家居智能安防系统设计

前言

智能家居系统是由智能家居安防系统、网络服务系统和家庭自动化系统等子系统组成的家庭综合服务与管理集成系统。其中，智能家居安防系统担负着保护人们生命财产安全的职责因此成为智能家居系统的首选组成部分。

智能家居给人们生活带来便利的同时也产生了巨大的社会经济效益，但是配套的安全防范技术一直是制约其安全性和智能化程度的关键因素。传统的智能家居安防系统功能单一，智能化程度低下。本文首先提出一种基于多元生物特征融合技术的身份识别方法，在系统兼容性和智能化程度上都有大幅提高，同时支持各种特征任意组合形式，极大提高了系统的灵活性和普适性。在分析现有家居安全防范系统的基础上，借鉴其成功经验，从提高系统的实用性和全面性入手，给出了针对家居应用领域的智能家居安防监控系统的实施方案。本系统综合了紧急按钮报警、红外探测器报警、图像人脸检测报警以及温度报警四种报警方式。这样既能实现对人物入侵的有效感知，还能够随时监控温度等一些居住舒适度指标。而将人脸检测报警机制应用其中体现了新的复合型报警方式的系统设计思想。

目录

1 绪论 3

1.1 研究背景和意义 3

1.2 国内外现状分析 4

2 传感器介绍 5

2.1 传感器的概述 5

2.2 传感器在家居安防系统中的应用 5

3 家居安防智能监控系统方案的设计 6

3.1 家居安防监控系统概况 6

3.1.1 系统结构家居安全防范系统结构组成 6

3.1.2 以海尔公司为代表的安防产品 6

3.1.3 家居安防监控系统的发展趋势 7

3.2 智能家居安防监控系统的需求分析 7

3.3 智能家居安防监控系统的设计 9

3.3.1 智能家居安防监控系统原理 9

3.3.2 综合监控管理介绍 11

4 系统原理图 13

5 总结 14

参考文献 15

1 绪论

现在大部分人提起视频监控，一般指的是行业监控，例如：银行，公安，

高速这类部门，极少会提及家居监控。现在家居中使用监控设备的很少，不过

随着信息技术的发展，人们生活水平的提高和家庭财富积累所带来的需求，人

们对自身以及家庭的安全防范意识大大增强了。信息技术的发展又为家居监控

降低了门槛，人们在各个领域享受到技术发展所带来益处的同时，迫切希望能

够利用先进的技术很好的保护自己及家居的安全。在这样的背景之下，家居安

防监控系统必将获得前所未有的发展，成为新的经济增长点。

1.1 研究背景和意义

迄今为止，智能家居(Smart Home)还没有一个统一的定义。为方便本文内容展开，首先给出一个描述性定义。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭同程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。与传统意义上的家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。安全防范技术是智能家居系统中的关键技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。随着智能家居逐步走进人们的生活，以及社会和科技的发展，安全成为人们对智能家居的首要要求，并促使家庭安防系统成为智能家居的重要组成部分。传统家庭安防系统中的防盗报警、火灾报警、燃气泄露报警等子系统，功能单一，误报率较高，只能实现就地报警，不能实现实时远程报警以减少损失和抢救生命，此外也不能记录犯罪证据以便迅速捕捉嫌疑犯。为解决这些传统安防系统的缺点和不足，以及满足人们对智能家居的需要，为此，本文提出了一套基于多特征融合身份识别的智能家居安全监测解决方案。据大连市2008年的资料统计显示，全年发生百余起因煤气泄漏引发的火灾和数千起入室犯罪案件，这些数字表明对居家环境的安全监控迫在眉睫。有鉴于此，开发一套功能齐全的智能家居安防系统无论是从社会意义还是从经济价值角度分析，都有广泛的发展前景；从治安角度考虑，如果智能家居安防系统能够得到广泛应用，必能会对犯罪分子形成强有力的震慑作用，减少入室盗窃、机动车盗窃等家居相关案件的发生，为构建社会主义和谐社会贡献一份力量。

1.2国内外现状分析

984年，在美国出现世界上第一幢智能建筑以来，美国、欧洲、澳大利亚、加拿大和东南亚等经济比较发达的国家和地区先后提出了各种各样的智能家居解决方案。智能家居在美国、德国、新加坡、同本等国家和地区都得到了广泛的应用。美国政府与以IBM，锢能家居安防系统设计与实现2008年，中国蒯联标准正式成为全球3C协同领域的第一个国际标准13J，闪联已经完成数字家庭标准的全面布局，该标准覆盖了11r相关产业、通信、家电及智能家居领域141。为中国的智能家居发展奠定了良好的基础。与此同时，国内也诞生了优秀的智能家居产品，比如海尔的u-home5j，该产品包含家电、灯光窗帘控制，兼有多媒体娱乐，更在可视对讲、安防报警、环境检测、远程监护和故障反馈等安防支持方面做出了比较突出的成绩。

