隨著社會的發(fā)展,人們?yōu)榱颂岣呱钯|(zhì)量,廣泛的應用著各種能源比如會用到燃氣、電、水等這些東西給人們帶來方便的同時,也存在一定的安全隱患,可能會漏氣、漏水、失火等,給家?guī)砭薮鬄碾y,這結(jié)合前面分析的家中無人或只有老人,就對家居的智能安全提出較高要求，下面就由廣州萊安智能化系統(tǒng)開發(fā)有限公司來講一下：

智能家居最早追溯到20世紀80年代的美國,智能家居的發(fā)展與計算機技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展密不可分，早期人們利用電子技術(shù),設(shè)計的家居自動控制電路,如門鈴控制等;隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,大規(guī)模集成電路的廣泛應用,人們逐漸利用單片機等設(shè)計程序化的家居控制;近年來隨著通信技術(shù)的發(fā)展,人們又開始探索使用無線傳感器和移動通信網(wǎng)絡(luò),進行智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計,并取得了一定效果80年代末,美國人利用CAN總線技術(shù),設(shè)計了smarthome智能家居模型。

智能家居的發(fā)展,不僅是控制手段的發(fā)展,更與控制內(nèi)容的擴展密不可分早期有些國家做智能家居,主要控制水表、電表、天然氣表的數(shù)據(jù)測量等基本家居數(shù)據(jù)好一些的家居控制系統(tǒng),還把樓宇對講系統(tǒng)、小區(qū)攝像頭!家用電器等的安全納入控制范圍,但是這些原始控制手段,布線麻煩,成本較高,未能有效的推廣隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)!通信技術(shù)的發(fā)展,計算機網(wǎng)絡(luò)!有線電視!數(shù)字電視!移動電話等逐步普及,人們的家居結(jié)構(gòu)也發(fā)生了潛移默化的變化,與之相對應的智能化家居控制系統(tǒng)開始起步,但是只是控制內(nèi)容的豐富,而控制手段并未有較大的創(chuàng)新性提高。

如今人們對智能家居的定義更加有層次性,整個智能家居系統(tǒng)可參考人體生理特征進行模塊化分層,首先是智能控制系統(tǒng),類似于人體大腦,這部分系統(tǒng)主要控制人們家庭內(nèi)部的各類硬件設(shè)備,如微波爐!冰箱!空調(diào)等家用電器,水管!天然氣!暖氣等管道系統(tǒng),有線電視!計算機!電話等數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)其次就是家居的安防系統(tǒng),他類似于人體的眼睛等,通過攝像頭!樓宇對講機、無線通訊網(wǎng)絡(luò)或計算機網(wǎng)絡(luò),將家庭內(nèi)部與外部實時聯(lián)系在一起,保證整套家居系統(tǒng)的安全性如果說內(nèi)部系統(tǒng)式家居生活的實用性,外部系統(tǒng)式家居生活的安全性,那么整套家居智能系統(tǒng),則是家居生活的舒適性因此,如何將家居的內(nèi)部與外部!硬件與軟件有機的捏合在一起,始終是各類智能家居系統(tǒng)的發(fā)展目標。

現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)根據(jù)硬件的分布,大體可分為以下幾個部分:

監(jiān)測系統(tǒng):如今我國的新建小區(qū)都裝備了攝像頭等監(jiān)控設(shè)備,高檔小區(qū)特別是別墅更是裝備了視頻采集設(shè)備,樓宇對講門不是傳統(tǒng)的按鍵與電話掛機,而是在樓宇門口設(shè)置了隱形攝像頭,主人可以通過攝像頭,在室內(nèi)的LED顯示屏上,一目了然的看到來訪客人的情況,極大的提 高了樓宇安防性。

防盜系統(tǒng):從90年代開始,人們逐漸重視家庭的防盜,早期人們主要是在門窗加裝防盜窗,后期逐漸的在門窗安裝報警器,現(xiàn)在人們逐漸將門窗安防設(shè)計的更隱蔽更精準,采用攝像頭與自動報警組合方式,能夠同時將防盜信息儲存并傳遞給保安人員。

室內(nèi)應用系統(tǒng):過去人們的家庭電氣,除了燈光照明,幾乎就沒什么東西了。而如今各類家居設(shè)備幾乎都能實現(xiàn)自動化,隨之帶來的是大量的控制要求,如天然氣泄露報警裝置、太陽能自動上水裝置!空調(diào)自動預熱裝置等等,還有有線電視、數(shù)字電視、家庭互聯(lián)網(wǎng)等通訊設(shè)備。

