智能家居安防系统的设计和实现 电气工程专业

1、第一章 绪论 . 11.1 课题背景和意义 . 11.1.1 智能家居的概念 . 11.1.2 智能家居发展存在的问题 . 31.1.3 课题研究的意义 . 81.2 国内外研究现状 . 81.2.1 国外研究现状分析 . 81.2.2 国内研究现状分析 . 91.3智能家居的发展趋势. 111.4 论文的组织结构 . 11第二章 系统硬件选型与设计.202.1 系统设计原则.212.2 系统硬件总体设计方案.222.3 系统控制器及外围电路设计.23 2.3.1 单片机选择.24 2.3.2红外传感器选择与电路设计.25 2.3.3烟雾传感器选择与电路设计.26 2.3.4蜂鸣报警模块选择与

2、电路设计. .27 2.3.5门磁传感器选择与电路设计.282.3.6语音模块.292.4 本章小结.30第三章 智能家居安防系统软件设计.313.1 软件设计总体方案.323.2 软件开发平台 KEIL.333.3 系统主程序设计.343.4安全检测程序设计.353.5本章小结.36第四章 总结与展望.374.1总结.384.2展望.39致谢.40参考文献.41摘要随着科技日新月异地发展和社会突飞猛进地进步，人们对安全的重视程度越来越高，这在一定程度上刺激了智能家居安防系统的发展，也带动了庞大的经济增长效益。当智能家居已经随着科技的发展迈入了我们的生活时，人们对智能家居最看重的要求就是安全，

3、这倒逼着智能家居安防系统水平的发展。智能家居一方面给人们的生活带来方便的同时，一方面也刺激了国内生产总值的增长。但传统的智能家居安防存在一系列的问题，比如功能单一，无法实现智能控制等等，为了解决上述问题，本文采用多个检测模块实时监测信号并发出警报的设计，通过信号检测与报警装置的相结合，提高家居安防安全系数的同时也为用户带来更好的体验。智能家居通过智能化用户家中的各个设备来发挥作用，此时用户家中的各个功能性设备可视为网络单元，并通过互联网技术和计算机网络将各个单元连接在一起，形成联动智能网络，用户通过网络终端实现对网络中设备的操控，各种外置设备也可以连接到网络以实现远程操控。除此之外，网络中的各

4、节点设备还能将诸如温度、空气质量以及安防信息等关键信息反馈给使用者。E 关键词：智能家居安防系统 传感器 安防报警 第一章 绪论1.1 课题背景和意义1.1.1 智能家居的概念智能家居这一概念最早出现在上个世纪，但由于各种限制一直没有应用在实际生活中。直到1984年，智能家居的设想理念才被美国的联合科技公司尝试引入到建筑中，应用当时较为先进的技术建设了世界上首栋“智能型建筑”。从此，建设智能建筑、构建智能家居体系逐渐成为全球建筑界的风向标 1 。为改善住户的居住体验并提升房屋的安全系数，近年来多个国家和地区开始使用智能家居设备。智能家居需要较高性能的网络设施基础，首先要安装运行控制各智能设备的

5、软件，再通过高速网络专线连接家里的智能功能模块，从而在计算机终端实现智能家居的控制。智能家居的流行主要由于以下三个方面 2 ：其一，互联网技术与计算机技术的发展领域必然会扩散到家居行业，网络时代的家居产业必然会成为网络中的终端。其二，智能家居极大程度的便捷了人们的生活，通过网络精准控制各家电设备使人们从繁琐的家务中解脱 3 。其三，高速的经济发展提高了人们的生活水平和安全意识，居家安全开始得到重视。科技的发展对居家安全领域提出了越来越高的要求，人们都希望以更高科技的手段保卫人身安全和财产。因此，智能家居的目标就是为用户创造便捷舒适生活的同时，最大限度的保障居家安全4 。根据用户们对于居家安全的

6、要求，便可确定一套完整的安防预警系统的组成模块。首先，要建立完整的网络通信系统以实现信息的传递；其次，要建设对家中各个设备进行操控并实现对外数据联络的平台；最后，要有数量足够的终端设备，并使其连接到网络，以实现对网络数据的反馈和对家中智能设备的控制5 。经济的飞速发展和科技的高速突进使人们的生活融入了越来越多的科技元素，改变了人们传统的生活方式6 。虽然智能家居在中国仍处于新兴阶段，但是显而易见，智能家居在我国具有巨大的发展空间和发展前景，并会高速覆盖到千家万户。主要原因如下：（1）概念普及程度广泛过去，如果提起智能家居这个概念，很少有人能够理解。而当前的信息时代使得信息的获取极其便捷，只要在

7、网上的任意搜索引擎上搜索智能家居，都能获得关于智能家居的大量信息，无论是名词解释还是应用实例，甚至哪里建设了全智能小区、哪位公众人物为家里装了智能家居系统都能知道。除了信息的获得，甚至能感受到智能家居带给我们的感受和体验，如今的各大商场、建材商店都在销售智能家居产品，消费者可以亲身体验这些设备的效果与功能，便捷的操作得到了广大消费者的认可与接受，并有越来越多的顾客购买智能家居用来装修新房 7 。因此，目前市场对于智能家居概念的普及力度很大，智能家居也得到了中国消费者的认可。（2）厂商更新换代频繁智能家居为人们带来了前所未有的便捷生活，也带来了巨大的商品需求，有需求便有市场，有市场便意味着有利润

