55家居智能安防系统设计

西安建筑科技大学课程设计（论文）_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第1页共33页第1章绪论1.1课题背景与研究意义随着国民经济的不断发展，人民生活水平在不断地提高；科学的发展和技术的进步，也让人民的生活观念发生了前所未有的变化。在如今这样一个电子化、信息化高速发展的时代，层出不穷的现代高科技产品，逐步走进了千家万户，给人们带来了在过去的时代无法想象的便利。但是，在高科技产品不断地应用在不计其数的家庭中的同时，随之而来的是，各种不安全因素也伴随着这些高科技产品进入了这些家庭，比如热水器，煤气灶等的使用以及其它一些大功率电器的使用，都会使得火灾、触电、煤气泄漏导致中毒，甚至爆炸的发生成为可能；同时由于各个城市和地区的一些不法分子的存在，导致各种各样的违法的和犯罪的行为都会经常发生，比如歹徒作案行凶、居民区附近或者闹市区抢劫、入室盗窃等等，这些都给人们的正常生活造成了严重干扰。现如今，人们需要的不仅仅是生活便利的住宅，更需要的是一个能够给人安全感的生活空间。因此，在现代化的智能小区和家庭中，家庭安防监控系统作为其重要组成部分，其研究意义就不言而喻了。在家庭和小区的内部引入智能化的安防系统，可以让人们的生命和财产的安全得到更可靠的保障。一般的家居安防系统主要由安全对讲系统、防盗报警系统、防火灾报警系统和防煤气泄漏报警系统等组成，它可以作为一种可靠且有效的方式让普通小区能够避免外界侵入和自然因素引起的灾害。这些年随着微电子技术、计算机技术、无线通信技术、网络技术和控制技术等的发展，为智能小区和家居安防系统的发展提供了很好的技术基础，其功能也变愈加丰富和完善，因此必须确保它的稳定性和可靠性，且其应该具有易操作性。稳定性和可靠性是指有异常情况发生的时候，一定能够产生报警，而没有异常情况发生的时候，也不会产生误报。系统具有易操作性是指用户可以简单、快捷和方便地对家庭内部的一些存在重要安全隐患的关键点做相应的撤销、布置和防范等具体操作。此外，智能家居安防系统适合我国国情，符合我国“未富先老”的社会特点。我国人口老龄化是在经济还不够发达、物质条件尚不充裕的情况下到来的，因此，单靠政府的力量来发展养老福利事业是不现实的。智能家居系统的老人看西安建筑科技大学课程设计（论文）_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第2页共33页护系统与机构养老服务相比，具有方便，现代化，智能，更加快速等优点。适应我国老年人的生活习惯和心理特征。受中华民族传统的家庭伦理观念影响，我国大多数老年人不愿离开自己的家庭和社区，到一个新的环境去养老。智能家居安防系统采取让老年人在自己家里和社区接受生活照料的服务形式，适应了老年人的生活习惯，满足了老年人的心理需求，有助于他们安度晚年。1.2智能家居安防系统的国内外发展现状1.2.1国外的发展现状自从世界上真正意义上的第一幢智能建筑于1984年在美国诞生以后，紧接着美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚的一些比较发达的国家都陆续推出了各式各样的家居安防的方案，并且在很多国家和地区都有比较普遍的应用。美国家居安防行业的一家名为PARKS的专业咨询机构，在对其本国的情况做了大量的统计之后，其数据给我们提供了这样一些具体信息：上世纪九十年代中期，该国的一个普通用户如果安装一套家庭式的智能化系统，其整体的成本大约在七千至九千美元之间，但最近几年其成本费用已经大大地降低，并且在今后的四到五年内，家庭智能化行业的市场增长率，平均每年将可达到百分之八左右。由于家居安防的良好前景和巨大市场，国外的多家大中型公司都已经开始着手相关的准备工作，以便在抢占家居安防市场的时候能够领先。在如今这样一个互联网经济日益繁荣的时代，小区和家庭智能化的安防建设已经受到越来越多的重视，国外有很多家企业已经在该行业里站得一席之地，比如微软公司投资了一家Itran公司，该公司是专门做家居安防和家庭智能化方面的研发。IBM公司则选择与建筑开发商合作，为用户提供带有安防系统的智能化住宅解决方案，为众多小区和家庭提供全面的小区和家庭的安全防护和信息服务。现在，国外的家居安防行业已经处在一个飞速发展的时期。1.2.2国内的发展现状通过多年的大力概念推广、普及和发展，智能家居在国内已经逐步为人们所认可并且接受。从上世纪的九八年智能家居这一新的概念在国内被推出开始，同时也经过媒体的大力宣传和热炒，大家已经对其有了一定程度的认识，但一直没有相关的真正适合国内市场的产品，所以其实际的应用并没有得到有效的推广和西安建筑科技大学课程设计（论文）_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第3页共33页普及，出乎意料的是作为智能家居的核心组成部分的家居安防以及小区安防倒是得到了快速的发展，并且是通过在智能防范小区中嵌入智能防范家居的技术表现形式，而受到国内市场的普遍青睐，并且其在市场上也表现出相当的市场竞争力。目前，家居安防系统已经成为民居设施建设中的一项极其受欢迎的产品，它也越来越多地被应用于各种各样的家庭和小区了。