智能家居系统安防系统设计毕业论文Word文档下载推荐.docx

智能家居系统安防系统设计毕业论文Word文档下载推荐.docx

《智能家居系统安防系统设计毕业论文Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能家居系统安防系统设计毕业论文Word文档下载推荐.docx（57页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

日期：

2020年04月12日

摘要

随着物联网技术的日益成熟，智能家居作为该领域的新兴产业，体系也在逐渐完备。

智能家居体系通过物联网高新技术连接家用的设备终端，对家用电器进行控制、监控及管理，如家电终端控制、照明系统管理、防偷窃报警管理、火灾监控管理等。

较传统家居而言更有优势，智能家居不仅拥有网络通信、信息家电、智能设备还能提供全面的设备远程控制、信息交互等功能，不仅较大水平提升了用户体验的同时，还能够节省许多资源资金的浪费。

本设计针对家居安防管理，设计了一款基于STM32单片机打造的智能家居安防控制系统，用户使用智能家居安防控制系统的时候，智能家居自动的为家庭提供一个智能化报警的功能，当住宅内的红外、火焰、烟雾异常或者外来入侵时，能自动的给住户提供蜂鸣器、led灯报警功能，构建一个高效的住宅设施管理系统，提升人们家居的安全性。

关键词：

智能家居、安防系统、安全性。

SmartHomeSystemSecuritySystemDesign

Summary

WiththematurityofInternetofthingstechnology,smarthomeasanewindustryinthisfield,thesystemisgraduallycomplete.Thesmarthomesystemconnectsthehomeequipmentterminalsthroughthehigh-techoftheInternetofthingstocontrol,monitorandmanagethehomeappliances,suchasthehometerminalcontrol,lightingsystemmanagement,anti-theftalarmnotice,environmentalmonitoringmanagement,etc.Comparedwithordinaryhome,smarthomehasthefunctionsofnetworkcommunication,informationhomeelectrification,equipmentautomation,providingall-roundequipmentremotecontrol,equipmentinformationinteraction,etc.,whichnotonlygreatlyimprovestheuserexperience,butalsosavesalotofresourcesandfunds.However,thesafetyproblemshouldbethefirstoneunderthelivingenvironment.Whilestudyinghowtoimprovethehappylifequalityofsmarthome,weshouldalsopayattentiontothesecurityistheprimaryfunctionofsmarthome.

Thisdesignaimsathomesecuritymanagement,anddesignsasmarthomesecuritycontrolsystembasedonSTM32single-chipmicrocomputer.Userscanautomaticallyprovideanintelligentalarmfunctionforfamiliesbyusingthesmarthomesecuritycontrolsystem.Whentheinfrared,fireandsmokeinthehouseareabnormalorforeigninvasion,itcanautomaticallyprovidethehouseholdwithbuzzerandLEDalarmfunctionCan,buildanefficientresidentialfacilitiesmanagementsystem,improvethesafetyofpeople'

shome.

Keywords:

smarthome,securitysystem,security.