8、。各大家电厂商都在适应潮流，不断引进高新技术，以生产具备更高性能的智能家居产品。巨大的市场竞争使得产品技术的更新换代越来越快 8 ，智能家居产品也越来越多元化。目前，各大厂商都在利用自身的技术优势和创新能力抢占市场，家居产品的功能也逐渐被丰富。（3）房地产开发商推波助澜这个空间巨大的市场不仅吸引各大家居厂商疯狂涌入，也吸引了作为世界龙头产业的房地产行业。目前房价的节节攀升不止是劳动力的昂贵和原材料的价格上涨，还有开发商附加给房子的吸引力与价值，智能家居的引进就大大提升了楼盘的吸引力，由于智能家居给予人们便捷舒适的生活体验和安全有保障的预警体系，装有智能家居系统的房子就更能得到人们的青睐，房价也

9、因此居高不下 9 。（4）媒体关注度极大提高信息时代使得媒体发挥了巨大的信息传播和舆论导向作用。除了纸质媒体与大众媒体，互联网的发展使得网络媒体得到了空前的发展，媒体的关注促进了智能家居的相关推广与宣传10 。作为每家必备的电视和智能手机，都在推送关于智能家居的报道，各大购物网站也将智能家居设备作为主打宣传。综上所述，媒体对智能家居的关注使得它在广大消费者中的热度逐渐上升，优越的性能使其获得了消费者的认可，因此媒体对于智能家居行业起了较大的促进作用。（5）消费者对智能家居跃跃欲试近年来我国经济的发展极大带动了人民生活水平的提高，各大媒体、新闻、购物网站与实体店对智能家居进行了力度很大的宣传，关

10、于智能家居的介绍和推送在消费者的身边随处可见11 ，极大的吸引了消费者的注意，面对传统家居和智能家居，多数消费者都会倾向于选择可带来舒适体验的智能家居。从前如同天方夜谭的智能家居，如今已经进入到人们生活的方方面面。由此可见，智能家居在我国正在进行高速的发展，并仍然具有巨大的发展空间。然而，具备诸多优势的智能家居行业的发展也不是一帆风顺的，前方仍然存在许多挑战和阻碍12 。1.1.2 智能家居发展存在的问题智能家居从诞生到发展到现在，取得了很大的成功与成就，但发展的目光不能只放在成功上，仍然要聚焦发展中存在的各种问题。只有厘清各种已出现和潜在的问题，才能突破瓶颈，取得更大的发展。虽然智能家居一词

11、已经得到了广泛的普及，智能家居的应用也逐渐普遍，但少有人能理解其真正的深刻内涵，针对目前存在的现象和问题，本人通过调查与研究，总结出以下几点原因：缺乏规范的、统一的行业标准任何行业都有一套约束不正当行为、保障行业合理发展的规范和标准，智能家居也是如此。智能家居最早发源于国外，经过多年的发展和更新，已经形成了比较成熟的行业规范与标准，结合发达国家先进的互联网技术与通信技术，国外智能家居的发展逐渐步入成熟并向新的发展层面进军 13 。但在中国却有不同的情况，首先，中国的行业管理不同于国外发达国家，每个行业都受到国家各个部门的统筹管理，各部门的行业管辖不尽相同并相互制约，因此一套统一的标准难以为各个

12、部门同时接受，这就使得我国智能家居的发展缺乏统一的规范和行业标准。没有标准的约束就导致市场上出现很多互不兼容的设备和产品 14 。这不仅为消费者的购买和体验带来了麻烦，也增加了不同设备之间的隔阂，极大的困扰了各生产商。由于商品的互不兼容，各家厂商就要花费更多成本研发自家产品的创新点并提高技术含量，还要大力拓展宣传。因此，厂商们都渴求国家出台一套规范统一的行业标准来整合市场，从而简化竞争、降低成本。（2）安装、调试复杂，成本费用高中国的智能家居行业仍处于新兴阶段，对于智能家居的安装调试极其依赖具有较强业务素养的专业人员，消费者对整个系统的运行知之甚少，因此使用过程中如若出现问题或要对智能家居进行

13、调整，都只能依靠专业的从业人员，这就为使用者带来了较大的麻烦。就智能家居本身来说，高科技的系统与服务必然拥有更高的成本 15 。动辄几十万的安装成本使得智能家居成为了普通人眼中的奢侈品。（3）功能华而不实对于广大用户来说，家居的便捷与安全是最主要的需求。目前市场上出现的遥控器、监视器等，可以实现对电视、空调以及厨具的远程控制，这就满足了用户对便捷的需求16 ；对于所有住户都关注的安全问题，许多报警器和监控也能满足需求。因此，用户的需求才是市场的需求，而智能家居系统中的一些超前功能和高端应用与用户切实的需求相比，在一定程度上有些华而不实。在走访调查中，很多商家对市面上现有的智能家居产品的稳定性和

14、实用性有所顾虑，因此智能家居产品的功能与稳定性需进一步提高17 。（4）缺乏资金支持智能家居在市场的认可度和接受度，使得不少房地产公司利用推广智能家居楼盘促进房产销售，但作为一种促销方式，其引进的智能家居设备的可靠性有待考究。众所周知，智能家居产品具有较高的成本，如若引进市场上的中高端产品，必然会大幅增加地产开发商的成本，而提升房价只能增加一部分利润，且房价的升高有一定的限制。因此为了获取更大的利润，地产商们会尽力缩减成本，相应的选择市场上的低端智能家居设备以减少投入。另外，很多企业对于源自国外的智能家居行业并没有足够的信任和信心，对智能家居市场的认识还很不足，需要一定的过程去接受。因此对于智

15、能家居市场的进军大多处于观望状态 18 。除此之外，智能家居产品设备更新换代的速度极快，要求强大的技术开发能力以突破技术壁垒，这就需要大量的资金来支持，同时也由于产品的更新速度快，研发出的产品是否紧俏也存在问题，具备一定的风险。生产智能家居的中小型企业都面临着寻求大企业融资的困难，有一些企业只能被智能家居残忍的拒之门外 19 。（5）缺乏完善的社会合作体系一个行业想要在社会上立足，在具备发展成熟的系统的基础上，更需要社会的支持与合作。比如多年前由IT行业提出的智能家居的前身：信息化家电。信息化家电的概念提出后，又推出了一些家电产品，然而却没有在市场上发展起来。是什么导致了信息化家电的销声匿迹？

