【正文】 設(shè)計(jì)總要求 此項(xiàng)目的最終目的是：實(shí)現(xiàn)智能化的家庭安全防護(hù)。近幾年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)的普及，尤其是無(wú)線識(shí)別技術(shù)（RFID）、紅外傳感技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)的發(fā)展，以一種智能化的居家安全系統(tǒng)勢(shì)必要取代傳統(tǒng)的家庭防盜網(wǎng)，同時(shí)也是火災(zāi)等緊急情況時(shí)家庭人員逃生的需要。下面是基于物聯(lián)網(wǎng)的平安家居的效果圖： 物聯(lián)網(wǎng)實(shí)物模擬效果圖在這個(gè)系統(tǒng)的效果圖中，核心是以一臺(tái)搭載linux 操作系統(tǒng)的主機(jī)，內(nèi)嵌TinyOs的節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)，該主機(jī)外置無(wú)線信號(hào)的發(fā)射路由。模擬實(shí)例：比如：當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧，并將檢測(cè)的信號(hào)，發(fā)射給家中的主機(jī)，家中的主機(jī)接收到信號(hào)以后，一方面將此次煙霧報(bào)警的信號(hào)，通過(guò)3G信號(hào)傳輸?shù)街魅说闹悄芤苿?dòng)終端上，同時(shí)，自身在自己處理器的控制下，相繼要實(shí)現(xiàn)切斷家中重要電源（部分重要設(shè)備。： 煙霧自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警流程示意圖 硬件要求1 供能裝置通常，傳感器節(jié)點(diǎn)使用電池供電，這使得節(jié)點(diǎn)更容易部署。但實(shí)際上，由于電壓的變化、環(huán)境變化等多種因素，電池的容量并不能被完全利用。例如，在太陽(yáng)光直射的情況下，一平方英寸的太陽(yáng)能板能提供10 mW的電能；而在室內(nèi)開(kāi)燈的情形下，一平方英寸的太陽(yáng)能板能夠提供10~100 mW的電能。使用可再生能源的最關(guān)鍵的技術(shù)是如何儲(chǔ)存能量，一般有兩種技術(shù)。另一種比較新的技術(shù)是使用超電容。例如明尼蘇達(dá)大學(xué)開(kāi)發(fā)的TwinStar平臺(tái)，利用太陽(yáng)能板收集太陽(yáng)能，利用超電容存儲(chǔ)電能，使用超電容存儲(chǔ)的最大挑戰(zhàn)是電容的自放電很大，尤其在接近滿電容的時(shí)候。2傳感器隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，有很多的傳感器可供節(jié)點(diǎn)平臺(tái)使用，有相對(duì)簡(jiǎn)單的光傳感器、溫度傳感器、也有比較復(fù)雜的二氧化碳傳感器等。通常，處理器通過(guò)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)兩種方式與傳感器進(jìn)行交互。這些模擬量必須先被數(shù)字化才能被使用。而基于數(shù)字信號(hào)的傳感器本身提供了數(shù)字化的接口，因此處理器可以直接讀出感知信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，簡(jiǎn)化了處理器與傳感器之間的交互。主人也可以用自己的智能終端控制家中的主機(jī)，命令主機(jī)發(fā)送指令給CMOS相機(jī)采集新的家中實(shí)時(shí)圖像，用以作對(duì)比。錄制完成的視頻將以錄像文件的形式，保存在主機(jī)硬盤(pán)中?！?000 μm。紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來(lái)的紅外線越多，輻射的能量就越強(qiáng)。因此可是使用紅外傳感器來(lái)測(cè)得房間內(nèi)的物體。它可以根據(jù)探測(cè)到的環(huán)境中紅外線數(shù)值的變化，鎖定入侵者的位置，并進(jìn)行跟蹤實(shí)時(shí)拍攝。 它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅241，電離產(chǎn)生的正、負(fù)離子，在電場(chǎng)的作用下各自向正負(fù)電極移動(dòng)。一旦有煙霧竄逃外電離室。本系統(tǒng)的煙霧檢測(cè)模塊采用的是MC14468離子式煙霧檢測(cè)報(bào)警芯片，該芯片探測(cè)靈敏度高，成本較低，適合于家庭安全防衛(wèi)的需要。目前，微處理器芯片同時(shí)也集成了內(nèi)存、閃存、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字I/O等。 