免费在线 物联网智能安防体系规划 摘 要 现在城市日子节奏的加速，许多中青年上班族忙于作业，一天中简直多半时刻都在不在家里。跟着现代城市化 开展，“空巢白叟”、“留守儿童”现已成为了遍及的社会现象。 家庭中的小孩或许白叟需求有人能实时进行照 看，而且跟着家中电器的增多，给家庭带来许多的安全危险，以及离家时家庭中的产业安全等问题引发人们广泛关 注。 为处理一般家庭的安全防护实践需求以及晋级改造难的问题，本文首要研讨了Zigbee、WIFI、3G等物联网无线 通讯技能，结合“人脸辨认”技能，针对现在商场上的安防产品的缺点，提出并规划了一种依据物联网的智能安防 体系处理计划，首要包含家庭环境信息监测，智能门禁，电子“猫眼”，环境信息传感器超阈值主动报警，实时视 频，长途操控等功用。 关键词：物联网；智能家居；智能安防；Zigbee；嵌入式 第1章 序言 3 一个温馨而安稳的家是每个人心灵的港湾，也是疲累时的避风塘。人的四大最基本需求，衣食住行中的“住” 排在第三，足以映证“家”关于每个人的重要性。跟着现在科技的飞速开展，越来越多电器进入了群众的家庭，从 曾经的老三样——洗衣机、电视机、电冰箱，到现在的电脑、微波炉、电饭煲、空调、电扇等等，越来越多电器使 许多当地的线路变得错综杂乱，给家庭的安全带来了很深的危险。 关于大多数的工薪阶层的人来说，在城市过着早出晚归的日子。家中的白叟与小孩的安全以及家里产业安全等 问题会让他们忧心如焚，人们火急愈加安全、功率、智能的技能来处理这一问题。 传统的安防体系首要运用于面积掩盖广，人员稠密的含有极大附加价值的商场、办公大楼等场所。关于小规模 的，相关附加价值较低的家用安防体系规划相对较少。即便是存在的一些家庭安防体系规划，也是简直经过安置大 量的简略的单片机规划的安防体系，无法完成愈加人性化、智能化的功用。而且商场是的安防体系首要的规划中心 在产业安全上，对生命安全方面的重视度遍及较低，使得这些体系规划不能满意现在社会开展下人们日益进步的智 能化规划需求[1]。 在安防技能步入我国的起步阶段，安防监控设备首要会集在政府、银行、交通等国家企事业单位中。跟着各项 技能的不断进步和完善，城市化的开展和人流量的加大，许多不同职业与范畴对安防监控设备的需求日益激增 [2]。近些年来，跟着人们安全意识的进步，安防设备逐渐从国家政府企事业单位走向了一般民众身边。传统的单 一化的安防监控技能逐渐向全体化、体系化的方向开展。 国内安防商场上的数字视频监控体系首要有依据数字录像的视频监控体系，其存储设备首要运用大容量的磁盘 阵列或光盘。这种体系规划的首要缺点是实践运用中稳定性差。还有一种是能够不受通讯间隔约束、无线缆的依据 Web服务器的监控体系，经过Web网页实时显现视频流。可是这些规划也仅仅仅仅完成了家庭内部的实时监控罢了， 无法对家庭内部的电器以及日子的环境构成一致的办理，使家庭能加“智能”化。市面上还有一些依据手机App的智 能安防产品，可是产品出现单一化，功用不行齐备，各个厂商之间的产品依据不同的硬件接口，APP兼容性上也存在 许多问题，而且许多安防体系规划铺设线路和拓宽比较困难，在用户体会方面较差。 从近些年的开展来看，一般家庭的安防规划产品成为了繁荣的新式商场。针关于家庭环境规划的安防体系，应 该贴合一般群众对生命安全、产业安全、智能操控等方面的需求。跟着城市化带来的人口迁移，密布的人流量使得 人们对家庭防火、防灾、防盗等需求日益加深，首要针关于家庭运用的安防体系规划将逐渐成为人们重视的焦点内 容。 第2章 客户需求剖析与安防体系的全体规划规划 2.1客户需求剖析 因为智能安防规划技能仍是比较前沿，现在商场上的智能家居产品，如智能摄像头、智能空调、智能冰箱等产 品价格仍是遍及较高。可是，许多年轻人越来越喜爱便利快捷、安全高效的智能产品，推动了整个物联网、智能家 居职业的快速开展。 本安防体系规划的首要运用人群针关于一般中青年上班族，经过上文的布景剖析能够看出长途监控体系关于许 多中青年上班族的作用仍是很大的。一套功用强壮、简略高效的安防办理体系具有非常宽广的商场前景。 2.1.1运用场景 现在商场上，如海康威视、百度等大企业的智能安防处理计划首要仍是倾向于企业级，如公司大厦、商场等建 筑面积大、人员许多的场所。相关于这些企业的大的运用场景，我国的大部分一般家庭的建筑面积在80~100平米， 本文首要针对家庭级的智能安防体系规划，故规划运用范围在100平米左右。 关于现在的居家环境，面临传统安防体系发生的施工难度大，铺设费事等问题，本文选用了无线网络、全体结 构模块化的安防规划。