16、显然是缺乏社会市场的合作，导致了产品的单一封闭，根本没有做到产品的信息化。例如，一台处于网络系统的智能冰箱，当其内部的食物储量告急时，可以通过网络向商场或超市发出采购信息 20 。如果商场或超市可对该住户进行货物配送，那么信息化带来的便捷就是显而易见的，但如果商场不能提供配送，那么具备网络信号传输的智能电器只是一个毫无实际作用的摆设。因此：在中国这样一个尚未完善的社会服务体系中，少了任何一个供应环节，网络家电的存在也是外表光鲜却毫无意义 21 。（6）跨产业的合作困难重重智能家居并不是一个独立发展的产业，如若想开拓更广泛的市场，获得更大的发展，就要积极开展与IT、安防、系统集成商和家电厂商的密

17、切合作，智能家居就是通过吸收各个行业的优势和技术特长，将各业高端技术重新整合，合理分配利用，才能获得源源不断的发展动力 22 。然而，多行业的合作会在一定程度上导致各个行业之间的竞争，每个行业都希望发挥自身产品的绝对优势，不满于只发挥辅助或次要位置，因此各行业之间的配合与协作一直是一个难题。如果跨产业的合作达不到默契配合，各自发挥所长，那么智能家居产业的发展也会受限。1.1.3 课题研究的意义近年来，我国的经济社会发展迅速，显著提高的人民的生活水平和生活质量，在物质生活发生巨大改变的今天，人们也开始追求更具科技含量、更舒适、更安全的家居环境。家庭作为构成社会最基本的单元，其安全保护问题正日益得

18、到关注。随着我国对和谐社会的构建，各种政策的颁布提高了人们的安防意识，采取各种手段维护居家安全。各小区和物业也在不断提升安保级别，加强安保设施的建设。目前国内的住宅安防主要依靠建筑公司构建，日常安防也主要由小区和物业承担。但随着住户安全意识的提高以及市场上各类安防产品的涌现，私人家庭安防系统行业得到了发展。然而用户私人构建的家庭安防系统由于产品种类单一，产品强度不够，整体操作系统不够完善等原因，存在较多的问题和安全隐患。因此目前急需一种设施系统完整，联动操作稳定可靠，且成本适中，多数家庭可以承担的家庭安保系统。我们可以以小区原有的安防系统网络为基础，将每个家庭作为整体安防系统中的一个节点，通过

19、基础网络将节点之间连接起来，使家庭安防依托于小区整体安防，通过联动网络紧密结合。将安保人员巡逻和智能安全网络检测结合起来，全方位保障小区与各家庭安全，减少安全隐患。从而为广大住户创造一个安全可靠、舒适便捷的居住环境，提升人们的生活品质。安装这套智能安防预警系统之后，无论身处何地，都可实时检测家中的安全情况，如若发现安全隐患可通过终端控制或通知小区安保人员以解除隐患，创造安全的居住环境。不仅如此，对遏制犯罪行为、提升社会安全、创造更好的社会环境都有重大的意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状分析国外发达国家，如欧美国家的建筑一般为独栋，具备很强的隐私保护性和独立性。相应的，国外智能

20、家居系统也以独立工作的方式为主，每一户部署一套独立的网络系统，并配备一台计算机和一个IP地址，住户根据自身需要选择相应的个性化服务设施，通过直接扩展相应的模块或者接入相应的服务商就可以实现相应的功能 30 。除了独立系统，一体集成控制平台在国外也被广泛应用。如美国近期推出的智能家居系统X-10就是一体集成控制系统的一种，自推广以来销量良好，已吸引超过四百万的美国家庭应用。然而，这种集成控制系统拥有较高的技术壁垒，难以在其他国家和地区推广。其他发达国家如韩国，也在积极向周边国家推广由其生产的智能家居系统和设备，这种系统主要通过机顶盒和网络，实现对家庭安防预警以及自动化控制。无论是智能家居市场的大

21、环境还是其子模块及安装，都具备巨大的发展前景，即使这种安防智能系统在发展中国家还没有得到大力的推广，但其发展空间十分诱人。IBM 公司的迈克尔.凯罗斯克对安防市场做出如下评价：“这是个不容 IBM 公司忽视的市场机会 31 。” 根据美国的专业顾问公司PARKS 对美国智能家居系统的统计：在上个世纪 90 年代末，美国一个家庭在家庭设备自动化方面的资金投入平均在七千到八千美元之间，当时美国的家庭使用家庭自动化系统的比率仅为 0.33%，表示当时智能家居的市场在美国处于起步阶段。该公司做出预计，这个比例将会在五年内以 8%的速度增长，到 2012 年左右，这个市场的销售额将有可能达到 268 亿

22、美元 32 。 。1.2.2 国内研究现状分析作为建筑物数量将近占全球一半的中国，已经进入新一轮的城市化建设的高潮。中国每年的建筑建设中，有80%以上是民用建筑，国家对住宅建筑的相关政策促进了我国小区住宅模式的发展。因此，智能住宅、智能家居的概念开始出现在地产商的宣传标语中，购房者们的关注点也逐渐向智能住宅系统转移。“智能住宅小区”的兴起为国内传统的住宅安保行业产生了巨大的冲击。虽然智能住宅的概念源自国外，但在中国其产品和技术都具有中国特色 33 。目前中国“智能住宅小区”建设的主要功能仍然是安防与安保，并由小区公共安防和家庭安防两部分组成。在“智能住宅小区”的建设中，大约60%的资金都投入到