1前言

智能家居安防系统是集传感技术、网络通信技术、自动控制技术等多种技术为一体的综合应用。

从安全防控的角度来看，该系统可实现家居安全防控报警点的布防，采用严密的逻辑计算；

同时自动的在遇到紧急时进行自动报警，提醒使用者尽快的处理危险情况。

1.1本设计在国内外的发展概况及存在的问题

1.1.1智能家居国内外发展历史

智能家居可以通过不断进步的长周期来开发。

智能家居的起源是1915年到1920年之间。

向家人引进机器的目的是解决家庭劳动力不足的现状。

这是家庭初次应用电力技术。

从那以后，智能家居的时代开始了。

1939年，每周的热门频道报道“未来的家电”，厨房机器写着：

当你做饭的时候，还可以通过机器接收短波收音机的频率，所以当你做饭的时候，你可以获得到新闻咨询。

1870年代开始了自动化。

那时的系统是非常简易的系统。

系统在家庭中使用了电线来建立各种家电设备之间的连接。

但是，这个系统很轻易就能够被电波干扰。

系统是靠布线来完成的，于是尚不实用。

1984年，创建了智能家居的开发基础。

美国建设者协会成立了一个名为“SmartHome”的特别兴趣小组，倡导“技术”和“家庭设计”相结合的设计概念；

一些人也呼吁这个概念是由“计算机化建筑”结合计算机控制和建筑设计。

2000年以来，智能家庭的概念得到了广泛的介绍，我们的居住者为了能够理解智能家庭的概念，在我们国家已经被公开，新世纪的我们将进入智能家庭的新时代。

其中，广播、电视、报纸、杂志等多媒体做出了巨大贡献，达成了今年的目标。

相当多的居民接受了智能家居的概念，每个社区的开发人员都或多或少地被认为是住宅设计阶段的智能设施，一些高端住宅社区被相对完善的智能家居网络所映射。

2001年是钻研开发的主要的一年。

过去在中国作为类似产品（彩色电视、VCD、DVD播放器等）的开发，一部分海外产品开始被国内先进技术公司所引进，这些产品都被应用在少数的高端建筑里。

但是，由于智能家居体系没有通用的接口标准，所以很大的程度限制了智能家居物联网技术的发展。

从2002年到2003年，随着宽带网络的兴起，有很多高端住宅区和民间住宅开始引入并应用。

它为智能家居的网络环境提供的便利条件，这样一些国内本土的智能家居产品逐渐进入人们的视线，同时有不少的国外关于智能家居的系统及产品慢慢的进入国内市场。

在竞争之下，中国自主开发并参考国外智能家居系统的各种标准与要求，进行本土化制定，可接入物联网的各种智能终端产品（智能家电/设备），同时将依据这些标准逐步完善智能家居体系，并逐步进入市场。

自此，智能家居体系逐步构建完成。

从2003年到2004年，智能家庭网络系统在中国小面积普及并广泛使用了2年。

我国开发的系统比较成熟，具有与外国系统和产品竞争的能力。

大部分新建的房屋和共同体都配备了特定的智能设备。

从2003年到2004年，智能家庭网络在欧美广泛使用，市场上出现了许多可连接到因特网的终端设备。

由我们国家设计的、制造的家电设备也有相当大的规模。

中国的智能家庭网络市场逐渐走向成熟。

到2005-2007年，我们国家将完全普及智能家庭网络系统和产品，进入普通居民家。

在此期间，整体的市场和由我们国家研发的智能产物所安排。

外国产品占据了高端系统产品的一些特点，形成了真正的智能家庭网络市场。

从2009年到2016年，国内媒体开始讨论金融危机的影响。

从家具产业到家庭整体产业，没有受到多大影响。

智能家庭显示了多头的开发趋向。

我国为了撑持智能家居市场的发展发布了各项政策为智能家居的成长供给了壮大的后方支援。

萌发了“云+端”的智能家居模式，即采取了一个位于互联网中基于云计算技术的办事平台，此办事平台供给了公共必要的各类生活功能。

2016~2020年，在市场规模方面，StrategyAnalytics公布的《2018年全球国家智能家居市场预测》，2017年，全球智能家居市场规模足足840亿美元，2018年全球智能家居消费额几乎为960亿美元，智能家居市场规模呈高速增长态势。

全站财产研究院公布的《中国智能家居行业市场前瞻与投资计划陈述》显示，2016年中国智能家居市场规模大605.7亿元，2020年前中国将成为亚洲区域最大的智能家居市场。

1.1.2国外研究现状

智能家居体系是由美国最先提出,早在20世纪80年代初,因为电子技术的成长,呈现了“家庭自动化”这一概念。

制造了一个体系化毗连家用电器、安防设备等进行,用机械化的操控来代替人力操控。

随后，八十年代末,为了能够提升系统的可监控性,可操作性,“智能家居”的理念才被提出。

依靠着家用电与自动化、计算机等现在技术的飞速成长这一前提，智能家居的才展现了它惊人的潜力,近几年由于无线传输技术、通信技术的革新,智能家居愈发信息化、程序化的迅速成长,才能够使智能家居系统内信息实时、准确、快捷的交流与传通,逐渐将机械化慢慢的被信息化、数据化的控制所取缔。

在二十世纪八十年代中期,是智能家居由抽象走向实际的新的时代。

它采用智能家居的系统化、通讯化的理念用于建造城市建筑CityPalaceBuilding，设计了设备监控与各种通讯服务，自此世界才建造出第一代智能大厦，是真正意义上的智能家居大厦。

Iphone公司研发了一款叫做“HomeKit”的智能家居产品，在软件和硬件设备上充分发展，整合了语音控制等技术，实现了“人类计算机交流”，提高了用户的生活水平。

