居家安全智能检测系统

[摘 要]本文基于ZigBee组网原理计划设计了一款简单、经济、实用、灵活的，能走进大众生活的居家安全智能检测系统。该系统能实现实时显示家庭情况，意外着火报警通知主人、离家检测关闭家电、煤气等，切断一切隐患，通过短信返回控制结果等功能。

[关键词]居家安全；zigbee；智能检测

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0256-01

在日常生活中，有时我们会担心电器电源是否关闭、煤气或天然气阀是否关好、门窗是否锁好等，而目前相关的检测系统仅用于现代化程度较高的公寓或工农业生产，成本高昂，不能满足大众居家生活和规模较小的个体经济生产的需要，鉴于此，我们希望能够设计一种简单、经济、实用、灵活，能够走进大众生活的解决方案。

1 技术实现

1.1 系统架构

居家安全智能检测系统是一款基于ZigBee组网的集多功能一体的检测装置。现目前主要由一个中央处理器、GSM短信通知模块、还有四个检测模块（温度采集模块、家用电器开关检测模块、可燃气体检测模块、家庭意外着火检测模块）组成。

中央处理器采用mini2440开发板控制，这是一款低价实用的ARM9开发板。我们通过系统移植将Linux系统移植到开发板，使用QT、C++编程实现简单的界面控制软件，再移植到开发板上实现主控显示的功能。

1.2 方案选择

系统功能的实现主要涉及三方面的内容：传感器，无线网络，人机交互。

传感器

系统能够识别的内容有：是否有电流，是否有火灾的可能，是否有可燃气体的泄露。市面上已经有相应的传感器，可以直接输出数字信号，主控芯片可以依据厂家提供的技术手册进行辨别。

信号的传送

信号的传送主要包含两个部分：室内局域交互，室外远程交互。

室内局域交互

主要包括传感器数据的采集上传，动作命令的下达。就功能实现而言，应在室内搭建局域网络。方案设计涉及有线、无线的选择和多种的无线技术的取舍。

（1）无线与有线

无线局域网的网络速度与以太网相当，一个 AP 最多可支持多达上百个用户的接入，最大传输范围可达到几十公里，具有以下的鲜明特点：

具有高移动性，通信范围不受环境条件的限制，拓宽了网络的传输范围。在有线局域网中，两个站点的距离在使用铜缆（粗缆）时被限制在 500m ，即使采用单模光纤也只能达到 3000 m ，而无线局域网中两个站点间的距离可达到50km 。

无线技术的取舍

目前在智能家居行业中，较为主流的无线技术一共有三种：WiFi、蓝牙、和ZigBee。

（1）WiFi技术

基于WiFi技术的智能家居产品最为常见，其优势在于传输速率快，且产品成本低，生活中也最为普及，对用户来说，基于WiFi的智能家居组合最为省事，购买设备直接组网即可。

凡事都存在两面性，WiFi虽然传输快、普及广，但也存在着自身的技术劣势：其最大的问题要属安全性非常低，无线稳定性弱；功耗大也是其弱点之一，将导致其在家居领域的应用受限，例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器等不适宜使用；此外，WiFi的组网能力也相对较低，目前WiFi网络的实际规模一般不超过16个设备，而实际家居环境中，仅开关、照明、家电的数量就已远远多于16个，显然发展空间受到了一定的限制。

（2）Zigbee技术

ZigBee技术的安全性很高，至今全球尚未出现一起破解先例。其安全性源于其系统性的设计：采用AES加密（高级加密系统），严密程度相当于银行卡加密技术的12倍；其次，Zigbee采用蜂巢结构组网，每个设备均能通过多个方向与网关通信，网络稳定性高；另外，其网络容量理论节点为65300个，足够满足家庭网络覆盖需求，即便是智能小区、智能楼宇等仍能全面覆盖；最后，Zigbee具备双向通讯的能力，不仅能发送命令到设备，同时设备也会把执行状态反馈回来，这对终端使用体验至关重要，尤其是安防设备，倘若你点击了关门，却不知道门是否真的已经锁上，将会带来多大的安全隐患；此外，Zigbee采用了极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用10年以上，节能环保。

（3）蓝牙技术

大家对蓝牙技术的熟知，恐怕要属手机上的蓝牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi与Zigbee两者之间，但传输距离最短，属于一种点对点、短距离的通讯方式，因在移动设备或较短距离间传输，故蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验，例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、智能秤等，由于其传输距离较短，所以并不适合组建庞大的家庭网络。

综合考虑后，采用Zigbee技术进行局域网络的搭建。

GSM应用

GSM模块，是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、是一部手机开发人员使用ARM或者单片机通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现各种无线通信功能。基于GSM模块产品的开发往往都是基于ARM平台，使用嵌入式系统进行开发。有些GSM模块具有“开放内置平台”功能，可以让客户将自己的程序嵌入到模块内的软件平台中。直接使用由正点原子开发的GSM模块。该模块以ATK-SIM900A为核心，可以直接通过串口与主控芯片进行交互[4]。GSM模块通过AT指令进行通讯，本系统主要用到AT发短信指令“AT+CMGF=1”、“AT+CMGS=“手机号””。

2 项目总结

2.1 社会价值评估

（1）该系统的开发代表了当下嵌入式设备的新趋势，我们不再从零开始，而是借鉴和整合现有的成果。随着社会生活的不断发展，人们对于智能化设备的要求也越来越高，开发的难度和复杂度也越来越大。模块式产品的出现，使嵌入式设开发人员不必纠结于每个底层的实现，而能够将精力集中于方案的设计和芯片的代码的编写，或直接整合现有的版块，开发出更复杂的产品。

（2）居家安全智能检测系统是物联网技术应用于大众生活的尝试。我们将不同的内容整合到一个系统中，实现集中管理，如电流，煤气，烟雾，进一步的电视，电脑，微波炉，门禁等。若能够获得相应的研发支持，可以在生活中产生良好的效益。

2.2 功能拓展

（1）加入网络的版块，实现当下移动应用的需要；

（2）可以加入门禁，警报等实现闭环居家控制功能；

（3）Zigbee节点的放置应参照应用系统环境，合理地安排布局。

3 结论

本论文提出的基于Zigbee的家居安全智能检测系统，通过物物相联实现即时将家里的情况快速自行处理，当发生意外时通过短信通知房主，实现了智能安全的监测和防护，为现代家居提供进一步的理论支撑与技术指导。

参考文献

[1]高守玮.ZigBee技术实践教程[M].北京航空航天大学，2009.250-300.

[2]李从华，江芸.有线通信技术与无线通信的优劣对比分析[J].信息技术应用研究：2012（5）

[3] 明光照，李鸥，张延军. 基于无线传感器网络的智能家居系统设计[J]. 通信技术. 2009（02）

[4] 周嵘，潘晓彬，郑堤. 家庭GSM短消息遥控监测系统[J]. 电子产品世界. 2003（17）