23、了安防系统的建设，因此安防产业在中国拥有广阔的发展空间。作为智能家居中重要组成部分的子系统，安防系统的发展是十分曲折和复杂的，大致可以分为一下五个阶段：第一阶段：概念年，出现在2002年，智能安防这一词汇开始由媒体进入到广大住户和消费者的视线中。媒体宣传的幕后操控主要是地产商，早在2002年，各房产商就已将目光集中到智能安防，并在销售中将智能安防的概念加入。第二阶段：研究开发年，在 2004 年前后，虽然智能安防系统已在国外发达国家得到成功应用，但中国对于智能安防的引进十分谨慎，以借鉴研究为主，并未实施照搬和全面引入。在此阶段，我国主要是对智能安防的技术进行攻克，并完善软件和硬件的开发研究。此

24、时已开始对居家设备安装数据接口，为未来智能家居和智能安防系统的推广应用做好准备。第三阶段：实验年，在 20052007 年期间，技术壁垒的突破和家庭网络宽带的逐渐普及，促进了智能家居在中国的应用，此时在大城市的少数高档住宅、别墅和办公楼，已经安装了智能家居设备和智能安防系统。第四阶段：推广年，从 2007 年至今；计算机网络技术的飞速发展，和我国对于智能家居系统的研发的初步成熟，推动了智能家居在我国城市大范围的使用。近年来，国家对互联网+、网络技术的推动政策更是极大的促进了智能家居基础网络设施的发展和构建，在不久的将来，智能家居会大面积覆盖到我国大中型城市。目前国内住宅小区安防系统技术和产品基

25、本上分为二种类型，以下是对这二种类型的家居系统的简要介绍：（1）网络类网络类家居系统以小区现有的安防设施平台为基础，以“一线通”的方式，将小区局域网、通信、宽带整合到一起。网络类家居系统作为国外的主流技术，被广泛的应用在家居行业，比如相近的产业数字家庭，也被智能家居作为一种技术平台所应用。这种自上而下的发展思路，虽然对各平台具有很高的利用率，但是实施成本太高，目前中国的技术应用条件无法达到其要求的水平，因此该技术很难在中国市场大规模应用。（2）总线类总线类是国内的主流系统技术，其主要功能是进行安保服务，所以又分为“现场控制总线”和总线安保平台。“现场控制总线”主要针对国外产品，一般通过现场工业

26、控制总线来解决问题，这种方式取得的成效很好，但是这种产品成本过高，在国内有限的消费水平下难以大规模推广。另一种国内安防产品主要以RS-485为代表，通过对RS-485进行改造作为小区物业的智能管理平台。其主要优势就是成本较低，但相对的也存在很多问题，如抗干扰能力差、宽带不足等，当服务规模较大的小区时，明显难以承载和带动，不仅会出现许多问题，也十分不利于操作。中国作为人口大国，其小区分布规模也相对较大，住宅小区具备规模大（几千或者上万户）、横跨长（通信距离长）、节点多（终端设备多）以及功能扩展（后续功能兼容扩展等问题）等特点，要在中国的大规模小区里应用智能家居系统存在很多问题，因此在应用之处就提

27、出了许多解决方法。方法之一就是在小区内建设集中管理平台，利用平台统一对小区安保进行保护与监测，这种方法的重点与难点就是智能化平台的创建。许多数据表明，目前中国小区住户最关注的问题还是住宅安全，经济和生活水平的提高促进人们以更高科技的手段保护住宅安全，除了依靠小区管理平台对家居进行安保，一些外接的终端设备也开始丰富家居安保的种类和途径。中国的“智能家居系统”将沿着具有中国特色的智能住宅小区之路，从智能安防逐步扩展到更多的功能应用。今后会逐渐向“系统集成”大整合的阶段而进军，因此中国的安防事业只有继续以小区统一管理控制平台为依托才能取得更大的进步与更好的发展。1.3 智能家居的发展趋势（1）智能家

28、居的应用趋势经济的发展和人民生活品质的提升，会促使人们寻求更加便捷舒适的生活方式，智能家居的普及与推广是未来的必然发展方向。从名称可见，智能家居主要的功能是将家电、家具智能化、自动化，是结合不同个体需要进行反应的智能系统，其自动管控的功能给人们的生活提供了极大的便利，在提升用户家居安全系数的同时使用户的生活变得舒适，其人性化的设计促进了日常生活中的节能减排。从技术层面到能源节约层面，智能家居必然会在全社会推广23 。但是，如何做到易用、实用、人性化，真正提高人们的生活品质是目前的智能家居行业面临的最关键的问题。简单来说就是其缺乏实用性。并且，智能家居在未来的发展中要更加注重智能控制功能的实现：

29、1）智能家居主要通过报警功能实施对用户房产的安保，各种红外探头、门磁开关被系统通过控制器接入，如有可疑人物出现在监控范围内，系统就会启动报警。这就相当于为家里构建了一个无死角、全方位且24小时工作的安保系统，极大的保障了居民的生活安全和财产安全。任何时候，安全性都是人们的首要关注点，当智能家居系统处于工作状态时，只要红外探头发现家中有可疑人员走动，就会启动报警系统，并通过蜂呜器和语音实现本地报警，并且将报警信号传到物业保安中心，同时自动拨号到主人的手机或办公室电话上 24 。2）智能家居通过接入烟雾探头、瓦斯探头和水浸探头实现防灾报警功能，全天候 24 小时监控家中可能发生的火灾、煤气泄漏和溢

