【正文】 ，是產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的必經(jīng)階段。物聯(lián)網(wǎng)在城市公共安全、工業(yè)安全生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)控、智能交通、智能家居、公共衛(wèi)生、健康監(jiān)測等多個領域的廣泛用途也意味著需要各行各業(yè)的合力做多，跨行業(yè)之間的產(chǎn)業(yè)鏈合作成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然。具體側(cè)重點是 通過紅外傳感器、煙霧傳感器、視頻設備、門禁設備等關鍵的檢測設備結點，加上網(wǎng)絡服務平臺、家庭主控計算機系統(tǒng)等的一些關鍵技術的使用和研究，形成一整套自動化的管理系統(tǒng)。 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 7 頁 第 二 章 項目系統(tǒng)概述 項目設計總要求 此項目的最終目的是 ：實現(xiàn)智能化的家庭安全防護。近幾年來，隨著科技的進步和計算機的普及，尤其是無線識別技術（ RFID）、紅外傳感技術、無線傳輸技術的發(fā)展，以一種智能化的居家安全系統(tǒng)勢必要取代傳統(tǒng)的家庭防盜網(wǎng)，同時也是火災等 緊急 情況時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： 在這個系統(tǒng)的效果圖 中，核心是以一臺搭載 linux 操 作系統(tǒng)的主機， 內(nèi)嵌TinyOs 的節(jié)點操作系統(tǒng)， 該主機外置無線信號的發(fā)射路由 。 模擬實例： 比如：當煙霧傳感器檢測到煙霧，并將檢測的信號，發(fā)射給家中的主機，家中的主機接收到信號以后， 一方面將此次煙霧報警的信號，通過 3G信號傳輸?shù)街魅说闹悄芤苿咏K端上，同時，自身在自己處理器的控制下，相繼要實現(xiàn)切斷家中重要電源（部分重要設備。 系統(tǒng)流圖 物聯(lián)網(wǎng)實物模擬效果圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 8 頁 程如 圖 ： 硬件要求 1 供能裝置 通常，傳感器節(jié)點使用電池供電，這使得節(jié)點更容易部署。但實際上，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，在太陽光直射的情況下，一平方英寸的太陽能板能提供 10 mW 的電能；而在室內(nèi)開燈的情形下，一平 方英寸的太陽能板能夠提供 10~100 mW 的電能。使用可再生能源的最關鍵的技術是如何儲存能量，一般有兩種技術。另一種比較新的技術是使用超電容。例如明尼蘇達大學開發(fā)的 TwinStar 平臺，利用太陽能板收集太陽能，利用超電容存儲電能，使用超電容存儲的最大挑戰(zhàn)是電容的自放電很大，尤其在接近滿電 容的時候。 2 傳感器 隨著傳感技術的發(fā)展，有很多的傳感器可供節(jié)點平臺使用，有相對簡單的光圖 煙霧自動檢測報警流程示意圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 9 頁 傳感器、溫度傳感器、也有比較復雜的二氧化碳傳感器等。 通常，處理器通過模擬信號或數(shù)字信號兩種方式與傳感器進行交互。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對應的數(shù)字量，簡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，命令主機發(fā)送指令給 CMOS 相機采集新的家中實時圖像，用以作對比。錄制完成的視頻將以錄像文件的形式，保存在主機硬盤中。它的波長范圍大致在 ～ 1000 μm。紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。物體的溫度越高，輻射出來的紅外線越多，輻射的能量就越強。因此可是使用紅外傳感器來測得房間內(nèi)的物體。 它可以根據(jù)探測到的環(huán)境中紅外線數(shù)值的變化，鎖定入侵者的位置，并進行跟蹤實時拍攝。 它在內(nèi)外電離室里面有放射源镅 241，電離產(chǎn)生的正、負離子，在電場的作用下各自向正負電極移動。一旦有煙霧竄逃外電離室。 本系統(tǒng)的煙霧檢測模塊采用的是 MC14468 離子式煙霧檢測報警芯片，該芯片探測靈敏度高，成本較低，適合于家庭安全防衛(wèi)的需要。目前，微處理器芯片同時也集成了內(nèi)存、閃存、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)字 I/O 等。 ○ 1 功耗特性 微處理器的功耗特性是一個十分關鍵的特性，決定 了無線傳感網(wǎng)絡生命周期 。在其他大部分的時間處于休眠狀態(tài)?；? 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 10 頁 一般的微處理器的睡眠電流為 1~50μ A。 ○ 2 喚醒時間 處理器的另一個關鍵特性就是它的喚醒時間。