基于物联网的智能家居安防系统设计与实现

基于物联网的智能家居安防系统设计申请上海交通大学工程硕士学位论文基于物联网的智能家居安防系统设计与实现学校代码：10248作者姓名：杨海川学号：1090379273第一导师：唐飞龙第二导师：郑健学科专业：软件工程答辩日期：2013年1月27日上海交通大学软件学院2013年1月基于物联网的智能家居安防系统设计ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeofEngineeringDESIGNANDIMPLEMENTOFSECURITYSYSTEMINSMARTHOMEBASEDONINTERNETOFTHINGSUniversityCode：10248Author：YANGHaichuanStudentID：1090379273Mentor1：TANGFeilongMentor2：ZhengJianField：SoftwareEngineeringDateofOralDefense：27th，Jan，2013SchoolofSoftwareShanghaiJiaotongUniversityJan，2013基于物联网的智能家居安防系统设计上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日基于物联网的智能家居安防系统设计上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日基于物联网的智能家居安防系统设计I基于物联网的智能家居安防系统设计与实现摘要随着物联网(InternetOfThings)（简称IOT）、无线传感器网络(WirelessSensorNetworks)（简称WSN）、嵌入式单片机、移动通信等现代网络信息技术的发展，智能家居将以专业化、整体化、低成本的特点迎来高速发展的机会。当智能家居走进我们的生活时，安全会成为人们对智能家居的必然要求，并促使安防系统成为智能家居的关键部份。为解决传统智能家居安防系统中存在的功能单一、误报率高、不能实现实时远程网络报警、不能记录现场情况和犯罪证据等不足，以及满足人们对现代家居的智能化新需要，本文基于成熟的嵌入式单片机技术基础，结合目前现有的IOT、第三代移动通信(Third-GenerationMobileSystem)（简称3G）、全球定位系统(GlobalPositioningSystem)（简称GPS）以及位置服务(LocationBasedServices)（简称LBS）等新技术，提出了一套智能家居安防系统解决方案。该解决方案依据现代人的个性化需求，将与家居生活有关的各个安防子系统如智能门禁、WSN环境监控、移动物体定位和远程监控等有机的结合在一起，通过无线网络化综合智能控制和管理，实现“以人为本”的全新家居生活安防体验。本文主要完成了以下任务：1、智能家居安防系统体系架构及功能模块方案设计与实现。为方便人们根据安全需求选用配套模块，本文以模块化形式设计并实现了智能家居安防系统，其主要包括中央控制器、WSN环境监测、门禁控制、移动物体定位、远程监控等功能模块，选用PC机或平板电脑作为中央控制器，单片机作为其他模块核心控制面板。该系统通过身份识别方法保证门禁系统的身份识别与安全性鉴定；通过WSN的布局与数据传输模式保证家居环境的安全检测与报警功能；通过LBS移动物体监测算法为家居移动物体提供必要的实时定位与跟踪；通过嵌入式webserver远程监控系统实现网络远程监控，保证家居环境的实时安全监测。2、WSN环境监控模块系统结构与路由算法设计与实现。该模块主要是为家居环境提供实时环境监控与报警处理。通过燃气、火焰、烟雾、人体感应红外、温度、湿度、光等传感器以及中央控制器构建了WSN环境监控子系统；同时为提高系统实时性，在LEACH协议基础上设计和实现了一种实时阈值路由算法(Real-timeThresholdRouting基于物联网的智能家居安防系统设计IIAlgorithm)(简称RTTRA)。3、智能门禁模块系统控制策略及身份识别设计与实现。该模块主要是为了保证用户进入家居的安全性，通过监控模式设计了智能门禁控制策略；通过特定人图像身份识别和特定用户声音身份识别设计了用户身份识别方法。最后，对该智能家居安防系统进行了应用性、安全性、集成测试以及性能测试与分析。结果表明，该智能家居安防系统解决方案能够满足人们对智能家居安防的实时性、安全性、动态性、可靠性和简约性等智能化安全性能需求，具有一定的市场应用前景和实用价值，为新一代智能家居系统的设计与应用提供了技术支持和实际案例。关键词物联网，无线传感器网络，智能家居，安防系统，位置服务基于物联网的智能家居安防系统设计IIIDESIGNANDIMPLEMENTOFSMARTHOMESECURITYSYSTEMBASEDONINTERNETOFTHINGSABSTRACTWiththedevelopmentofInternetofThings(IOT),wirelesssensornetworks(WSN),embeddedmicrocontroller,mobilecommunicationsandothermodernnetworkinformationtechnology,smarthomemarketwillbegrowingfastly.Intelligenthomecontrolsystem,whichisspecialization、integration、lowcost,willgenerateenormousbusinessopportunities.Whensmarthomeisgettingintopeople‟slives,homesecurityhasbecometheprimaryrequirementsforintelligenthomesothatintelligenthomesecuritysystemhasbecomeanimportantpartoftheintelligenthome.Thetraditionalsmarthomesecuritysystemshavesinglefunction,highfalsealarmrate,cannotachievereal-timeremotenetworkalarmandnotrecordthesiteconditionsandevidenceofacrime.Tosolvetheshortcomingsandmeetintelligentneedsofmodernhome,asolutionofsmarthomesecuritysystembasedonIOTisproposedinthepaper.ThesystemismadeuseofmaturityembeddedmicrocontrollertechnologyandcombinedofIOT,thethird-generationmobilecommunication(3G),globalpositioningsystem(GPS),locationbasedservices(LBS)andothersnewtechnologiescurrentlyavailable.Accordingtotheindividualneedsofmodernpeopleinthesolution,suchasintelligentaccesscontrol,environmentalmonitoringofWSN,movingobjectpositioning,remotemonitoringandothersecuritysubsystems,theyarecombinedtogethertorealizepeople-orientednewhomelifesecurityexperiencebywirelessnetworkintelligentcontrolandmanagement.Inthispaper,thefollowingtaskshadbeencompleted:Firstly,Thedesignandrealizationofintelligenthomesecuritysystemarchitectureand基于物联网的智能家居安防系统设计IVmajorfunctionalmodules.Theoveralldesignofsmarthomesecuritysystemisimplementedinaccordancewiththemodularformsinthispapersothatsupportingmodulesareselectedeasilyaccordingtopeople'sneeds.Thesystemdesignconsistsoffivefunctionalmodulesincludesthecentralcontroller,theintelligentaccesscontrol,theenvironmentalmonitoringofWSN,themovingobjectpositioningandtheremotemonitoring,andisusedaPCorTabletPCasthecentralcontroller,theSPCE061Amicrocontrolleroflingyangcompanymicrocontrollercoreastheothermodulescontrolpanel.Thesystemwilltobeensuredtheidentityandsecurityidentifiedbytheidentificationmethodofaccesscontrolsystem,andtobeensuredthesafetyofthehomeenvironmentdetectionandalarmfunctionsbyWSNlayoutanddatatransmissionmode,andtobeprovidedthenecessaryreal-timelocationtrackingforhomemovingobjectsbyatheLBSmovingobjectmonitoringalgorithm,andtobeensuredthatreal-timesecuritymonitoringofthehomeenvironmentbyembeddedwebserverremotemonitoringsystem.Secondly,thedesignandimplementationofmodulesystemstructureandroutingalgorithmofenvironmentalmonitoringbasedonWSN.Themoduleisprimarilyforthehomeenvironmenttoprovidereal-timeenvironmentalmonitoringandalarmprocessing.WSNenvironmentmonitoringsubsystemisbuiltbythegasflame,smoke,huma