30、水漏水，当有灾情发生时，；立即报警并联动关闭气阀、水阀，切实维护居家安全。3）智能家居的求助报警功能通过智能家居控制器接入各种求助按钮实现，当家中的老人和小孩在遇到紧急情况时通过按压求助按钮快速进行现场报警和远程报警，及时获得各种救助。4）智能家居的远程控制功能：当用户不在家中时，只要通过手机等终端就可以实现对家中电器的控制，并且可以通过网络与家里的人进行语音及视频通话，不仅能对家中各设备、电器进行检测与控制，还能了解到家人的状态。5）智能家居的定时控制功能：用户可以利用这项功能，对电器的工作和休息进行提前设置。例如出门上班前，就可以设置在某个时间开启电器，使电器进行工作，或设置正在工作的电器

31、何时停止，起到了节约能源的目的。6）智能家居的短信收发功能：智能家居系统中的短信收发功能主要通过液晶控制面板来实现的，也可以通过手机等终端来接收智能家居控制器发送的状态信息，用户接收信息之后，也可以回发各种控制指令。7）智能家居具有很强的应变能力和控制能力，遇到紧急情况和危险情况时，可智能、自动设计问题应对处理联动方案，以解除家居危险。例如：开启偷窃报警时，会自动开启家中所有的照明设备；如果遇到煤气泄漏，智能家居也会智能应对，在自动打开家中所有排风系统的同时也会自动关闭煤气总阀门，以上所有的自动措施都是通过液晶控制面板来进行操作。8）智能家居通过与小区智能系统互联网的连接，还可以很容易地实现三

32、表远传、一卡通等智能化服务。（2）智能家居的技术趋势1）硬件平台的处理能力日益增强在以前的控制器中的核心处理单元为8位单片机，这种中控器功能构造比较简单，功能也很单一，一般只具有安防功能和简单的文字发布功能，而且这种产品的人机交互界面也比较单一和简陋，而且比较高级的功能比如说家电的控制在这个时候还只是概念阶段，没有进入实用性和商业化生产。随着软件系统的不断发展和更替，智能家居生产厂商为了推广自己的产品，逐渐开始采用具有更强大处理能力的单片机，或者是使用多个单片机协同工作，经过技术改进，智能家居产品性能大幅提高，功能也更加完善。人机交互界面也设计的越来越人性化 25 。不仅如此，这些产品的操作界

33、面经过技术的迭代变得更加的友好，不仅使用了彩色显示器，而且配备了触摸功能，同时应用了语音识别技术，大大提高了智能家具产品的功能性。这一时期的产品比如说正兴特的智能王做的比较好。26 。技术在不断发展，并且不断运用到新产品当中，花样繁多的新产品不断被开发出来，而且为了适应时代的发展和用户的需求，很多厂商开始将更多的新技术应用于自己的产品当中，在国外甚至有些厂家会使用三十二位的处理器基于嵌入式开发平台开发高性能多功能产品，这些高科技产品功能强大处理能力很强，操作界面也很美观，能完成很多用户的指令。很多厂商甚至为智能家居产品提供了专门的显示引擎，操作界面更加美观，操控性能也大大提高，吸引了广大用户的

34、关注。27 。比如说三星的8170做的就非常好。2）对讲安防等子系统逐渐综合为一个平台智能家居系统在开始阶段各个子系统都是单独存在的，用户想要获得更多的功能，必须单独安装众多的子系统，由于他们之间相互独立，因此安装起来费时费力。这些年各个行业都在进行技术整合智能家居产业一随着时代的发展开始变得一体化，逐渐将对讲安防家电控制等综合为一体。 28 。3）模拟逐渐转变为数字化智能家居需要继续发展，需要业务更广阔的市场，这就要求他一定要革新自己的技术，传统的模拟已经走到了尽头，未来一定要转向数字化，只有这样才有利于他的推广和发展，这个转变也是必要且必须的。现在市面上的智能家居产品逐渐都采用数字化技术，

35、现总结为以下三点： 如今智能终端产品的电路设计更多的是采用数字化集成电路，用数量庞大的数字芯片代替传统的模拟电路，改善了传统模拟电路的种种不足，优化了产品性能。 从用户体验来讲，数字化显示器终端无疑具有更大的优势，人机交互性能更好，但是采用数字化显示的技术比较难，成本也比较高，所以当前并没有被广泛采用，这一技术也尚未普及。但是随着技术的进步成本会逐渐下降，技术也会越来越完善，越来越成熟，以后肯定会有越来越多的厂商选用这种数字化显示技术。 传输方式将更加多元化，更功能化，并且可以和对讲门禁等结合起来成为一个综合结合体。这样一来就可以降低成本减少维修，周期和维护的难度，而且传输性也会大大的提高。4

36、）从有线走向无线现在市场上的设备主要以有线设备为主，无线设备虽然也有，但是数量较少，不成规模。制约无线设备发展的主要原因是他的稳定性不如有线设备，一旦传输距离较长，他的信号就容易被干扰，传输很不稳定。但是我们不可否认的是无线传输是未来的发展方向，无线设备方便携带，而且传输灵活更重要的是他的扩展能力远远超过有限设备。科技的发展一定会带来技术的突破，无线设备的障碍也会逐渐得到克服，所以在将来无线设备一定是主流，现如今有线设备的统治地位在将来一定会被无线设备所取代。 29 。总的来说，随着社会的发展和人类的进步，我们对智能家居的需要在以后会越来越多，对他功能的要求也会越来越多，在这样的市场环境下，这

37、对智能家居行业来说，即是机遇也是挑战，把握好这个风口，整个智能家居行业将会形成一个巨大的产业，而智能家居也会帮助人类提高生活水平，提升居住体验，最重要的是提升人们安全感和幸福感。1.4 论文的组织结构第一章对智能家居安防系统的概念，国内外发展现状和本课题研究意义作简要介绍。第二章为智能家居安防系统的硬件选择，不仅设计了整体，还对各个部件及电路进行了设计。第三章为智能家居安防系统的软件设计，描述了软件总体设计方案、各个程序的程序流程图和实现过程。第四章对本文进行了总结和展望，并提出了课题未来的发展方向。 第二章 系统硬件选型与设计2.1 系统设计原则智能家居安防系统是一种在很多场合下发挥重要作用

