【摘 要】针对传统的家居安防现状，文章设计了一种能够智能化、实时监测室内环境情况的安防系统，适用于各大厂房和住宅区的安全保障工作，系统主要包括门禁、报警和监控三大部分，实现对环境的实时监测，并且通过短信收发器将环境的异常信息及时地发送给控制室的工作人员，有效地防止了火灾、有害气体泄漏和外来人员入侵，以及通过无线传输模块远程控制电灯和窗帘的开关。
【关键词】智能安防；互联网；智能家居
随着生活水平的日益提高，人们对家居生活提出了更高的要求，越来越重视人身安全和家居财产安全。这些年，随着技术的不断进步，也出现了各种家居安防系统，这种系统可以实时检测环境，保护人身和财产安全，但是目前这些安防系统还不够完善，出现监控画面不清晰，火灾、有害气体和失窃信息通知不及时，灵敏度不高，功能单一，缺乏一个大系统来控制各个功能的问题。针对上述问题，本文设计了一个基于互联网的智能家居安防系统，实现24小时不间断对室内环境进行监测。
1 智能家居安防系统总体设计方案
智能家居安防系统包括两大部分，二者通过无线网络进行通讯，系统结构框图如图 1所示。即上位机部分为工作人员监控中心，负责接收电话和短信，查看监视屏。下位机部分为智能家居安防控制系统，包括环境监测模块和无线传输模块。环境监测模块集成了各类传感器、摄像头、和指纹识别器，传感器包括人体红外检测传感器、雾感传感器和温湿度传感器；人体红外检测传感器用于探测人体信息，防止外来人员入侵，雾感传感器用于检测烟雾，防止火灾，温湿度传感器用于检测温湿度，指纹识别器用于开锁，防止外来人员盗窃，摄像头用于将捕捉的信息保存在内存卡中，并且通过无线传输方式将画面实时传输到监控中心。无线传输模块包括GSM短信收发器和蓝牙模块，短信收发模块GSM能够将检测到的环境异常及时发送给安保人员，蓝牙模块用于控制电灯和窗帘的开关。
图1 系统结构框图
2 系统硬件设计
2.1 无线传输模块
该模块用于将检测到的环境异常信息发送给监控中心，以及控制系统通过该模块输出控制指令远程控制电灯和窗帘的开关。控制系统硬件上使用了STM32F103系列的最小系统、GSM和蓝牙模块，通过 STM32F103芯片控制短信的收发和电灯、窗帘的开关[1]，无线传输模块中的短信收发器采用ATK-SIM800C GSM，蓝牙的型号为AN1501 ATK-HC05，其硬件结构如图2所示。
图2 无线传输模块
2.2 环境监测模块
环境监测模块通过各个传感器的功能实现了对机器人周围环境的实时检测，硬件上使用了温湿度传感器DHT11、人体红外传感器SR505、雾感传感器MQ135、无线网络摄像头和指纹识别器。温湿度传感器采集到的温湿度数据定时通过短信收发模块发送给上位机；人体红外传感器检测到入侵人员或雾感传感器检测到烟雾，经过信号进行处理后，单片机通过短信收发模块发送给上位机，并且驱动蜂鸣器进行报警，以引起工作人员注意；无线网络摄像头的功能是将环境画面传送给控制室，工作人员可以通过画面实时观看环境情况，指纹识别器能够识别屋主的指纹，控制门锁的开关，硬件结构如图3所示。
图3 环境监测模块
3 系统软件设计
3.1 主程序设计
智能家居安防系统主要包括门禁、报警和监控三大部分。安防控制系统部分以STM32F103作为控制器，系统初始化完成后，环境监测子系统功能就是防火灾、防漏气，能够检测家中烟雾浓度、燃气泄漏，在出现此等情况时能够控制窗帘窗户自动打开并报警，同时监测环境信息（烟雾、火焰、温湿度和可疑人员情况），通过无线网络上传监控中心。门禁子系统通过指纹识别实现，防止盗窃者进入，在发生异常情况时能够及时报警并通知业主，系统主程序流程如图4所示。
图4 主程序流程图
3.2 各个模块子程序
3.2.1 指纹识别模块
工作人员首先在指纹识别模块中录入相关人员的指纹到内存卡，当识别到录入过的指纹后才开锁，当识别到与录入的指纹不一致时，单片机STM32f103开发板将会发送一个高电平给蜂鸣器，然后蜂鸣器运行，并将检测到的错误指纹通过短信收发器将事先编辑好的短信内容“外来人员在门外”发送给工作人员。
3.2.2 雾感传感器
雾感传感器[2]是利用火灾烟雾对光产生吸收和散射作用来探测火灾的一种装置，首先在程序中设定好烟雾浓度临界值，当烟感传感器检测到烟雾浓度高于临界值时，单片机STM32f103开发板将会发送一个高电平给蜂鸣器，然后蜂鸣器运行，并将检测到的信息通过短信收发器将实先编辑好的短信内容“烟雾浓度过高”发送给工作人员。
