完整射频系统，无需物理接触即可完成识别。作为一种非接触式的自动识别技术，RFID通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作便捷方便。

二、高速率数据采集技术

1、WiFi技术。WiFi是一种可将个人电脑、手持设备等终端以无线方式互相连接的技术。简单来说其实就是IEEE 802.11b的别称，是由一个名为“无线以太网相容联盟”(Wireless Ethernet CompatibilityAlliance,WECA)的组织所发布的业界术语，它是一种短程无线传输技术，能在数百英尺范围内支持互联网接入的无线电信号。随着技术的发展，以及IEEE 802.11a及IEEE 802.11g等标准的出现，现在IEEE802.11这个标准已被统称作WiFi。它可帮助用户访问电子邮件、Web和流式媒体，为用户提供了无线的宽带互联网访问。WiFi以其自身诸多优点，受到人们推崇。

2、UWB技术。UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。其抗干扰性能强，传输速率高，系统容量大，发送功率小。UWB系统发射功率非常小，通信设备可用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率延长了系统电源工作时间。而且发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。

3、IrDA技术。IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是由红外线数据标准协会制定的一种无线协议。它采用红外线作为通信媒介，支持近距离无线数据传输规范。红外通信是利用红外光进行通信的一种空间通信方式。红外通信标准IrDA是目前IT和通讯业普遍支持的近距离无线数据传输规范。尽管通信距离只有几米,红外光却是有许多优势的通讯媒介。它的小型化和低成本,很适合应用在手机、电子商务、数字照相机等便携式产品中。相对简单的红外连接使它能适应不同的操作系统和大范围的传输速率。

三、无线家庭安防系统方案

1、家庭安防系统。家庭安防是自动探测发生在布防监测区域内的侵入行为，并提示值班人员发生报警的区域部位，显示可能采取对策的系统。

家庭安防系统基本原理是家庭安防系统利用主机，通过无线或有线连接各类探测器，实现防盗报警功能。主机连接固定电话线，如有警情，按照客户设定的手机或电话号码拨号报警。家庭安防系统是预防盗窃、抢劫及火灾等意外事件的重要设施。一旦发生突发事件，就能通过电话迅速通知主人，便于迅速采取应急措施，防止意外发生或灾害扩大。

家庭安防系统通常由探测器(报警器)、传输通道和报警控制器三部分构成。报警探测器由传感器和信号处理组成，用来探测入侵者入侵行为或烟雾，由电子和机械部件组成的装置，是防盗报警系统的关键，而传感器又是报警探测器的核心元件。采用不同原理的传感器件，可构成不同种类、不同用途、达到不同探测目的的报警探测装置。

2、家庭安防系统的硬件方案

1)家庭安防主机模块设计。如图1，家庭安防主机的硬件框图的中间部分是MCU，它是数字家庭安防主机的核心，负责整个系统的控制，它将各个家庭安防设备的运行状况及记录的信息收集起来，经过数据处理，通过显示设备将各个传感器收集的信息以直观形式显示出来，并且MCU可根据用户的需要对各种设备进行设置和操作。

图1

①图像压缩模块。支持4路模拟摄像头输入，模拟图像输入后，经图像A/D芯片转换为数字信号，采用专用的JPEG压缩芯片压缩成标准的JEPG图像。

②GPRS彩信收发模块。将告警信息通过彩信发送到用户手机或接警中心。

③无线收发模块。与8个无线防区进行通信，获取安防设备的信息。

④U盘读写模块。方便用户从数字安防主机中读取无线摄像头拍摄的视频和图片，各个传感器所记录的历史信息，以供业主和警察分析和确认。

2)家庭安防无线传感器

①红外测温传感器。红外测温传感器具有快速和非接触等特点，使用该测温传感器检测时，被测物体的辐射系数、烟雾、水气、目标大小和距离远近的影响很小。

②人体红外热释电传感器。人体红外热释电传感器用以检测人体发射的红外线，以识别是否有人在传感器的监测区域内活动。

③烟雾报警传感器。烟雾报警传感器是火灾探测器的最常用类型，它能检测环境中的烟雾浓度，并具有报警功能，是居民家庭通用的火灾报警器，一般安装在厨房。

④燃气泄漏传感器。燃气泄漏传感器分布于厨房里面执行燃气泄漏监测任务，以防止燃气中毒和燃气爆炸事件的发生。

无线家庭安防的硬件选择。

系统硬件有：MCU芯片ARM9的嵌入式芯片AT912RM9200，视频解码芯片SAA7111，JPEG压缩芯片ZR36060，ZigBee传感器采用CC2530，GSM/GPRS彩信收发模块G47，煤气传感器选择双气体传感器(天然气、液化气)MQ-9。烟雾传感器选择MQA214，适用于烟雾等监测装置，当家庭有火灾情况时立即产生报警信号。

家庭安防设备通信方案。

通信是家庭安防设备联网的关键功能，没有通信，各部件所感知的大量信息无法进行有效地交换和共享，从而不能利用这些基于物理世界的数据产生丰富的多层次的物联网应用。物联网通信可分为移动通信技术、宽带无线接入技术、短距离无线通信技术、无线传感器网络技术。此外，由于家庭安防设备间的距离通常较短，故设备间的连接将采用可视距离无线通信技术(短距离无线通信)技术。为保证安防信息及时有效地传递给业主和小区物业，以及业主与安防设备的无缝交互，业主控制终端与安防系统间将采用远距离无线通信技术(移动通信)技术。

参考文献：

[1]刘永刚.基于无线网络的家庭安防系统[D].合肥:合肥工业大学，2014．

[2]李彦芳.浅谈家庭安防系统[J].电子世界,2016(13).

[3]张志森.基于ZigBee技术的家庭安防系统设计[J].西昌学院学报(自然科学版),2016(04).