能够在现有的家庭线路的基础上，不用经过杂乱的电路改建进行家庭产品功用晋级。 本规划中的门禁部分选用的是人脸辨认技能，现在商场上的人脸辨认的门锁价格昂扬，模块功用单一。而且没 有将门锁部分与家庭其他智能家居产品联合起来构成体系。本规划中将门禁中的电子“猫眼”，人脸辨认认证与家 庭内部安防一致办理，愈加人性化的确保家庭住所的安全。 2.1.2产品功用 本论文的首要针对顾客为一般的中青年上班族，关于方针客户来说，家里的白叟、孩子，产业安全，防火防 盗防煤气走漏等问题是安防体系规划首要需求考虑的问题。针对白叟、孩子的需求实时照看的问题，产品要有智能 摄像头实时收集家里的视频信息。针对防火防盗的安全需求，产品要能经过传感器模块收集家庭环境信息而且能对 一些紧迫的状况进行报警的功用。针对中青年人的商场环境，产品在长途操控的LED、电扇、主动升降窗布，主动沐 浴，主动马桶等人性化的功用规划上要留有挑选晋级空间。 4 2.1.3产品价格 针对方针客户，本产品应该具有规划人性化、功用完善、高效快捷、可模块化多项挑选的特色。一起在产品的 运用上还应该具有铺设简略，改造本钱低，易操作、便于晋级等长处。针对这些问题，咱们对商场上的相关技能进 行了研讨调查。 2.2无线通讯协议的挑选与规划 关于方针客户来说，“经济适用、铺设简略”，需求选用最少的电子线路改建，最合理的无线通讯协议，既要 信号传输功用的强壮，一起也要比照不同协议所所带来的硬件的本钱。 跟着物联网技能的快速开展，Bluetooth、LoRa、NB-LoT、Wi-Fi、ZigBee、3G/4G等无线通讯技能现已逐渐运用 到人们的日子中。不同的通讯协议在运用场合、通讯间隔、传输速率、续航才能、硬件本钱、运用范畴、联网所需 时刻、单网接入节点容量、通讯时延等技能指标存在很大差异，本智能安防体系需求归纳各项参数考虑，选用最适 合用户需求的物联网通讯协议。 2.3安防体系全体结构结构 2.3.1体系全体硬件结构规划 依据上文提出的功用规划需求进行产品规划，将整个体系进行模块化，依照房间划分为客厅、厨房、卫生间、 卧室、门禁等模块，便利用户依据自己家庭房间的状况进行功用拓宽。在ARMA9主控上衔接3G报警模块，用于监控家 庭实时环境信息改变，反常时短信报警。 图2-1硬件规划框图 其间各个房间模块选用带有CC2530芯片的ZigBee终端节点当作子模块的主控。 Zigbee终端节点上可衔接温湿度、光敏、烟雾等传感器，收集环境信息， 一起也能够衔接电扇、LED、电动窗布 等设备，用于遥控这些家用电器。房间模块的终端节点经过Zigbee无线网络与和谐器(网关，与主控直接相连)进 行通讯，将获取的环境信息上传给主控模块，一起也能够接纳主控模块的操控指令，操控终端节点上衔接的硬件设 备。Wi-Fi模块选用ESP32芯片作为首要的子模块中心。将模块上的摄像头收集到的实时视频流传给A9主控进行相关 处理。 2.3.2体系全体软件结构规划 本文中经过Web网页与用户进行数据交互。家庭里的环境参数经过Zigbee无线主 控)，微处理器经过同享内存与信号量改写数据到显现部分。终端网页由socket网络套接字拜访BOA服务器进行访 问。一起用户能够在网页问mjpeg-streamer服务器中客厅安防摄像头的视频流。还可在网页上检查门禁体系中 的WIFI摄像头所收集的实时视频流，如图所示。 5 图2-2软件规划框图 面临多任务的需求，本计划选用多线程进行处理。环境信息保存在同享内存中，经过多信号量与互斥锁同步互 斥，维护同享内存临界资源。为了避免漏掉用户频频的操作指令，本安防计划采纳音讯行列的办法处理用户恳求。 音讯行列的作用是为了确保音讯的传递，假如发送音讯时接纳者不可用，音讯行列会保存音讯，直到能够成功传递 它，详细规划后文会进行详细介绍。 2.3.3家庭全体装置布局 本规划计划的可拓宽性和定制性，是指经过依据方针用户家庭环境与功用需求进行多层次的功用扩展。依照一 般家庭的内部场景，本论文规划的智能安防体系规划详细施行安置计划如图2-5所示，装置安置分别为客厅，卫生 间，卧室，厨房。针对不同的运用场景，采纳不同的子模块规划，其间实线部分为直接电性衔接，虚线部分为无线 网络衔接。而且用户能够依据需求挑选对应的终端子模块的详细功用，包含Zigbee终端子模块装备的环境信息收集 传感器，以及家庭中可操控的硬件。 关于有些客户来说家里面的环境或许比上述的规划状况愈加杂乱。为处理这一问题，本规划中经过将不同的房 间——厨房、卧室、卫生间、客厅进行模块化，能够通 过对应模块进行拓宽，如家里有三间卧室，那么将卧室模块 对应添加即可。 