功耗特性微處理器的功耗特性是一個(gè)十分關(guān)鍵的特性，決定了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)生命周期。在其他大部分的時(shí)間處于休眠狀態(tài)。一般的微處理器的睡眠電流為1~50μA。 喚醒時(shí)間處理器的另一個(gè)關(guān)鍵特性就是它的喚醒時(shí)間。喚醒時(shí)間越短，進(jìn)行狀態(tài)切換的速度就越快。 供電電壓~，~。以常見(jiàn)的AA堿性電池為例，~3V的電壓范圍內(nèi)正常工作，則節(jié)點(diǎn)能工作300h；~3V的電壓范圍內(nèi)正常工作，則節(jié)點(diǎn)能工作680h。其中大部分的操作對(duì)處理器速度并沒(méi)有很高的要求。 內(nèi)存大小通常在節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行的程序?qū)?shù)據(jù)存在內(nèi)存（RAM）上，而將程序代碼存在閃存（Flash）上。4智能終端智能終端，是隨著主人的移動(dòng)而移動(dòng)的，主人利用智能終端可以實(shí)時(shí)的了解當(dāng)前家中的信息。智能終端已經(jīng)從最早的個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA發(fā)展到現(xiàn)在的種類繁多的、功能強(qiáng)大的多信息設(shè)備的集合。一般來(lái)說(shuō)，個(gè)人計(jì)算機(jī)在機(jī)型上分為桌面型計(jì)算機(jī)（臺(tái)式機(jī)）與筆記本電腦兩大類；在系統(tǒng)上分為國(guó)際商用機(jī)器公司（IBM）的IBM PC/AT系統(tǒng)和蘋(píng)果公司所開(kāi)發(fā)的麥金塔系統(tǒng)（MAC）兩大類。目前個(gè)人計(jì)算機(jī)常見(jiàn)的操作系統(tǒng)有DOS、WINDOWS、 LINUX等。這種手持設(shè)備集中了計(jì)算、電話、傳真和網(wǎng)絡(luò)等多種功能。還可以瀏覽網(wǎng)頁(yè)，收發(fā)電子郵件、發(fā)傳真、甚至還可以當(dāng)成手機(jī)來(lái)使用。節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：其硬件平臺(tái)資源極其有限。其中橫軸表示操作系統(tǒng)占用的數(shù)據(jù)內(nèi)存的大小，縱軸表示操作系統(tǒng)占用的程序的大小。這有別于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)。TinyOS是目前無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域使用最為廣泛的操作系統(tǒng)。nesC語(yǔ)言是專門(mén)為資源及其有限，硬件平臺(tái)多樣化的傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。 無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展與成熟 3G/4G無(wú)線傳輸技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用在3G網(wǎng)路中，數(shù)據(jù)的傳輸首先是多元的，視頻信息、數(shù)據(jù)流、音樂(lè)電影等多媒體數(shù)據(jù)都可以輕松、高質(zhì)量的完成傳輸；其次是傳輸?shù)募磿r(shí)性，無(wú)論從室內(nèi)相對(duì)固定環(huán)境下地2Mb/s的傳輸速率，還是室外快速移動(dòng)環(huán)境下的144Kb/s的傳輸速率，中小數(shù)據(jù)都可以完成及時(shí)且完整的傳輸；在全面的基站覆蓋率下，信息的地域性也可以很好的解決，尤其是對(duì)于一些很難建立起Wifi等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的惡劣環(huán)境下，利用手機(jī)信號(hào)傳輸是很好的選擇。所謂移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，就是將移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)兩者結(jié)合起來(lái)，成為一體。對(duì)于未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展龐大的3G用戶群是不可或缺的，而且3G的許多便捷服務(wù)更是物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)最基本的平臺(tái)。