2 传感器的介绍

2.1传感器的概述

国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

2.2传感器在家居安防系统中的应用

安防系统有那些传感器包括:红外报警探测器、 被动红外报警探测器、主动式红外探测器。为了防盗，我们采用传感器技术和计算机技术为基础实现。其中一个探测器为例，主动红外对射探测器，是利用遮断方式的探测器，当有人横跨过监控区域时，遮断不可见的红外光束而引发报警。

3 家居安防智能监控系统方案的设计

与道路等大型公共活动区域以及银行、医院等场所相比，家居有它独特的

空间区域和不同的私密性要求。适用于上述场所的安全防范方案在家居领域并

不能很好的发挥它的作用，所以有必要探索出一个适用于家居环境，符合人们

生活和使用习惯的，同时结合当今先进科技发展的智能家居安防监控系统。

3.1 家居安防监控系统概况

3.1.1 系统结构家居安全防范系统结构组成

家居防盗报警控制主机+各种配件的方案传感器+ 管理中心+网络器件

此方案的配件很齐全，系统开始运作后，各种配件如红外探测器、紧急求助按钮、门磁探头等等发出的数据会传送给防盗报警主机。当有人入侵时，报警主机接收到报警信号，将报警信息通过电话网络传送到主人的固定电话或移动电话上，也可以直接打到110报警电话或小区的电脑报警中心同时发出警号声吓阻偷窃者，能通过互联网实现远程监控，录像，历史回放，抓拍等功能，通过电脑的监控软件能实现很好的视频监控和远程监控，图像清晰。

3.1.2 以海尔公司为代表的安防产品

在智能家居快速发展的今天，出了一大批成熟的厂商和性能各异的产品，海尔公司也开创了自己的智慧家居系统。这个高度集成的智慧家居系统将网络家电、紧急呼叫、门禁、灯光控制模块、火警探测器、红外探测器、电子门锁以及触摸屏操作终端连接起来，并且整合了安防系统、煤气阀控制、灯光控制、窗帘控制、场景联动控制甚至空调控制、信息家电控制、可视对讲以及远程通讯系统，并利用家居网络系统和以太网作为传输平台，通过和小区的服务系统、小区各个

子系统实现数据共享和联动控制，实现了真正意义的数字家居。它的家居安防

产品就体现在紧急呼叫、门禁、红外探测器和电子门锁这些模块上。

3.1.3 家居安防监控系统的发展趋势

经过若干年的发展，虽然家居防盗报警控制主机+各种配件的方案以其价

格低廉、操作简单等优点仍然占有很大的市场，但是它存在着显而易见的缺点。

那就是无法记录事发时状况，无法为后期的侦查提供强有力的证据。而随着人

们财富的增加，越来越多的人们倾向于使用加入视频监控的家居安全防范系统。

本课题的工作就是顺应市场的需要，针对家居视频监控系统仍需改进的部分，

开发具有探索意义的智能家居安防监控系统。当前安防监控技术在家居应用中面临着如下几个问题:个人及家居隐私的保护,如何处理好个人及家居隐私不为外人知道，尤其是防止通过网络渠道被窃取，是视频监控系统在家居应用中需要面对的首要问题。要求视频监控系统能很好的保障客户的隐私，严禁在未经客户许可的情况下将图像传播。同时禁止外部通信设备在客户不知情的情况下进行视频监控，要求客户的监控设备与外部通信网络很好的隔离。家居视频监控设备的控制、互联及扩展性能、方便及易用性、安全可靠及可维护、使用及购置费用。

3.2 智能家居安防监控系统的需求分析

开发一个成功的家居安防监控系统并非易事，需要有一条科学、合理、实

用的工程化的开发方法。原因在于家居安防监控系统不同于一般的系统，它是

一种由各种硬件环境和软件构成的复杂的技术系统；而且它的开发过程不仅涉

及到工程技术人员和用户，而且还综合运用管理科学、信息科学、计算机与通

信技术。因此开发家居安防监控系统是一项复杂的系统工程。需要从系统的角

度出发，采用工程化的手段，组织协调分析、设计与实施过程。家居安防监控系统的开发过程，即系统分析、设计、实施的过程，并不是一个简单的直线过程，而是一个在开发人员和用户参与下的充满回溯和不断迭代的过程。需要综合运用多种系统分析和设计技术，以便改善系统的开发过程，提高系统开发效率，缩短系统开发周期。本课题着眼于未来家居安防系统的快速发展，借鉴以往各种家居监控方案的成功经验，跟随科学技术的飞速进步，顺应新的经济发展需要，通过自己的总结和调研，形成了一套有针对性的完善的需求分析方案。