而且，这些安防系统的使用让人们真正地体验到生活在时代最前端的快乐与便捷。1.2.3家居安防的发展趋势家居安防行业在近两年已经得到了飞速的发展，越来越多的智能住宅和智能小区等都是在这种形势下形成的。现在家居安防系统开始得到了众多开发商和消费者的青睐，而可接入因特网的基于嵌入式技术和无线传感网络的家居安防系统已经成为未来的家居安防系统发展的一大趋势，因为它不仅提供统一的标准化接口以及基于无线的网络连接机制，而且还可以实现专门应用于嵌入式设备的网络协议，这样系统就不必再依赖于传统的PC机，从而使得家居安防行业进入了嵌入式时代。到目前为止，已经陆续出现了各种不同的用于家庭设备互连的无线通信协议标准，这些标准促使家居安防行业控制系统朝着网络无线化的方向发展，并且其接口也朝着国际统一的标准化方向发展，通过无线的方式实现设备的相互连接，不仅给人们的生活带来了更多的方便，也让系统具备了良好的移动性能，而遵循国际统一标准的的无线通信接口，也使得众多厂家的产品能够相互兼容；现在各种不同的无线通信技术正迅猛发展，从先前的广域网到后来的基于IEEE802.11系列的无线局域网、基于蓝牙的无线个域网、再到后来的基于ZigBee的低速无线个域网等，这些新型无线通信技术的陆续出现，也给家居安防系统的设计带来了一种有别于传统家居安防系统设计的新理念，将家庭内部的家用电器、各种传感器以及各式各样的数字设备进行无线方式的互联，将会在不远的将来成为活生生的现实；而嵌入式技术的出现，使得未来家居安防的发展彻底摆脱了对传统PC机的依赖，生产厂家将能够以更低的成本来开发家居安防系统的主控系统部分，并且其各种设备和主控系统都能够在功耗极低的状态下运行，这使得整个系统的运行成本得到有效的降低。无线家居安防控制系统也能够让以前的有线系统得到大幅度的拓展，让整个西安建筑科技大学课程设计（论文）_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第4页共33页系统的设计更加具有灵活性，让人们能够生活在真正无线的方便且舒适的家庭环境中。基于上述各种原因，本课题采用ZigBee技术实现家庭内部网络拓扑的无线家居安防系统的设计方案，该方案不仅克服了传统家庭网络采用有线的方式进行布线组网的困难，而且系统安装简单，性能稳定可靠，维护方便。1.3设计的主要内容本论文通过对当前智能家居安防中的控制技术和网络互联技术的发展进行了深入地研究和分析，并对比了当前发展较快的各种短距离无线通信技术的标准及其性能特点，在深入分析了Zigbee技术之后，提出了一个能够让室内生活环境更为便利的基于短距离无线通信技术的家居安防控制网络方案，然后结合无线传感器网络和嵌入式技术各自的优点，实现了一个让用户能够通过远程终端对自己家庭状况实施远程监控的智能化的家居安防系统。西安建筑科技大学课程设计（论文）_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第5页共33页第2章智能家居系统总体设计方案家居安防系统可以看作为一个由各种传感器和设备实现互连的控制网络，互连是实现数据通信的基础，控制是家庭智能化的关键所在，所以先从两个方面对传统家居安防系统的特点和不足进行了阐述，然后对与本设计方案相关的网络通信和控制等技术进行了比较和分析，最后提出了系统的整体设计方案。2.1传统家居安防系统的缺点传统的家居安防系统的控制网络都是基于有线的方式实现互联的，如CAN总线、CEBus、LonWorks、X-10、以太网等。在这些技术中，X-10与其它技术相比，其应用最为广泛，因为其成本低廉并且部分用户可自行安装；CEBus技术虽然各方面的性能都比X-10好，但因其价格昂贵而使得其应用受到限制；而LonWorks主要用于工商业界，而且还需要专门的技术人员进行安装。CANBus用于自动化工业控制，技术发展比较成熟。以太网虽然是一种数据传输速率较高的网络标准，但其在一般家庭的应用中，也因为需要电缆布线而受到限制。到目前为止，虽然已经有些发展比较不错的技术，在行业内也具备了一定的标准型和通用性，但都还有些共同的缺点：（1）采用有线的方式组网会带来显而易见的麻烦：布线繁琐，撤销和添加设备会导致线路的重新布置，这会影响室内环境的美观度；扩展系统的性能也会比较麻烦，系统的安装和维护成本也较高，且不方便移动。（2）室内设备的信息传输和控制不具有国际统一的接口标准（3）家庭内部设备间的通信的编码方式也不尽相同目前的一些家居安防系统的监控需要依赖于传统的PC机，这样的话，PC机就要一天24小时连续不停的工作，才能实现室内的正常监控，这将导致系统的升级和维护都变得很困难，并且系统的运行成本也会很高。2.2系统设计需要考虑的因素对于系统的设计，应当从技术发展的角度来考查系统方案设计的基本原则。与家庭数据通信网络的目标不一样，家居安防系统的网络中的数据传输和控制，西安建筑科技大学课程设计（论文）_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________第6页共33页仅仅只是需要以成本和速率都较低的方式来实现。虽然传输音视频等数据需采用高速的通信接口来实现，可家居安防系统的网