喚醒時間越短，進行狀態(tài)切換的速度就越快。 ○ 3 供電電壓 傳統(tǒng)的低功率處理器僅能在 ~ 的電壓范圍內(nèi)正常工作，而目前新一代的低功耗處理器能在 ~ 的電壓范圍內(nèi)正常工作。以常見的 AA 堿性電池為例，如果處理器僅能在 ~3V 的電壓范圍內(nèi)正常工作，則節(jié)點能工作 300h；如果處理器能在 ~3V 的電壓范圍內(nèi)正常工作，則節(jié)點能工作 680h。其中大部分的操 作對處理器速度并沒有很高的要求。 ○ 5 內(nèi)存大小 通常在節(jié)點上執(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，是隨著主人的移動而移動的，主人利用智能終端可以實時的了解當前家中的信息。 智能終端已經(jīng)從最早的個人計算機、 PDA發(fā)展到現(xiàn)在的種類繁多的、功能強大的多信息設備的集 合。 一般來說，個人計算機在機型上分為桌面型計算機（臺式機）與筆記本電腦兩大類；在系統(tǒng)上分為國際商用機器公司（ IBM）的 IBM PC/AT 系統(tǒng)和蘋果公司所開發(fā)的麥金塔系統(tǒng)（ MAC）兩大類。目前個人計算機常見的操作系統(tǒng)有 DOS、 WINDOWS、 LINUX 等。這種手持設備集中了計算、電話、傳真和網(wǎng)絡等多種功能。還可以瀏覽網(wǎng)頁，收發(fā)電子郵件、發(fā)傳真、甚至還可以當成手機來使用 。節(jié)點操作系統(tǒng)區(qū)別于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)的基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 11 頁 主要特點是：其硬件平臺資源極其有限。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)，如 圖 所示。 TinyOS 是目前無線傳感網(wǎng)絡研究領域使用最為廣泛的操作系統(tǒng)。 nesC 語言是專門為資源及其有限，硬件平臺多樣化的傳感節(jié)點設計的開發(fā)語言。 無線通信系統(tǒng)的發(fā)展與成熟 3G/4G 無線傳輸技術在數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽? 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性，無論從室內(nèi)相對固定環(huán)境下地 2Mb/s 的傳輸速率，還是室外快速移動環(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，尤其是對于一些很難建立起 Wifi等無線網(wǎng)絡系統(tǒng)的惡劣環(huán)境下，利用手機信號傳輸是很好的選擇。所謂移動互聯(lián)網(wǎng)，就是將移動通信和互聯(lián)網(wǎng)兩者結合起來，成為一體。對于未來的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展龐大的 3G 用戶群是不可或缺的，而且 3G 的許多便捷服務更是物聯(lián)網(wǎng)服務最基本的平臺。因此在人們期待第三代移動通信系統(tǒng)所帶來的優(yōu)質(zhì)服務的同時，第四代移動通信系統(tǒng)的最新技術也在 實驗室 悄然進行當中。 4G 系統(tǒng)能夠以 100Mbps 的速度下載，比撥號上網(wǎng)快 20xx倍，上傳的速度也能達到 20Mbps，并能夠滿足幾乎所有用戶對于無線服務的要求。此外， 4G 可以在 DSL 和 有線電視調(diào)制解調(diào)器 沒有覆蓋的地方部署，然后再擴展到整個地區(qū)。 很顯然，在移動技術發(fā)展迅速的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展一定擁有高效高速的無線通信保障。 現(xiàn)階段，在整個物聯(lián)網(wǎng)領域中，以無線射頻技術為基礎的物聯(lián) 網(wǎng)技術是應用最廣泛，也是最成熟的一個部分。目前，各大小區(qū)的門禁系統(tǒng)就是一個很好的應用。 射頻識別技術是一種非接觸式的自動識別技術。利用無線電波進行雙向通信的一種自動識別技術，完成識別工作時無需人工干預，適于實現(xiàn)自動化且不易損壞，可識別高速運動物體并可同時識別多個射頻卡，操作快捷方便。 當天線在芯片的作用下，形成感應電流，觸發(fā)系統(tǒng)啟動工作。 藍牙、無線個人區(qū)域網(wǎng)與 zigbee 藍牙 ，是一種支持設備短距離通信（一般 10m內(nèi)）的無線電技術。利用 “藍牙 ”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網(wǎng) Inter之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。其數(shù)據(jù)速率為 1Mbps。個人區(qū)域網(wǎng)絡（ PAN）和無線個人區(qū)域網(wǎng)絡（ WPAN）在這個背景下產(chǎn)生。與 WLAN 相比， LRWPAN 只需很少的設備，甚至不需要基礎設施。 