因此在人們期待第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)所帶來(lái)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時(shí)，第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)的最新技術(shù)也在實(shí)驗(yàn)室悄然進(jìn)行當(dāng)中。 4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號(hào)上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對(duì)于無(wú)線服務(wù)的要求。此外，4G可以在DSL和有線電視調(diào)制解調(diào)器沒(méi)有覆蓋的地方部署，然后再擴(kuò)展到整個(gè)地區(qū)。很顯然，在移動(dòng)技術(shù)發(fā)展迅速的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展一定擁有高效高速的無(wú)線通信保障?，F(xiàn)階段，在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，以無(wú)線射頻技術(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛，也是最成熟的一個(gè)部分。目前，各大小區(qū)的門(mén)禁系統(tǒng)就是一個(gè)很好的應(yīng)用。射頻識(shí)別技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。利用無(wú)線電波進(jìn)行雙向通信的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，完成識(shí)別工作時(shí)無(wú)需人工干預(yù)，適于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化且不易損壞，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)射頻卡，操作快捷方便。當(dāng)天線在芯片的作用下，形成感應(yīng)電流，觸發(fā)系統(tǒng)啟動(dòng)工作。 藍(lán)牙、無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)與zigbee藍(lán)牙，是一種支持設(shè)備短距離通信（一般10m內(nèi)）的無(wú)線電技術(shù)。利用“藍(lán)牙”技術(shù)，能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信，也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無(wú)線通信拓寬道路。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps。個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（PAN）和無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（WPAN）在這個(gè)背景下產(chǎn)生。與WLAN相比，LRWPAN只需很少的設(shè)備，甚至不需要基礎(chǔ)設(shè)施。Zigbee的通信速率要求低于藍(lán)牙，但要求用電池供電，在不跟換電池的情況下可連續(xù)工作幾個(gè)月。同時(shí)，zigbee網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)數(shù)量、覆蓋規(guī)模比藍(lán)牙技術(shù)支持的網(wǎng)絡(luò)大的多。Zigbee的傳輸距離為10~75米。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐模塊就是無(wú)線傳輸模塊，在基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸與通信是前提和保障。平板電腦（英文：Tablet Personal Computer，簡(jiǎn)稱Tablet PC、Flat Pc、Tablet、Slates），是一種小型、方便攜帶的個(gè)人電腦，以觸摸屏作為基本的輸入設(shè)備。用戶可以通過(guò)內(nèi)建的手寫(xiě)識(shí)別、屏幕上的軟鍵盤(pán)、語(yǔ)音識(shí)別或者一個(gè)真正的鍵盤(pán)（如果該機(jī)型配備的話）。平板式電腦集移動(dòng)商務(wù)、移動(dòng)通信和移動(dòng)娛樂(lè)為一體，具有手寫(xiě)識(shí)別和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信功能，被稱為筆記本電腦的終結(jié)者。平板式電腦本身內(nèi)建了一些新的應(yīng)用軟件，用戶只要在屏幕上書(shū)寫(xiě)，即可將文字或手繪圖形輸入計(jì)算機(jī)。 