还能够由Coordinator(和谐器) -Router(路由) -EndDevice(终端节点)进行网状的网络结构组 网拓宽，如图所示，将每一层的厨房、卫生间、卧室、客厅视为一个独立的路由—终端节点结构，每层楼之间经过 路由进行信号转发， 将微处理器与和谐器直接相连，和谐器与每层路由之间能够经过Zigbee无线网络通讯，Zigbee 路由与路由下的终端节点进行通讯，这样就能够扩展安置到整栋楼上。 图2-3智能安防体系全体装置安置图 依据本安防规划中数据流向，一共分为Web网页显现部分，A9数据收集部分，A9-Zigbee数据收集模块。数据的 上传，经过将数据收集模块的数据经过A9部分的数据改写线程改写到同享内存，CGI将同享内存的数据显现到Web网 6 页端。数据的下发首要用于操控设备，用户经过Web网页的操控信息经CGI打包后交给A9的音讯行列里，A9经过剖析 的指令字操控硬件。 其间涉及到的环境信息在Zigbee部分数据有：ADC电压数据，温湿度信息，光敏传感器数据以及电扇操控指令； 在A9端的数据部分有MPU6050六轴传感器、ADC电压收集的数据，以及蜂鸣器、LED灯、四路led灯模仿数码管等操控 指令。 第3章 人脸辨认关键技能概述 智能门禁体系是一种盛行的新式现代化安全办理体系。其结合主动验证辨认与安全办理相关技能，在现在信息 化时代开展非常迅猛。比较于传统落后的门路与钥匙的安全办理办法，智能门禁将人脸辨认、嵌入式、电子以及通 信技能相结合，具有高效、快速、精确的长处，大大便利人们的日常日子。 3.1人脸辨认技能概述 人脸辨认是一种依据面部特征的生物辨认技能。人脸辨认便是经过图片上的人脸判别这个人的身份。特征提取 ，特征匹配，依据取得成果的进行开锁或许报警。 3.2人脸检测 人脸的检测办法许多，每种办法都有其是定的场合。依据常识的人脸检测办法在光照、环境条件等要素的影响 下作用并不是很好。考虑到用户或许面临极为不同的居家环境，本文选用依据核算的算法一Adaboost算法。 现实日子中，检测人脸的环境杂乱，无法确保仅用一个强分类器得到功率高的检测作用。本规划选用的级联多 层分类器结构图如下图3-3所示。 图 3-1 级联多层分类器结构图 3.3人脸特征提取 人脸对齐的意图便是在已知的人脸方框中定位人脸中的眉毛、鼻子、嘴巴、眼睛等精确形状。而特征提取便是 要提取这些描摹特征用于人脸匹配。 3.4人脸辨认 人脸辨认部分选用的是依据欧氏间隔分类辨认。欧氏间隔适用于核算向量之间的间隔，在人脸辨认中判别待测 样本是否是图片库中的人脸，是经过查找索引训练样本与待检测样本之间的间隔巨细来完成的。 假定人脸库中的人数为N,每个人有M张相片，每个人作为一个子类％,那么每个子类有M个样本xf,其间xf代表 第％子类的第k个样本，核算检测样本与图库图片的欧式间隔能够表明为: (3-1) 这样就取得了样本与图库相片的间隔，要判别人脸是不是图库中的人脸，只需求设置类似度阈值，类似度超越 或到达阈值就判定为是检测样本是图库中的或人。本文中的阈值设置为0.6。依据本安防规划中数据流向，一共分为 Web网页显现部分，A9数据收集部分，A9-Zigbee数据收集模块。数据的上传，经过将数据收集模块的数据经过A9部 分的数据改写线程改写到同享内存，CGI将同享内存的数据显现到Web网页端。数据的下发首要用于操控设备，用户 经过Web网页的操控信息经CGI打包后交给A9的音讯行列里，A9经过剖析的指令字操控硬件。 7 在依据Linux的嵌入式开发中，开发板一般的发动流程为上电，发动u-boot,u-boot加载搬移内核后，内核开端 自解压(arch/arm/boot/compressed/head.S),然后检测合法性进口stext(arch/arm/kernel/head.S),运转C代码 start_kernel(init/main.c),最终挂载文件体系，运转文件体系中的第一个运用程序linuxrc。其间涉及到的环境信 息在Zigbee部分数据有：ADC电压数据，温湿度信息，光敏传感器数据以及电扇操控指令；在A9端的数据部分有 MPU6050六轴传感器、ADC电压收集的数据，以及蜂鸣器、LED灯、四路led灯模仿数码管等操控指令。 第4章 体系硬件规划 4.1智能安防体系全体架构硬件规划 依据项目规划需求，本体系依据PC、ARMCotex-A9、SIM808、Zigbee、Wi-Fi等设备，依托互联网、物联网、传 感器等技能上的编写，以完成远

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