新加坡甚至启动智能家居系统，包括安全报警功能、视频通讯功能等多种功能，之后欧盟、日本和其他国家开始了智能家居研究开发的道路。

在这些国家，智能家庭系统在全国普及，并在各种级别的大厦中广泛普及，形成了在全国普及的一般统一标准。

例如，连接家庭火灾警报系统和公共监控系统。

如果发生紧急事故，他们可以迅速准确地锁定来源，采取措施提高先发制人的效率，同时减少损失。

目前，在世界范围内，欧洲、美国、日本、新加坡等智能家居系统较为成熟完善，在中国的利用率相对较高。

1.1.3国内研究现状

近几年来，国内许多知名企业在智能家居研究方面都开始有起色，这也是社会的一个发展趋势。

有多家知名手机厂家和多家知名电器生产厂家已经发布了多种智能家居产品，通过语音指令来达到操作智能家居，不需要通过移动设备来控制，相比较而言更加的便捷、灵活，但同时也有一定的缺陷，在复杂的语音环境下会使得AI音箱对命令接受的精准度有一定的影响，并且可操控范围有一定的局限性。

目前许多写字楼都有应用智能家居，例如智能门禁系统、智能梯控系统、智能中央空调系统等。

在各类的工厂里面也有比较多的智能化的应用，例如安防安检、烟感报警等系统，但是要想要在普通住宅小区应用到智能家居系统，还是需要有很长一段路要走的，目前整体的家居市场还有不少的弊病存在。

因为技术研发的高昂成本以及技术本身的复杂性，所以目前这方面的应用范围也仅仅存在于部分的高档小区里面，对于国内的普通住宅，设施都比较基础，普及性和可实施性都比较弱,总的来说，国内还处于还处于智能家居研究的起步阶段。

在国内，智能家居系统由于刚起步还未成体系，并未制定出行业统一规范标准,开发商之间的产品，无法拥有统一接入标准，都是基于自己的产品网络来组建智能家居系统，大大的缩小了使用范围，客户不能够按照自己的需求来随意定制，所以就还是停留在了概念上。

1.1.4智能家居不足之处

虽然国内智能家居还处于起步阶段，但是国内市场对智能家居的需求目前已经进入了爆发期，但是智能家居要进行普及还是不太现实，消费者对智能家居产品的体系不满意的比例高达87.5%。

即使智能家居市场潜力巨大，但是目前消费群体仅限于部分高端人群，还有些试点的高端建筑。

很明显，还是因为智能家居的依然存在大量的不足，导致无法处理初级用的痛点，无法让用户形成使用习惯，总结下来有以下6点不足。

分别是缺乏统一标准、没有形成商业模式、形式大于实质、部分硬件技术尚未成熟、存在安全隐患问题、系统运行不稳定，售后服务缺失。

1.2安防系统设计的主要目的与意义

本文的研究目的是设计一种价格低廉、高可用性、高有效性的智能家居安全系统，系统内容包含室内温度感知、防火烟雾控制、人体红外检测、蜂鸣器报警等功能。

在这个快速发展的时代，提高智能家居系统在社会的普及率是很有必要的。

如果能成功的打造智能家居系统的应用，将能够有效的开拓物联网应用市场，同时能够家居生活更安全，让社会更和睦，有助于社会进步发展；

从保护家人安全、家庭及个人私有财产的角度来分析，当家庭发生危机时如火灾、煤气泄漏、家居盗窃的情况，智能家居做到安全的防控是可能的。

此外，对逮捕因盗窃罪的犯罪分子提供及时有效的支持，减少与抢劫有关的治安事件的发生，促进社会治安和谐发展。

基于理论研究的重要性，本系统设计基于自动报警技术发展和应用提供可参考的素材、可应用的实例。

1.3本设计应解决的主要问题

第一个问题，模块的选用与论证；

第二的个问题，硬件部分电路连接；

第三个问题，软件部分设计；

第四个问题，环境检测与无线报警模块；

第五个问题：

传感器的安装与环境监测；

第六个问题，系统功能的实现与测试。

2本设计

2.1总体设计

本系统主要实现的功能包括智能门窗防盗、火灾监测系统、烟雾浓度显示系统、报警系统。

基于以上所提，系统整体需求如图2.1所示：

图2.1系统整体功能模块的需要

智能家居安防系统运用了逻辑进行判断控制，可以防治系统失误导致错误报警。

与此同时，系统能够自己确认报警信息，不需要人来操控，做到了真正的智能。

它可以为使用此系统装备的住户保障基本的安保和报警功能，使用了传感器、智能家庭控制体系以及控制系统等组成。

并且还拥有强大的适应性及兼容性能够兼容许多功能，做到与普通家居更安全的功能，在设置自己的控制器的基础上，可以完成各自的监控。

2.1.1红外监控系统

家居门窗上安装有红外对管，用来防止未知人员从窗户侵入家居。

该系统如果一个未知身份的人体非法入侵，安装在数字门上方的红外热释电传感器感应后，触发了使门禁设备主动发射的命令信号，蜂鸣器响、LED亮报警。

2.1.2火灾监控系统

在所有的房间都安装上了烟雾传感器，对即将发生的火灾蜂鸣器响，发出预警通知,合理布置火灾探测器节点,防止盲点的出现地遏止火灾发生，并在LED显示屏显示烟雾浓度。

2.2方案选择

2.2.1处理器选择

STM32F103作为核心处理器，是一款价格相对较为低廉，并且在单片机领域使用广泛，能够兼容许多处理器，并且诶处理性能可达到本次要求，是一个能够进行嵌入实时处理系统的核心芯片。