系統(tǒng)模擬框圖系統(tǒng)中的各個(gè)模塊是獨(dú)立的整體，例如紅外傳感器執(zhí)行自己的任務(wù)，對(duì)整個(gè)房間進(jìn)行不間斷的紅外探測(cè)；煙霧傳感器的任務(wù)是檢測(cè)房間內(nèi)的可燃性氣的、煙霧是否處于安全值范圍內(nèi)，CMOS相機(jī)設(shè)置的目的是實(shí)時(shí)記錄房間內(nèi)的動(dòng)態(tài)影像。但是整個(gè)又需要有機(jī)的統(tǒng)一，才能真正發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的效果。系統(tǒng)同時(shí)命令CMOS相機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的圖像采集，采集到的圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)wifi傳輸?shù)街鳈C(jī)中，主機(jī)通過(guò)移動(dòng)3G技術(shù)，將實(shí)時(shí)的圖像信息傳輸?shù)街魅说闹悄苁謾C(jī)中。3. 2 圖片獲取模塊在圖片獲取模塊中，cmos相機(jī)的主要任務(wù)就是不間斷的進(jìn)行圖片的獲取、處理與實(shí)時(shí)傳輸,： 煙霧處理模塊示意圖CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器可通過(guò)CMOS技術(shù)將像素陣列與外圍支持電路(如圖像傳感器核心、單一時(shí)鐘、所有的時(shí)序邏輯、可編程功能和A／D轉(zhuǎn)換器)集成在同一塊芯片上。隨著CMOS 傳感器技術(shù)的發(fā)展，CMOS的品質(zhì)已經(jīng)達(dá)到CCD相當(dāng)?shù)乃健５捅惧X(qián)的CMOS取代CCD在監(jiān)控系統(tǒng)上應(yīng)用的趨勢(shì)已經(jīng)非常明顯。如下表1，是1000萬(wàn)像素的CMOS相機(jī)的參數(shù)。此過(guò)程中才用無(wú)線WiFi協(xié)議傳輸。因此，為了克服這個(gè)弊端，家庭主機(jī)會(huì)每隔一段時(shí)間命令CMOS相機(jī)采集最近的實(shí)時(shí)圖像發(fā)送給主機(jī)保存。3. 3 視頻錄制模塊視頻錄制模塊最重要的目的是實(shí)時(shí)記錄家里的影像信息，作為視頻數(shù)據(jù)保存在計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，這樣能夠方便主人在緊急情況下或者發(fā)生盜竊等特殊事件以后，作為警方偵查的依據(jù)。在整個(gè)工作的環(huán)境中，攝像頭會(huì)不間斷的對(duì)房間內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行攝像，攝像的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)線保存在計(jì)算的硬盤(pán)存儲(chǔ)器中。本試驗(yàn)中采用的是：紅外式跟蹤球形攝像機(jī)。 OSD中英文菜單，內(nèi)置國(guó)標(biāo)一二級(jí)漢字庫(kù)（GB2312）。 跟蹤速度、靈敏度、區(qū)域范圍、目標(biāo)放大倍數(shù)、目標(biāo)丟失后動(dòng)作等參數(shù)可設(shè)； 基于圖像識(shí)別技術(shù)，自動(dòng)搜尋并跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)； 采用了先進(jìn)的反射型紅外燈，發(fā)熱低、耗電少并且亮度高； 水平360176。 垂直90176。后連續(xù)監(jiān)視； 具有報(bào)警輸入、繼電器輸出和密碼保護(hù)功能； 產(chǎn)品型號(hào)KRTI1801SLXX(外型)KRTI2201NXXKRTI2301NXXKRTI2601NXXKRTI2701SLXX信號(hào)制式PAL/NTSC（可選）產(chǎn)品型號(hào)KRTI1801SLXX(外型)KRTI2201NXXKRTI2301NXXKRTI2601NXXKRTI2701SLXX圖像傳感器1/4英寸彩色CCD水平解析度480線/540線視頻輸出177?！?00176?！?40176?！?60176?！?2176。相比傳統(tǒng)的紅外燈可控光源更多,亮度也更高。3. 4 人體檢測(cè)模塊 熱釋電紅外傳感器紅外輻射探測(cè)器（），在自然界，任何高于絕對(duì)溫度（ 273度）時(shí)物體都將產(chǎn)生紅外光譜，不同溫度的物體，其釋放的紅外能量的波長(zhǎng)是不一樣的，因此紅外波長(zhǎng)與溫度的高低是相關(guān)的。 紅外傳感器內(nèi)部電路圖根據(jù)被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10微米左右的紅外線而進(jìn)行工作的。紅外感應(yīng)源通常