3.2.3 人体红外传感器
人体红外传感器[3]利用普通人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性地检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号，这种专门设计的探头只对波长为10μm左右的红外辐射敏感，所以除人体以外的其他物体不会引发探头动作，所以能够更准确地检测人体信息，本设计的人体红外传感器采用的是HC-SR505，该传感器灵敏度高，可靠性强，体积小，低电压工作模式，感应范围为 5米，通过全自动感应原理，当人进入其感应范围内，则输出高电平，人离开感应范围后，输出低电平，有三个引脚，一个接电源，一个接地，一个作为信号输出引脚。当检测到可疑人员时，通过短信收发器将事先编辑好的短信内容“有外来人员入内”发送给工作人员，并且通过蓝牙模块发送指令给单片机STM32f103开发板，让开发板控制电机自动开关窗。
3.2.4 短信收发器
短信收发器 GSM 采用的版本号为 ATK-SIM800C[2]，本设计利用GSM的短信收发功能，能够及时的将环境的异常信息通过短信发送给控制室的工作人员，需要插入SIM卡，短信接收和发送的指令称为AT指令，各个AT指令的设置如下：
（1） AT＋CNMI，用于设置新消息提示的功能。
（2）AT＋CMGF，用于设置短消息模式，GSM对于PDU模式和文本（TEXT）模式等 2种模式都是支持的，当发送AT＋CMGF＝1时，即可设置为文本模式。
（3）AT＋CSCS，用于设置TE字符集。
（4）AT＋CSMP，用于设置短消息文本模式的各个参数。
（5）AT＋CMGR，用于读取短信，比如发送：AT＋CMGR＝1，则可以读取SIM卡存储在位置1的信息。
（6）AT＋CMGS，用于发送短信。
（7）AT＋CPMS，用于查询消息存储器的容量，通过发送“AT＋CPMS?”，就可以知道当前 SIM 卡最大支持多少条短信存储，以及当前有多少条短信被储存等信息。
以上就是短信读取与发送需要用到的一些 AT指令。
3.2.5 温湿度传感器
系统中温湿度传感器为DHT11传感器[2]，DHT11是一款湿温度集合在一起的数字传感器。包括了电阻式测量湿度元件和一个NTC测量温度元件，并且通过连接一个高性能 8 位单片机。通过与单片机进行简单的电路连接，便能够实时采集本地湿度和温度。DHT11与单片机之间的通信能采用单总线方式，仅仅需要一个I/O口就可以实现。传感器内部湿度和温度数据40Bit的数据一次性传给单片机，对数据校验应用校验和方式，能够保证数据准确性。
3.2.6 无线网络摄像头
无线网络摄像头[2]是用于监测环境的情况，能够使控制室的工作人员实时观察环境情况，采用的摄像头的型号为Y99，该摄像头是无光夜视摄像头，清晰度为1080p，使用简单，只需连接WIFI便可以进行远距离的监控。
3.2.7 蓝牙模块
本设计使用的蓝牙模块为 ATK-HC05，蓝牙模块实现蓝牙串口通信，并和工作人员的手机APP连接，实现手机控制开发板来控制电灯和窗帘的开关，KEY的功能是用于进入AT状态；高电平有效（悬空默认为低电平）；RXD的功能用于模块串口接收脚（TTL电平，不能直接接RS232电平），可接单片机的TXD；TXD模块串口发送脚（TTL电平，不能直接接RS232电平），可接单片机的RXD；GND：地；VCC：电源（3.3V～5.0V）。
4 系统测试
经过测试，该智能家居安防系统能够完成室内环境异常的监测、智能控制窗帘和电灯的开关两种功能，该系统投入到厂房和自建房使用时，对烟雾和外来人员监测反应灵敏，摄像头传输的画面清晰，可以通过短信收发器进行通信，并且工作人员可以通过手机APP智能控制电灯和窗帘的开关。
5 结论
本设计的智能家居安防系统利用传感器技术，对环境进行实时的监测，并且通过短信收发器将环境的异常信息及时地发送给控制室的工作人员，有效地防止了火灾、有害气体泄漏和外来人员入侵。并且通过无线传输模块（GSM和蓝牙）智能控制电灯和窗帘的开关，经过系统测试，系统运行稳定。