具体功能在表2.2.1体现。

表2.2.1STM32F103功能表

内部结构

特点

电源

2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。

复位与时钟控制

集成4-16MHz的晶振，内嵌出厂前调校的BMHzR振荡电路。

内部40kHz的RC振荡电路。

通信接口

2个SPI同步串行接口，2个IIC接口，多达3个USART接口，1个USB2.0全速接口，1个CAN接口。

定时器资源

3个16位定时器。

2个看门狗定时器（独立和窗口）。

Systick定时器:

24位倒计数器。

内核

ARMCortex-M332-bitCPU，最高频率为72MHz，1.25DMIPS/LVIFIz,0等待周期的存储器，单周期乘法和硬件除法。

I/O端口

有51个通用的I/O端口。

2.2.2传感器选择

采用红外对管，灵敏度较强，如果接受到了非正常的信号时可立即产生对应的措施，能够检测使做到范围和角度较大的水平；

安装无误的话，具有一定的可靠性，常见的误差很少；

并且还有体积小，可隐藏性的特点，不会安装后影响家具外观美观性；

低耗，成本低，不会出现购买不到的情况。

MQ-2烟雾传感器作为火灾、爆炸预防系统的核心部件，不仅灵敏度高，还能够迅速的察觉安全的问题；

具有反应快的特点，能够迅速反应后产生报警讯息，减少危机潜伏的空间，接触危险；

还拥有使用寿命长的特点，不用经常取下来更换，避免不必要的麻烦。

选择蜂鸣器作为报警模块，具有使用寿命长的特点、并且只要使用得当，可靠性高,,是一个几乎能够永久使用的器件，不会产生飞弧或者射频噪声之类的问题,不容易干扰其他设备的工作，不会因安装的失误而引发的较大的电路问题，用电子线路控制,所以能发出声音响亮清脆,不易被其他的杂音所覆盖，而且消耗电流小，更加的环保节能。

选用LED小灯泡，节能且长寿。

寿命可达10万小时以上。

使用OLED显示屏，结构单纯、简单、反应速度快。

3硬件设计

3.1控制器介绍

本设计中采用STM32开发板，选择STM32F103作为MCU，是一款功能近乎完美的控制器，是由意法半导体公司设计的以ARMCortex-M为内核、主频是72MHz，RAM为20K字节的32位、FLASH为64K字节的控制器。

他拥有64kB的静态随机存取存储器、512kB的FLASH、两个basic的定时器、四个通用的定时器、两个高级的定时器、两个SMA控制器、三个串行外设接口、两个总线协议以及五个串口，还有一个通用串行总线、一个控制器局域网络、三个12位ADC、一个12位DAC、一个SDIO接口、一个FAMC接口。

具有串口多、功能强大的特点。

STM32芯片的最小系统电路图如图3.1.1所示。

图3.1STM32最小系统

3.2控制器的选择

选用了STM32，许多学习单片机的人都会选择使用STM32芯片，由于需求决定了市场的利润以及市场，所以使得STM32越来越多的应用空间。

并且STM32的价格低、性价比高，同时资源丰富，相对的空间容量大，能够满足当前几乎全部的应用需求。

由于使用的范围多，所以现在STM32发展迅速，应用范围也愈来愈多。

在同等的要求下，STM32的可以承载选择的功能很多，并且不需要话太多的花费，一个调试器的价格无非也就几十块，这就是为什么SYM32能够在单片机领域如此风靡的原因，因为同样一个单片机，如果价格贵的话，购买这一类的单片机芯片的客户就会变少，所以，本文选择用STM32芯片来设计智能家居安防系统是一个经济实用并且有研究价值的方案。