家居安防监控系统的需求主要体现在五个方面。

首先，系统具有最基本的安防系统的功能。这些功能主要是及时的感知异

常和有效的进行报警。感知异常这方面，本文在系统设计时，将四种报警方式

一同纳入侦测异常的范围，提出了新的复合型的报警方式。

其次，系统具有可扩展性。各个家居的需求不尽相同，在外部主要体现在

对配件的需求不同。所以系统需要保留不同类型的扩展口(数字信号和模拟信

号)，使用户无需改变原有的硬件设备和系统组成，方便的增加所需要的配件。

另外，具备家居网关相似功能的组件。家居网关主要是为了将家居内部的电子设备与外界网络进行隔离，保护用户的个人隐私。同时，组建家居网络， 利用成熟的综合布线系统，将诸多配件的输出信息集中在一个网络点，也就是本文所提到的网络数据传输模块上，再将所有报警信号以网络数据包的形式传送给综合监控管理平台进行处理。这样做就方便了家居布线，同时利用网络数据传输模块可以方便的对系统进行扩展。

除此之外，具有监控和录制视频信息的功能。这样最直接的优势就是有了

影像记录，为后期的查询、取证提供了材料。同时用户要求能够准确快捷的在

诸多录像文件之中找到自己所需要的，这样就要求系统可以同时提供录像时间、

报警原因等的信息。

最后，后期用户能够方便的检索和查看已有的所有录像信息与报警信

息。还有可以和保安及管理中心及时联系。

针对这些要求，本文提供了符合用户需求的综合监控管理平台。

根据调研与用户沟通所得到的上述需求分析文档，可以得出如图3-1所示

的家居安防监控系统系统组成图。

图3-1家居安防监控系统系统组成图

从图中可见，以虚线为界家居安防监控系统分为远端配件和家居个人计算

机两部分，远端配件部分是虚线上方以传感器、摄像头等配件和家居网关组成

的外部硬件部分，他们以实线箭头与个人计算机相连，家居个人计算机上安装

有综合监控管理平台软件。智能家居安防监控软件以5个箭头表示5个功能模块，分别为报警信息的接收与处理、实时录像信息截取、报警和录像信息的存储和检索、系统参数设置和管理中心。此系统构成图很好的表示了基于用户要求的家居安防监控系统的硬件和软件组成部分，可以满足用户具备家居网关，能够视频录像，可以灵活设置以及与管理报警中心的系统。

3.3 智能家居安防监控系统的设计

3.3.1 智能家居安防监控系统原理

本课题设计家居安防监控系统，根据上述系统需求分析的结果，经过综合

考虑系统除了在硬件上需要配备红外探测器、摄像头、家居个人计算机、紧急

按钮、等系统配件，还需要起数据中枢传输作用的网络数据传输模块。为了具有典型性，本系统设计采用了拥有广泛工程案例的一梯两室型为例。

其家居户型图如图3-2所示。

图3-1 家居户型图

此图为一梯两室，只考虑一户设计就行。

其配置清单如表3-1

表3-1 配置清单

3.3.2 综合监控管理介绍

该系统使用了红外探测器、防盗探头、门磁、紧急按钮等配件，通过红外传感器进行异常侦测报警，门磁对人员的出入实施放行拒绝记录和报警等操作，防盗探头可记录室内状况并提供人脸检测报警的图像信息，紧急按钮通过与大功率喇叭相接用于紧急时的呼救，所有报警信号的接收与处理、录像文件的截取和管理、报警信息的管理和人脸检测模块都将由家庭个人计算机的综合监控管理平台软件来完成。为了实现报警信息的接收与处理、实时录像信息截取、报警和温度信息的存储和检索、人脸检测判断和系统参数设置五个功能，个人计算机上的监控软件部分由网络通讯模块、数据库管理模块、人脸检测模块、系统信息处理模块及视频流截取与视频录像回放模块五个功能模块组成。还有可以通过室内对门禁系统传输给小区管理中心，提示保安人员迅速确认警情，及时赶赴现场，一确保住户人身和财产安全，同时住户也可以通过室内紧急求助系统向小区管理中心发出求救请求信号。

5总结

家居智能安防系统是一个综合性的应用系统，是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子技术及计算机处理技术等有效的集成运用于整个家居环境而建立的一种体现以人为本的居住理念，实时、准确、全面的服务于住户的系统。本文着眼于智能家居系统中最重要的安防监控系统的研究。通过不断的分析判断，依据住户的安全性、舒适性要求，提出一种新的家居网络建设、家居报警模式及录像信息的管理形式， 极好的满足了用户的具体要求，成功的实现了智能家居安防监控系统的所有功能。

智能家居安防监控系统是一个复杂的系统，本文只是对于现今的家居安全防范系统提出了一些探索性的创新，验证了异常情况时录像并且运用数据库技术进行信息管理的可行性，为智能家居安防监控系统的开发提出了新的思路和新的方法。虽然这个系统在实验室测试通过并且应用于实际，但是距离产品化的完全解决还有～定的距离，对于硬件的扩展和软件的设计开发还须进一步的改善。如何加强各种报警信息之间的联系、如何改进系统录像机制以及探索数据库中多种数据信息的有效融合都需要做进一步的研究。我相信智能家居安防监控系统必将获得更加高速和充分的发展。

参考文献

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2. 张新房.智能家居与家庭安防系统.电气&智能建筑，2007

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6. 孙利民，李建中，陈渝等.无线传感器网络[M].清华大学出版社，2005

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/14031367caaedd3383c4d38e.html