人們在享受科技發(fā)展帶來的便捷與舒適的同時,也埋下了無數(shù)的安全隱患,如何對這些繁多的家庭室內(nèi)設(shè)備進行安全控制,是家居安全智能系統(tǒng)的最大目標科技發(fā)展是社會發(fā)展的大勢所趨,而享受科技發(fā)展帶來的優(yōu)越性和舒適性,更是普通大眾的內(nèi)在追求家居的安全性關(guān)系到人們的生命財產(chǎn)安全,特別是隨著人們安全意思的加強,人們對家居的安全要求更高而我國社會發(fā)展逐漸進入老齡化,人們的生活節(jié)奏又在不斷加快,智能家居安全系統(tǒng)具有巨大的市場前景。

隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展,人們生活水平不斷提高,我們的生活質(zhì)量也得到了極大的改善,尤其是煤氣的普及使生產(chǎn)效率!市民的生活質(zhì)量得到大幅提升,然而使用燃氣的過程中,因燃氣泄漏!廢氣等原因造成的燃氣爆炸、中毒、火災等意外事故時有發(fā)生,給人們的生命和財產(chǎn)安全帶來了嚴重的威脅，因此居家安全問題就受到了社會各界的廣泛關(guān)注,其中,防煤氣泄漏、防火、防盜以及節(jié)能的關(guān)注程度較高,我們就是針對這些問題設(shè)計了一套家居智能安全系統(tǒng)。

1 家居智能安全系統(tǒng)方案的確定

本課題要解決的內(nèi)容已在前面一一做了介紹,本文對系統(tǒng)的描述主要從如圖2.1的幾個方面 入手,本章對系統(tǒng)方案的不同內(nèi)容的各種方案進行分析比較,最終確定一個具體方案,以便以后的硬件、軟件設(shè)計。

圖1.1系統(tǒng)方案路線圖

1.1有害氣體檢測方案選擇

雖說市場上檢測有毒有害氣體的傳感器有很多種,但是家居中有毒有害氣體事故主要指一氧化碳中毒、液化石油氣管道煤氣!天然氣中毒,前者多見于冬天用煤爐取暖,門窗緊閉,排煙不良時,后者常見于液化灶具漏泄或煤氣管道漏泄等,結(jié)合這個特點本系統(tǒng)選取氣體傳感器KTR一5,該傳感器對天然氣!液化氣!煤氣都有較好的靈敏度將KTR一5傳感器配合一定的電路做成采集模塊,如果室內(nèi)發(fā)生這些氣體泄漏并達到一定濃度,信號采集模塊就能發(fā)出報警信號。

1.2火災情況檢測方案選擇

火災檢測是家居安全的重點檢測對象,無論是市面上的火災報警器還是現(xiàn)在智能家居中的火災檢測多數(shù)采用遠紅外火焰?zhèn)鞲衅鱽韺崿F(xiàn),它主要用來探測家居中是否存在明火,它的工作原理為:當家居中發(fā)現(xiàn)火焰時,火焰能夠發(fā)出的波長在700一1000納米之間紅外線,而這種傳感器就能對波長在700一1000納米的紅外線做出反映,即該傳感器就能檢測出來信號并且發(fā)出報警當火焰發(fā)出的波長在880納米時,傳感器得到的信號最強烈并且該類傳感器的工作輻射角度為60度,即圍繞火焰?zhèn)鞲衅鞯妮S線600的圓錐立體空間內(nèi)的火焰信號,可以被傳感器檢測到,這樣就限制了此類傳感器的作業(yè)范圍,同時一這類傳感器不適合在有明火的地方使用,比如用在廚房,做飯的時候可能會產(chǎn)生誤動作,由于紅外傳感器的局限性,結(jié)合每次火災的發(fā)生前!中都會產(chǎn)生很多有害煙霧和很高的溫度,本系統(tǒng)選用KTR-2煙霧傳感器和溫度傳感器來共同檢測距消防部門統(tǒng)計,火災中遇難的大部分人都是由于吸入有害煙霧的造成的,因此本系統(tǒng)特專門選用對煙霧比較敏感的KTR-2煙霧傳感器來實現(xiàn)對煙霧的檢測在本系統(tǒng)中的溫度檢測并不是想知道具體的溫度是多少,而是想知道溫度是否達到上限值,對溫度的檢測采用負溫度系數(shù)的熱敏電阻來實現(xiàn)在這個部分中兩個傳感器同時檢測,任何一個傳感器的相應都會引發(fā)報警,同時安防主機也可根據(jù)不同的響應信號,來執(zhí)行不同的動作。