图3.2STM32实物图

3.3硬件设计原理图

本文为了完成目标的功能需求，设计了以下硬件设计原理图，如图3.3所示。

图3.3硬件设计原理图

3.4环境监控模块

在环境监测模块里，包含了两个功能红外监测、烟雾报警，则需要分别使用红外传感器、烟雾传感器来处理。

想要时时采集本地红外、烟雾信息，需要通过I/O口连接单片机微处理器，单片机一次性获得传感器数据，环境监测部分主要包括两个功能：

如果家人不在屋内时有外来入侵者，会立刻被红外检测传感器监测到，蜂鸣器会报警；

如果屋内环境空气中有过高浓度的烟雾会被MQ-2烟雾监测传感器立即发现，蜂鸣器会报警，达到火灾预警的作用。

如果这两个传感器中有异常状况的信息也会传输给LED的输入输出端口，使LED工作，并且oled显示屏会显示当前烟雾浓度，让用户第一时间知晓安全隐患并做出应急措施。

具体程序设计流程图见图3.4.1。

数据采用校验和方式进行检验，有效地保证数据传输的准确性。

图3.4环境监测系统程序流程图

3.4.1烟雾监测模块

本设计中烟雾监测传感器主要用于监测家中是否有可燃气体的危险或火情，原理图如图3.4.1所示：

图3.4.1烟雾监测传感器电路原理图

MQ-2模块中烟雾传感器传感器与PA1引脚相连,直接将传感器与STM32的引脚的互通。

通过调节器选定临界浓度后,若传感器周围的可燃气体或者烟雾浓度不超过设定浓度，报警系统不工作；

当检测到的气体或烟雾浓度超过限定浓度后,DO口输出高电平,并通过PC4引脚发送信号给予处理器处理，报警系统工作。

MQ-2实物图如图3.4.1所示。

图3.4.1MQ-2实物图

3.4.2红外监测模块

本设计中红外监测传感器主要用于监测家中是否有可疑人员触摸，原理图如3.3.2所示：

图3.4.2红外检测传感器电路原理图

红外对管选用PA8作为数据传输引脚，直接将传感器的DO口与单片机的引脚链接。

若有人体接近红外对管，传输信息至处理器处理，报警系统工作；

若没有异常人员触摸，则DO口输出低电平，系统不报警。

红外对管实物图如图3.4.3所示。

图3.4.3红外对管实物图

3.4.3报警模块

以下图3.4.3为蜂鸣器的电路原理图，3.4.4为蜂鸣器实物图。

电源打开时，每个传感器如果监测到非正常情况时将数据传送给STM32芯片处理后，芯片通过信息分析数据给蜂鸣器的输入输出接口发送电平信号，此时三极管接地并且导通，电流通过的时候使蜂鸣器工作发出报警声，当连接蜂鸣器的I/O口输入是低电平的时候，三极管不能导通，使蜂鸣器无法工作停止报警。

图3.4.3蜂鸣器电路原理图

图3.3.4蜂鸣器实物图

本报警系统中采用的是蜂鸣器。

蜂鸣器由用来震动的膜片和用来产生磁场电磁线圈以及磁铁和外壳构成。

蜂鸣器通电后，电磁线圈内部流过电流切割磁感线形成磁场，振动膜片随之产生AC信号不停改变方向，使得线圈中有正向电流（定义为吸引膜片方向）通过的时候，磁场中的电磁线圈周围产生磁场以震动膜片来震动；

当有反向电流通过线圈的时候，产生于膜片相反的磁场以排斥膜片，在交流信号的驱动下，膜片做往复运动以至于震动发声。

4软件设计

4.1编程软件

本文使用了KeilμVision5，是当前较为完善且新颖与Cortex-M3微型开发板配合的编译工具。

程序可移植性强。

是目前在嵌入式系统开发应用中使用最广泛的编译软件之首。

此软件在行业中受到了大量用户的追捧,它拥有着强大而且现代化的编译工具，使得在嵌入式单片机开发过程中能够得心应手,程序员可以在线使用CC++语进行方便快速的调试,是重要的开发利器。

比如51系列单片机原本就是最初版本的Kilv1sion2创建的。

本系统的软件设计主要是单片机开发板上各个功能模块的设计，本设计使用Keil软件进行编程、仿真和调试，实现了灯光照明调试、温湿度监测、视频监控等各个模块的功能。

首先，相对系统进行初始化，主要对进行I/O口进行初始化以确保硬件链接的稳定性；

然后进入监测函数，通过监测函数进行数据采集，最后再将采集到的数据进行传输。

4.2环境监测模块

包括红外监测模块火灾报警模块。

传感器采用单总线数据格式，即引脚端口为输入输出的双向传输功能。

环境监测模块分为两个模块，红外对管为家中监控无人时是否有可疑人员非法入侵，以