38、的综合管理系统，该系统依托办公室，民居等平台，综合利用物联网，计算机技术，网络，自动控制技术，语音识别技术，安全监控技术等各种技术。不仅可以实现对家居产品的远程控制和定时控制，还可以实现集中控制，多终端控制，安全监控数据采集等各种功能，甚至还有娱乐功能。如今我们的生活水平越来越好，将来肯定会更好，而智能家居安防系统就可以满足我们对生活的安全，舒适，以及便捷性的需求。基于这些考虑智能家居安防系统不会像工厂里的智能系统一样产生经济价值，但是这种系统也应该有它自己的设计原则，主要有以下三点：(1)合理的功能设计由于智能家居系统要满足人们对它的需要，因此，它的功能必须要合理。在功能上一方面，他必须要满

39、足安全监控，环境监控，以及设备的控制这些功能，另外还有一些功能比如说影音娱乐等可以根据成本的考虑选择性满足。(2)经济的价格任何一款产品，想要在大众百姓中普及一定要考虑到经济适用型，智能家居安防系统首先一个就是要满足人们对于家居设备的控制需要，百姓想要使用它就得投入金钱，因此，不能让人们负担不起，所以在设计智能家居安防系统的时候也需要考虑在满足必要的功能的前提下降低成本，减轻人们的购买压力。(3)方便快捷的操作体验智能家居安防系统针对各个层次的用户，这些用户来自不同的家庭，不同的社会背景，不同的社会层次，他们的受教育程度，理解力动手能力都不相同，但家庭中每一个成员都要操作智能家居系统，因此要考

40、虑各个年龄段各个层次的人的操作习惯问题，推出方便快捷的操作模式，使各个群体的人都能操作使用。2.2 系统硬件总体设计方案智能家居安防系统主要由接受控制系统，数据传输系统，感应系统等三个子部分构成。智能家居安防系统硬件部分主要包括传感器，单片机，报警器及语音输入部分，各部分主要功能如下：系统主体：利用传感器实时检测周围环境, 对家庭环境实现24小时的安全监控。报警模块：一旦发生情况，报警模块便会启动语音系统，迅速通知用户，同时报警模块还可以传输用户的设置参数。单片机控制系统：本文拟采用的STM32F103ZET6型单片机不仅可以读取整个系统的数据，还可以联合报警模块进而实现监控报警协同工作，完成

41、各种计划任务。 2.3 系统控制器及外围电路设计 智能家居安防系统的核心部件是系统控制器，系统控制器可以检测到每一个子模块的事件触发动作，当传感器被触发后把数据传输到控制系统，控制系统分析数据后启用相应的预警动作。因此，首要工作便是选择控制器的硬件，这是重中之重，它将决定系统的整体性能，因此核心芯片必须要选好。本文综合分析了系统的性能需求和功能需求后决定选用STM32F103ZET6芯片作为系统核心，外围的电路基于此进行开发设计。2.3.1 单片机是选取图2-1 STM32F103ZET6引脚图 单片机是系统的主控制器，因此要求单片机具备很强的实时性以及其他一些高性能，只有这样才可以保证系统能

42、够流畅运行，在经过多方面综合对比分析后，本文最终选择 STM32F103ZET6 作为主控制系统的控制芯片，如图 2-1 所示。STM32F103ZET6简介：STM32F103ZET6的功耗很低，其一方面有睡眠、停机和待机三种模式可供使用，另一方面还有Vbat和RTC以及后备寄存器供电。该芯片配备有3个12位模数转换器，最快1s的转换时间（配有多达21个输入通道），除此之外，该芯片还有2通道12位D/A转换器。现对该单片机的功能作简要的介绍，存储器：从256K到512K字节的内存程序存储器；高达64K字节的SRAM；带4个片选的静态存储器控制器。支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NA

43、ND存储器；并行LCD接口，兼容8080/6800模式。时钟、复位和电源管理：2.03.6V供电和I/O引脚；上电/断电复位（POR/PDR）、可编程电压检测器（PVD）；416Mhz晶体振荡器；内嵌经出场调校的8Mhz的RC振荡器；内嵌带校准的40kHz的RC振荡器；带校准功能的32kHzRTC振荡器。调试模式：串行并线调试（SWD）和JTAG接口；CortexM3内嵌跟踪模块（ETM）。多大112个快速I/O端口：51/80/112个多功能双向的I/O口，所有I/O口可以映像到16个外部中断；几乎所有端口均可容忍5V信号。多达11个定时器：多达4个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入

44、捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入；2个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器；2个看门狗定时器（独立的和窗口型的）；系统时间定时器：24位自减型计数器；2个16位基本定时器用于驱动DAC。因此 STM32F103ZET6单片机在众多的众多嵌入式控制有着广泛的应用，它能让应用系统有了很高的可变动性，这时无论升级还是维护都有很大的便利。本论文采用的单片机中最小的系统如图 2-2所示。图2-2 STM32F103ZET6最小系统本文的所使用的开发板如图 2-3 所示。 图2-3单片机开发板2.3.2红外传感器选择与电路设计本系统采用的人体红外传感器型号为

45、HC-RS602，其电路图如图2-4所示，实物图如图2-5所示。图2-4 HC-RS602 电路图 图2-5 HC-RS501人体红外感应模块技术参数如下：1.工作电压：DC4V至18V2.静态功耗：60微安3.电瓶输出：高3.2V，低0V4.延时时间：可调(0.2秒20秒)5.封锁时间：0.3秒6.触发方式：L不可重复，H可重复，默认值为H7.感应范围：小于110度锥角，6米以内8.工作温度：-12+65度该模块有如下这些特点：1.感应灵敏迅速：一旦系统发现其范围内有人系统会自动输入高电平，当系统检测到人离开后系统就会自动延时关闭高电平。2.可选择性采用光敏控制：该模块为了拓展其功能提前预留

