0 引 言
智能家居安防產業(yè)經過了 30 多年的發(fā)展歷程，由原來 的單一控制演變?yōu)楝F在的多控制方式，由原來的模擬監(jiān)控系 統發(fā)展成為現在的網絡化、數字化、智能化監(jiān)控系統。如今， 我國智能家居安防產業(yè)有了一定的發(fā)展，已經開始研發(fā)并生產 擁有自主知識產權的產品。目前，通過物聯網智能家居技術。 嵌入式操作系統和無線傳感網技術，可以組建家庭網絡系統， 搭建安防報警系統，若有人非法進入室內，發(fā)生燃氣泄漏、 火災等險情，系統將通過短信、彩信、電話方式在第一時間 發(fā)出報警信號。這種傳統的智能家居方式不能實時有效地實 施家用安防，以及不能以更多的人機交互方式實現有效的遠 程監(jiān)控及安防報警 [1]。在本項目中準備采用傳感層各節(jié)點聯動 方式進行報警及報警后的預設方案進行處理報警，同時，在 本項目中利用現用的主流 Android 系統設計實現 Internet 網絡 遠程訪問與監(jiān)控 App 的設計與實現，使用戶在任何地方都可 以了解當前家中的安防信息。
1 總體架構設計
智能家居安防系統依據全面感知、可靠傳遞、智能處理 的功能需求，可劃分為數據采集層、集成處理層、數據層和 終端應用層四個層次 [2]，具體如圖 1 所示。
（1）感知層 ：數據層采集層用于完成信息的采集、轉換、 收集和整理。在數據采集層中主要包括兩個部分，其一是數 據采集模塊和終端控制的終端裝置，數據采集模塊如煙感、 火焰、燃氣等完成信息采集，終端裝置如蜂鳴、燈光等完成 最終控制。第二部分是短距離的無線傳輸，短距離傳輸是終 端裝置與網關的雙向傳遞。
（2）網關層 ：網絡層主要由一臺嵌入式網關構成，是整 個安防的中心，主要實現 Internet 網 ，GSM 網的接入、遠程 控制以及實現協議轉換。通過它來實現連接家庭內部異構網 絡的功能。
（3）網絡層 ：網絡層主要由一臺 Web 服務器構成，其主 要作用在于同網關層進行數據交換，用戶再通過用戶層終端訪 問 Web 服務器獲取相應的實時監(jiān)控數據。
（4）應用層 ：用戶應用層包括各類搭載了 Web 瀏覽器的 終端設備，以及智能手持設備構成，用戶可通過云端服務器獲 取安防的實時信息。
2 系統硬件設計
2.1 數據采集層通訊設計
數據采集層通訊層設計采用 TI 公司的 CC2530。CC2530 是 2.4 GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和 RF4CE 應用的一個真正 的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總材料成本 建立強大的網絡節(jié)點 [3]。CC2530 結合了領先的 RF 收發(fā)器的 優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型 8051 CPU，系統內可編程閃存， 8 KB RAM 和許多其他強大的功能。CC2530 具有不同的運行 模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。運行模式之間 的轉換時間短，進一步確保了低能源消耗。CC2530F256 結合 了德州儀器業(yè)界領先的黃金單元 ZigBee 協議棧（ Z-Stack ?）， 提供了一個強大和完整的 ZigBee 解決方案。因此在本系統中 選用 CC2530+ Z-Stack 作為無線通訊開發(fā)。
2.2 傳感控制模塊設計
ZigBee 節(jié)點搭載相應的傳感器和繼電器構成，在系統中 在線監(jiān)控氣體和火焰，并通過繼電器控制電器的運行等。煙 霧傳感器使用 MQ2。MQ2 的輸出通過兩種方式接入CC2530。 （1）P0.0 輸出模擬信號，信號值隨煙霧濃度變化而變化 ；（2） 輸出的模擬信號經過 LM393 電壓比較器給出布爾量（可通過 與 LM393 相連的可調電阻調節(jié)閾值），供電部分可使用電池或 5 V 直流電源，經過 LM1117 后給出 3.3 V 的接入電壓。MQ2 工作時功耗比較大，所以部署時一般不使用電池供電。燃氣傳 感器 MQ4 與煙霧傳感器的工作原理及接入方式一樣，火焰?zhèn)?感器會給出報警的開關量，可以通過可調電阻靈敏調節(jié)。煙 霧傳感器模塊如圖 2 所示。