Zigbee 的通信速率要求低于藍牙，但要求用電池供電，在不跟換電池的情況下可連續(xù)工作幾個月。同時， zigbee 網(wǎng)絡的結點數(shù)量、覆蓋規(guī)模比藍牙技術支持的網(wǎng)絡大的多。 Zigbee 的傳輸距離為 10~75米。物聯(lián)網(wǎng)技術的支撐模塊就是無線傳輸模塊，在基于 ZigBee 協(xié)議的無線數(shù)據(jù)傳輸與通信是前提和保障。 平板電腦（英文： Tablet Personal Computer，簡稱 Tablet PC、 Flat Pc、 Tablet、Slates），是一種小型、方便攜帶的個人電腦，以觸摸屏作為基本的輸入設備。用戶可以通過內(nèi)建的手寫識別、屏幕上的軟鍵盤、語音識別或者一個真正的鍵盤（如果該機型配備的話）。平板式電腦集移動商務、移動通信和移動娛樂為一體，具有手寫識別和 無線網(wǎng)絡 通信功能，被稱為 筆記本電腦 的終結者。平板式電腦本身內(nèi)建了一些新的應用 軟件 ，用戶只要在屏幕上書寫，即可將文字或手繪圖 形輸入計算 機 。 整體的硬件系統(tǒng)如圖 所示。門禁系統(tǒng)的目的是阻斷非法入侵。當 門禁系統(tǒng)檢測到非法入侵時，門禁系統(tǒng)將入侵信號通過 ZigBee 傳輸?shù)较到y(tǒng)主機，主機通過處理命令，紅外傳感器探測入侵著的位置，并判斷入侵的類型，排斥誤報警。有主人做進一步的判斷。 傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用 CCD。而監(jiān)控系統(tǒng)應用的普及，也面臨著降低本錢的壓力。 此研究中為提高像素質(zhì)量，才用市面上較為高效的 1000 萬像素的 Tucsen 品牌的 CMOS 相機。 表 1000 萬 CMOS 攝像頭技術指標 1000 萬 CMOS 攝像頭技術指標 傳感器廠商 鎂光（美國） 傳感器類型 MT9N001 傳感器尺寸 1/ 英寸 像素點 微米 * 微米 分辨率 3856H*2764V 濾光片 RGB Bayer 鏡頭接口 C/CS 接口 最大幀率 3 幀每秒（ 3856*2764） RGB 位數(shù) 8 位 曝光控制 手動 /自動 曝光時間 1 毫秒 秒 圖 煙霧處理模塊示意圖 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 16 頁 白平衡 自動 /手動 掃描模式 逐行 快門 電子滾動快門 靈敏度 (550nm) 音噪比 在圖像處理模塊中 ，整個系統(tǒng)的工作應該是一個有機的整體： 具體效果的實現(xiàn)如下： 在主人離開住宅之前，由主人手動命令各個 CMOS 相機采集家中的實時圖像，并將圖像通過無線信號傳輸?shù)郊彝ブ鳈C中，由家庭主機進行保存。 當主機接收到 CMOS 相機的第一次采集的圖像的時，會對圖像進行一系類的分析，分析圖像的像素值及不同區(qū)域的像素值 及色彩位數(shù) ； 此刻主機將進入一天的正式工作中，在此過程中，因為會受到外部天氣的變化，會影響到房間內(nèi)的色彩的改變，進而會改變圖像的像素值 和色彩位數(shù)。 倘若在監(jiān)控的過程中，有可疑人員或物體進入住戶家中，進入 CMOS 鏡頭的像素值及色彩位數(shù)值會發(fā)生變化，感應芯片會命令 CMOS 相機會對其進行拍照，拍得的圖像將直接傳送給家庭主機，家庭主機將會用該圖像與最近一次采集的實時圖像做像素及色 彩位數(shù)的對比，倘若在安全值范圍之內(nèi)，家庭主機將會放棄 將信息傳輸給主人的智能終端，并命令 CMOS 相機，進行繼續(xù)進行循環(huán)拍攝； 倘若像素和色彩位數(shù)值不在安全值范圍之內(nèi)，家庭主機系統(tǒng)將立即將圖像通過 3G 技術傳輸?shù)街魅说闹悄芙K端上，有主人做出判斷，是否需要通知警方，如果需要，則通知警方，如果不需要，則主人可以使用自己手上的智能終端，控制命令家中的主機，命令家中的傳感器繼續(xù)正常的工作。 視頻錄制的基本結構主要有：一臺或幾臺像素較高的 CMOS 攝像頭，攝像頭自帶的紅外傳感器，攝像頭電機驅(qū)動板塊，計算機及存儲設備。當有不明物體非法侵入到房間時，攝像頭自帶的紅外傳感器，能夠自動識別侵入物體的方位，通過處理器結合房間的大小、高低、遠近等數(shù)據(jù)進行處理，驅(qū)動攝像頭電機驅(qū)動模塊改變攝像頭的角度，使得攝像頭的鏡頭不斷地跟蹤不明侵入物體，實現(xiàn)實時的記錄。 名稱：紅外式跟蹤球形攝像機 （圖 ） 圖 KRTI1801SL 紅外式跟蹤球形攝像機 基 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 的 平 安 家 居 系 統(tǒng) 第 17 頁 型號： KRTI1801SL ? OSD 中英文菜單，內(nèi)置國標一二級漢字庫（ GB2312） 。 ? 一體化集成設計，機芯運動部分采用全金屬結構，結構緊湊，可靠性高； ? 基于圖像識別技術，自動搜尋并跟蹤運動目標； ? 集成高速 DSP 圖像處理模塊，跟蹤速度快且平穩(wěn)； ? 采用了先進的反射型紅外燈，發(fā)熱低、耗電少并且亮度高； ? 可設 256 個高精 度預置點； ? 水平 360176。范圍轉(zhuǎn)動，自動翻轉(zhuǎn) 180176。 S/N 信噪比 大于 50分