46、了光敏控制的位置，可对模块设置光敏控制，当输入光线较强时模块不感应。出厂默认不配备光敏控制系统，如果用户需要可自行购买安装使用。3.触发方式有两种：H为可重复触发，L为不可重复触发模式。用户可根据自身需要跳线选择，系统默认设置是H可重复触发。 A.可重复触发模式： 当系统感应输出高电平以后，在一定时间的延时时间段中，一旦系统检测到有人出现在系统的感应范围内，系统输出就会一直保持高电平，当人离开系统检测范围后系统就会延时将高电平变为低电平。 B.不可重复触发模式：当系统感应输出高电平后，在经过一定时间的延时时间后，系统输出会自动的从高电平转为低电平。4.具有感应封锁时间(默认设置：0.3秒)：系

47、统可以在感应模块输出后设置一个合适的封锁时间，在这个封锁时间内感应器收不到任何感应信号。这一个功能能够实现封锁时间和感应输出时间他们两者之间的的间隔工作，不仅如此，该功能还能够用于间隔探测产品；值得一提的是，这一功能还能够灵敏的限制负载切换过程中伴随发生的各种干扰信号。5. 系统输出高电平信号：因为是高电平信号，很多种电路都可以和该系统对接。 6.功耗很低：系统的静态电流只有60微安，即使用电器是采用干电池作为能源也能满足要求。7. 具有很宽的工作电压：工作电压范围很广，从最低DC4V一直到最高18V3.3.3烟雾传感器选择与电路设计图2-6 QM-6气敏传感器本系统所采用的气敏传感器的具体型

48、号为QM-6，如图2-6所示。QM-6型气敏传感器的电路图如图2-7所示。QM-6气敏传感器中用到的气敏材料是二氧化锡(SnO2)，这种材料在干净的空气中的导电率很低。系统传感器检测到环境中有可燃气体时，传感器的电导率就会增加，可燃气体的浓度越高，电导率增加的越多。这样一来只要应用简单的电路就能够把电导率信号的输出信号与可燃气体浓度匹配上。 QM-6这种气体传感器对很多可燃气体都很敏感，可以检测多种可燃气体，比如甲烷，丙烷等，而且可以对这两种气体兼顾的很好，因此这是一款极具性价比且功能齐全的传感器。不仅如此，QM-6型传感器还具有成本低，寿命长、驱动电路简单等诸多优点，在工业上可用于可燃气体报

49、警器，在家庭中也可以用于气体泄漏报警器，可谓应用十分广泛。图2-7QM-6气敏传感器电路图2.3.4蜂鸣报警模块选择与电路设计 蜂鸣报警模块由两部分构成，一部分是无源蜂鸣器，另一部分是ws-1080p报警感应模块。图2-8无源蜂鸣器无源蜂鸣器如图2-8所示，它有如下特征：1 在无源的内部是不具备震荡源的，因此仅仅是直流信号是无法触发它启动的。要想驱动它一定要采用1K4K的方波。 2 无源蜂鸣器的声音频率是能够控制的，可以发出一些特定的声音效果。3 某些特例中无源蜂鸣器可以和LED共用一个控制口。该电路图如图3-9所示：图2-9 无源蜂鸣器的电路图ws-1080p报警感应模块的实物图如图2-10

50、所示，1以检测周围环境的震动，灵敏度可调，工作电压为3V-4.8V，输出形式采用数字开关量输出。震动传感器开关模块选取MCE原装震动开关。ws-1080P的优点是灵敏度很高，其对环境的震动很敏感，因此常常用于检测周围环境的震动强度。Ws-1080p的工作方式是这样的：当环境的震动强度达不到其设定的阀值时， DO 口输出高电平，当环境震动强度超过了设定的阈值时，模块 D0 输出低电平。小板数字量输出 D0直接连接到单片机上，单片机能够检测出高低电平，基于此来判定环境的震动。板数字量输出 DO 可以直接驱动继电器模块，这样就能够组成一个震动开关；ws-1080p报警传感器电路图如图2-11所示图2

51、-10 SW-18011p报警感应模块图2-11 SW-18011p电路图2.3.5门磁传感器选择与电路设计门磁传感器的工作原理为：电源开关SW1打开,通电，报警器运行。当磁铁与弹簧距离比较近时，二者相吸，动、静开关片接通，系统处于预警状态。磁铁离开后，弹簧就会回到初始位置，这时候动、静触点断开，启动报警装置，IC1收到报警信号后，经R1振荡电阻，在内部产生音频信号，经信号输出端，送入VT1,进行功率放大，放大后的音频信号经升压电感耦合，变成一个较高电压的音频信号，驱动蜂鸣器发出响亮的报警信号。原理图如图2-12所示图2-12门磁电路图2.3.6语音模块本文采用的是JQ6500语音模块，JQ6

52、500 是一个提供串口的 MP3 芯片，完美的集成了 MP3、WMV 的硬解码。同时软件支持 TF 卡驱动，支持电脑直接更新 spi flash 的内容，支持 FAT16、FAT32 文件系统。通过简单的串口指令即可完成播放指定的音乐，以及如何播放音乐等功能，无需繁琐的底层操作，使用方便，稳定可靠是此款产品的最大特点。另外该芯片也是深度定制的产品，专为固定语音播放领域开发的低成本解决方案。其引脚如图3-13所示图3-13 JQ6500语音模块引脚图2.4 本章小结 本章清楚细致的介绍了智能家居安防系统的各个组成模块，一方面从总体上描述了整个系统的构架，另以方面分门别类的细致的对各个子系统做了详