1.3非法入侵檢測方案選擇

非法入侵的檢測方法比較多,有熱釋電技術(shù)的,有紅外對管的,也有門磁窗磁的熱釋電技術(shù)用起來比較方便,但是結(jié)合現(xiàn)在家居的特點,我們正在進入老齡化社會,寵物可能成為老人的精神寄托,家居中的寵物也會越來越多,寵物與人一樣會向外輻射紅外線,這樣會使檢測模塊造成誤動作紅外對管檢測也比較成熟但是傳感器容易被發(fā)現(xiàn),并且一旦被發(fā)現(xiàn),傳感器形同虛設(shè),并且對裝修過的房子安裝起來不太方便還有門磁窗磁對傳感器,一般的講,不管是合法還是非法手段,只要想進入室內(nèi)都得經(jīng)過門或者窗戶,因此這部分的檢測還可以從門窗上下手,只要有人不正常開門就會產(chǎn)生報警信號,本系統(tǒng)就采用這種方式檢測,常用的檢測方法是通過光電開關(guān)檢測或者磁開關(guān)檢測,兩種方法相比光電檢測的成本較高,月.需用電較多,因此本系統(tǒng)選用磁性器件干簧管做的門磁窗磁開關(guān)來實現(xiàn)檢測,可將門磁!窗磁開關(guān)裝在門窗上,當門窗被打開時,使干簧管所處的磁場發(fā)生變化,使門!窗磁做出反應產(chǎn)生信號,實現(xiàn)報警。

1.4遠程控制方案選擇

GSM移動通信技術(shù)與當前的3G移動通信技術(shù)相比,GSM通信應用更加廣泛,美國!歐洲!日韓等國家的2G移動通信都采用GSM通信標準GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性能相當好,因此家居智能安全控制系統(tǒng)的研發(fā)探索使用GSM移動通信技術(shù),將家居智能控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號,通過GSM信息平臺,將各類家居報警信息通過移動電話或短信息的形式傳送者終端客戶GSM技術(shù)的家居智能系統(tǒng),能夠不受網(wǎng)絡(luò)的限制,可以實現(xiàn)隨時隨地的接受報警信息,而且接收終端只是一部普通手機,再據(jù)不完全統(tǒng)計,我國的手機用戶己達到9.2億,從這點來說大大降低了整套智能系統(tǒng)的成本和使用成本GSM通信技術(shù)智能家居控制的原理如圖2.3所示

1.5 GSM通信技術(shù)智能家居控制的原理如圖

GSM移動通信有著很強的優(yōu)勢:

(1)可以實現(xiàn)實時通信:根據(jù)不完全統(tǒng)計全國沒有手機用戶己達到9.2億,并且所有的手機都支持2G的GSM通信,這一點是網(wǎng)絡(luò)用戶與固定電話用戶所沒有辦法比的。

(2)成本較低:大家都有手機這不需要另外配置設(shè)備,平時不需要任何費用只有在報警時出條短信息費用就行,而網(wǎng)絡(luò)與固定電話用戶少,就需要另外開通網(wǎng)絡(luò)或配置固定電話機,這個資源屬于應急應用,可能多少年都不用一次,突然發(fā)生報警刁-會用,顯然這樣的造成了資源種浪費。

(3)報警準確且可備查:GSM報警可以通過短信息報警,這樣可以將報警信息表達的更準確,并且手機中的短信息可以自動保存,如果只是電話報警,可能由于環(huán)境等因素影響接收信息,一旦沒有聽清楚,就與沒有報警一樣,而短信息可一遍遍的仔細研究。

1.6傳感器信息采集方案選擇

單片機充分利用大規(guī)模集成電路技術(shù),將計算機系統(tǒng)的存儲器、緩存器、計算器、計數(shù)器等簡化,并集成到一塊電路板上,極大的減小了微型計算機的空間和體積,降低了微型計算機的成本,廣泛的應用在各類簡易智能控制設(shè)備上概括的講:一塊芯片就成了一臺計算機單片機是靠程序運行的,并且通過修改,讓不同的程序去完成不同的功能電壓比較器能夠通過比較輸入與確定的標準電壓,輸出高低兩種信號模式,所以可以根據(jù)單片機的特點,可設(shè)計控制系統(tǒng)框架如圖2.3