2.3 網關模塊設計
在 網 關 模 塊 設 計 中， 采 用 的 以 Samsung Cortex-A8 S5PV210 芯片為核心的 ARM 主 CPU，運行最大頻率可達 1 GHz，處理器內部為 64/32 位總線結構，32/32 KB 一級緩 存，512 KB 二級緩存 [4]。自帶 3D 圖形加速引擎（SGX540）， 2D 圖形加速，支持高清 HDMI TV 輸出。主要功能模塊包括： 微處理器模塊、USB 接口模塊、串口模塊、網絡接口模塊、 GSM 模塊、無線收發(fā)模塊，最大的特點是利用移動通信網絡， 加入了 GPRS 通信模塊 [5]。該網關硬件平臺接口功能豐富，可 以滿足家居中安防系統網關的低成本、高性能、低功耗及功能 相對完善的要求。 圖 3 所示為網關硬件平臺結構圖。
3 系統軟件設計
3.1 嵌入式網關的軟件設計
嵌入式網關實現主要基于 Android 操作系統的實現。在 架構中起中間件作用。為服務器提供實時的家居信息，提供 各智能控制節(jié)點的接口，通過串口實時與 ZigBee 協調器進 行溝通，實時采集下位機報警節(jié)點的環(huán)境信息數據，對敏感 數據進行業(yè)務處理，如發(fā)生警報及時向服務器端報警，以 及通過 GSM 及時向用戶設定號碼進行短信報警。在與云端 服務器數據進行交互時，在軟件中部署客戶端調用服務端 WebService[6]。除此之外，網關服務實時監(jiān)控部分在后臺作為 獨立子線程工作，實時進行數據采集。該層是整個安防系統 架構的核心，其貫穿了整個系統的中軸線 [7]。圖 4 所示為嵌 入式網關部署圖。
3.2 智能終端軟件設計
智能終端軟件平臺有兩種模式，第一種模式為 PC 客戶 端 [8]，第二種模式為 Android 客戶端。智能家居的系統平臺作 用主要是與用戶進行直接對話，即實現對當前家居環(huán)境的實 時監(jiān)控，同時對智能家居中的相應模塊進行可視化實時操作。 兩種模式包括系統參數的設置、設備控制、閾值的設置、數 據查詢等，具體如圖 5 所示。
（1）環(huán)境實時監(jiān)控 ：可通過預設平面圖，對安防各節(jié)點 信息實時掌握，如遇報警信息可及時響應。
（2）設備控制 ：用戶可對當前環(huán)境中相應控制節(jié)點參數， 閾值設置及運行狀態(tài)進行更改及控制。
（3）數據分析 ：歷史環(huán)境信息進行統計。
PC 端的實現是基于 Web 平臺的客戶端，主要服務器架設 在云端。手機終端的數據主要也是通過云端WebService來獲取。
3.3服務器端軟件設計
主服務器端的應用程序是在 VisualStudio2010 環(huán)境下采用 ASP．NET C# 技術開發(fā)的。ASP.Net 框架提供統一的 Web 開發(fā)模型，它的思想是使用盡可能少的代碼生成企業(yè)級 Web 應用程序。整個軟件的架構分模塊進行設計，根據功能劃分 后，確定每個模塊的算法和代碼，形成方案，這樣系統可以 具有較好的可擴展性和維護性[9]。服務器端采用三層結構設計， 包括表現層 / 服務層、業(yè)務邏輯層、數據訪問層。在表現層中 為客戶端的用戶提供交互操作界面，服務層主要負責關鍵業(yè)務 的處理和數據傳遞，數據層主要實現的是對數據庫操作的相 應訪問。服務層主要是對中間件網關進行響應處理，為網關或 智能手持端協調提供 Web 服務。業(yè)務邏輯層實現調用部署在 Web 服務器上的 WebService 方法，向底層服務器發(fā)出請求進 行管理和控制。該系統架設好后，用戶可在任意網絡位置對 智能家居的安防信息進行全天候的監(jiān)控 [10]。
4 結 語
本文主要分析了目前智能家居的安防系統，根據需求， 結合當前物聯網的相關技術，對物聯網安防系統進行了系統 整體的設計，整個安防系統可以實現對智能家居中主要安全 環(huán)境進行監(jiān)測和報警的功能，達到了預期目標，對智能家居 安防系統行業(yè)的開發(fā)與設計有一定的參考價值，后續(xù)的工作是 進一步擴展該架構的應用領域。
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