53、细的介绍，包括子系统的硬件原理的介绍和硬件的选用，电路图的设计等等。最后综合分析研究出了整个系统的开发设计。 第三章 智能家居安防系统的软件设计第二章对安防系统的硬件进行了设计与选取，本章基于选取的硬件设备进行安防系统的软件开发设计。3.1 软件设计总体方案基于选取的硬件设备进行安防系统的软件开发设计。整个系统的设计方式采用低耦合高内聚的形式，这样就能够让用户从某一模块中选择特定的功能使用。整个系统包括三个子程序，分别是主程序、安全检测程序和主要功能程序。由于本系统进行程序设计时是分模块进行的，因此分别对每个功能模块的运行流程和程序设计进行说明。3.2 软件开发平台 KEILKeil C51是

54、Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（Vision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。另外，Keil C51 软件的库函数非常全面，并且可以对编译好的程序进行仿真调试。功能强大，适用于本系统开发板程序开发和设计，以下图 4-1 是 Keil C51 软件界面图。 图 4-1 Keil C51文件编

55、写界面经过数次调试，程序编译的结果最终没有警告和错误，可以使用。调试效果如图 4-2 所示：图4-2 调试效果图3.3 系统主程序设计本系统采用的驱动方式为事件驱动，同样以这个方式进入功能模块。程序运行的过程如图 4-3所示，工作步骤如下： 1系统自检和初始化后进入工作主循环，这时系统处于检测状态，等待事件触发。2系统检测到事件触发信号，根据对触发信号判断属于哪个功能子模块，调用进入相关功能模块，然后根据子程序预先设置的规则进行处理。主程序代码可参见附录1图4-3 系统主程序流程图3.4安全检测程序程序设计在系统启动后，门磁，人体红外和烟雾传感器检测过程流程图如图所示。图4-4 门磁，红外和烟

56、雾传感器检测过程流程图系统启动时，系统会自动检测环境，如果存在人传感器就会发送报警信号，发现烟雾浓度超标也会往主机发送信号。主机接到报警信号后有9s延迟期，这是为了防止因误触发传感器而重复报警，详细的程序代码可参见附录13.5本章小结基于选取的硬件设备进行了安防系统的软件开发设计，对系统每一个功能模块的运行进行了开发设计，并且进一步对软件程序完成了设计。整个智能家居安防系统软硬件设施齐全，满足测试条件，可以对整个系统进行进一步的开发测试。 第四章 总结与展望4.1总结智能家居系统整合了最新的电子信息技术，计算机处理，数据网络通讯技术等，能有效的为整个家庭提供舒适安全的服务，体现了以人为本的技术

57、理念，提高了住户的生活质量和幸福指数。本文着重研究了智能家居系统中的安防系统，他是整个系统中的重中之重。本文根据住户对整个系统的安全舒适的要求不断的对其进行分析判断，最终提出一种新型家居网络建设形势，准确的达到了用户的要求，智能家居安防系统中所有需要的功能都得以实现。经过开发和设计现已完成了系统设计工作和软件开发工作，回顾整个设计过程，有如下结论：1智能家居安防系统的是应用语音充分证明，家居网关十分重要，而且有的很大的实用性，其作为一个人家具电脑和网络数据传输模块的桥梁，不仅能将报警数据包进行长距离，稳定的传输，还可以将系统的硬件功能放到网络数据传输模块中这样就可以极大的减轻硬件设置的工作量。

58、2. 拓展系统的报警方式极大的丰富了报警的范围和内容，根据他住户就可以全方面的了解自己的居住环境，从而提高了住户的安全感，不仅如此，该系统开创性的将人脸识别报警方式整合到系统中，大大提高了安全性。3数据库对系统十分重要。智能家居安防系统会将报警信息及其附加信息同时放在数据表中，用户可以通过人机交互有好的软件界面很方便的查询检索这些数据，可以使用户的信息检索更加方便。不仅如此数据表中的附加信息也可以被用户查到，这样就可以更加方便用户对数据的选择。智能家居安防系统内部结构十分复杂，本文基于现有的家居安全防范系统做了一些探索性的创新，并且证明了当有突发情况时录制视频并且运用数据库技术进行信息管理的方

59、案的可行性。为当今智能家居安防系统的创新和开发提供了一种新的方法和思路。但是即便该系统已经在实验室进行了测试并且通过了，而且在一定程度上可以应用于实际中，但是该系统还有很多方面不是很成熟，软件的开发工作和硬件的拓展工作还不完善，因此，现阶段还不能推向市场。而且该系统的研究和开发远远没有结束，在系统机制的改进及报警信息的联系之间还有很多工作要做，但是我相信智能家居安防系统将来一定可以得到重视，并且高速发展，最终形成一个具有一定规模的产业。4.2展望智能家居安防系统是智能家居的重要组成部分，住户对这一问题也十分的关心，通过我们设计开发的安防系统住户可以清楚的感知到周围的环境，提升自己的居住体验和安

60、全感，提升住户的幸福指数。智能家居安防系统不仅可以节约社会资源，还可以提升人们的生活品质，这不仅是智能家居系统的发展方向，也是软件开发和硬件开发的终极目标。接下来根据智能安防系统最终应该具备的应用进行简单的介绍。（1）家居安防应用是整个智能家居系统中最重要也是需求最大的部分，毕竟安全是第一位的，这也是整个系统的出发点。家居安防系统可以在控制器中接入各种感应器探测各种不安全的因素，然后通过网络向住户的其他移动终端发送危险信号。大大提升了住户环境安全等级。这个应用首先要解决的一个问题就是如何判断进入环境中的人是好人还是坏人？随着人脸识别，指纹识别等技术越来越成熟，在不久的将来，这问题一定会得到解决