2.1控制系統(tǒng)框架

3 基于AT89552的系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 硬件設(shè)計總體思路

本課題的家居智能安全系統(tǒng)采用AT89552單片機為主控制芯片,將有毒有害氣體檢測檢測部分、火災檢測部分、非法入侵檢測部分等部分有機的組合在一起,有危險信號時利用TC35i模塊,通過GSM移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)主機與家居主人的通信整個家居智能安全系統(tǒng)的硬件構(gòu)造 如圖3.1所示。

圖3.1智能家居安全系統(tǒng)硬件構(gòu)造圖

3.2 檢測模塊與主機之間的信息傳輸部分

為了保證家居安全,系統(tǒng)中會采用很多的檢測模塊,這些檢測模塊并不可能與主機都同在一處,它們之間的信息傳遞,可以用有線也可以用無線,有線通信更加可靠,無線通信的方式更加靈活,關(guān)鍵就是無線方式在使用!安裝等過程中都很方便,是系統(tǒng)應用的發(fā)展趨勢在本系統(tǒng)中采用了有線與無線相結(jié)合的方式,能允許的情況一F,能采用有線就采用有線,畢竟更加可靠,不方便時也可采用無線方式本系統(tǒng)的無線方式是通過無線編碼芯片SC2262與無線解碼芯片KTR2272來實現(xiàn)的.

3.3 GSM遠程控制部分

GSM／GPRS通信部分采用SIMCOM公司的 SIM900A模塊來實現(xiàn)，SIMg00A是一個專門為中國大 陸市場設(shè)計的雙頻GSM／GPRS模塊，工作頻段為： EGSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz。SIM900A支持 GPRS multi—slot class 10／class 8(可選)和GPRS編碼 格式CS_1，CS_2，Cs-3和CS_4。模塊尺寸只有 24 mm×24 mm×3 mm，幾乎可以滿足所有用戶應用 中的對空間尺寸的要求，例如M2M，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等。 具有68個貼片引腳，鍵盤和SPI接口，音頻輸入和輸 出，可編程GPIO等。SIMg00A采用省電技術(shù)設(shè)計，在 SLEEP模式下電流只有1。0 mA。其內(nèi)嵌TCP／IP協(xié) 議，在數(shù)據(jù)傳輸方面非常有用。 GSM／GPRS通信電路結(jié)構(gòu)如圖4所示，由天線、天 線阻抗匹配電路、SIM卡電路、ESD靜電保護電路和電 源控制器組成。其中，SIM900A通過其串口1與 STM32F103的串口0進行數(shù)據(jù)通信；電源控制部分通過 STM32F103的GPIO來控制IRFR9024芯片(N構(gòu)造 MOSFET)使能，控制系統(tǒng)適時進入休眠模式，關(guān)斷 SIM900A電源來降低功耗；ESD靜電防護采用SMF05C 芯片進行SIM卡數(shù)據(jù)保護；阻抗匹配電路利用APPCAD 仿真軟件進行5Q傳輸線匹配，保證信號強度。

4 不足與展望

現(xiàn)在智能家居系統(tǒng)中的無線技術(shù)控制距離方面還有些不足,它并不適用于別墅區(qū),那地方太大,無線信息傳遞不過去相信隨著技術(shù)的發(fā)展,無線的應用距離會更遠,畢竟無線技術(shù)是發(fā)展的趨勢同時由于GSM技術(shù)方便應用,也必將會在智能家居的控制系統(tǒng)中大放異彩。

根據(jù)我國目前的人民生活水平和科技發(fā)展水平,可以推斷智能家居市場的未來發(fā)展,主要有以下趨勢:

(l)控制內(nèi)容越來越多，整個系統(tǒng)也會越來越向智能家居靠近,最終二者會完全融為一體。

(2)無線控制技術(shù)成為潮流，隨著無線技術(shù)!藍牙技術(shù)的發(fā)展,家居智能系統(tǒng)將逐步走向無線技術(shù)。使用更多的無線傳感器,數(shù)據(jù)信號使用無線路由器,數(shù)據(jù)傳輸使用GSM無線通信系統(tǒng)。

(3)產(chǎn)品是需要用戶的,更加完美,價格也更合理。隨著技術(shù)的提高和智能家居的推廣,產(chǎn)品會更加實用,