1、设计作品名称基于物联网和Android的智能家居监控报警系统学校名称：兰州工业学院团队名称：工院梦之队第一导师：陶冶（副教授）第二导师：姓名（职称）队长：张翮誉队员1：马鑫队员2：路志福队员3：薛梅全国大学生物联网设计竞赛组委会2015年5月诚信承诺申明本参赛队全体队员及指导教师已认真阅读全国大学生物联网设计竞赛章程关于竞赛作品的知识产权之全部条款，郑重申明，在参加全国大学生物联网设计竞赛时所呈交的竞赛作品及作品设计文档均为参赛队员在指导教师指导下独立完成。尽本参赛队所知，竞赛作品及作品设计文档中，除特别加以标注的部分外，不存在侵犯第三方知识产权的内容。竞赛作品及作品设计文档并非由参加其他竞赛
2、之作品及作品设计文档未经改动直接参赛；如作品确参加过其他竞赛的，本参赛队承诺参加本次比赛之作品已经过较大改动。 指导教师签名：陶冶 日期：2015 年 5 月29 日摘 要随着人们生活水平的不断提高，家居环境和小区的安全防范需求日趋紧迫，传统的安防产品往往只具有现场报警、监控位置固定、监测参量单一、需综合布线等特点，无法实现多参量集中监测、自由布防、远距离报警、现场画面实时采集以及家用电器远程控制的功能。而随着无线传感网络技术应用的不断推广，可以将安防区域内各种状态信息进行多点采集、无线连接、集中处理，在此基础上，进一步将无线传感网络、移动通信网络和互联网相结合，就可以实现安防区域状态信息的远
3、程、多点、实时智能监控。本系统在设计上采用了无线传感网+GPRS网络+智能手机监控终端+网络服务器的架构模式。在家居环境内部，通过布置多个无线监测节点，实时采集各类监测数据及入侵状态并以无线方式汇总到主节点，然后主节点的数据通过GPRS模块分别以短信、彩信方式发送给多用户手机，以及以TCP/IP协议的方式上传至网络服务器；在用户智能手机端，通过android开发的程序界面实现家居环境数据及家电状态的实时监测和远程控制，同时通过GPS定位方式自动实现入侵监测的布防和撤防；在网络服务器端，实现了家居环境各参量的服务器监控界面显示、入侵状态和场景的图像显示以及历史数据的查询。基于短距离无线通信技术、
4、移动通信技术以及网络服务器技术，本系统实现了家居环境温度、湿度、光照、非法入侵、家用电器门窗等状态的远程监控、异常报警以及数据管理，注册用户通过多种平台对家居环境状况、以及家电开关状态进行远程监控，同时，当环境状况出现异常或有非法入侵时，系统可主动将环境参数以短信方式、现场场景以彩信方式发送给注册用户手机并上传网络服务平台，因此本系统构建了一个集家居监测控制和安防为一体的智能家居环境。关键词：智能家居、无线传感网、电子标签、Android、网络服务器目 录摘 要3第一章绪论61.1设计背景61.2所涉技术发展现状61.2.1国内外技术发展61.2.2存在的技术问题71.3创新点81.3.1主要
5、解决的问题81.3.2设计内容简介81.3.3文档框架9第二章关键技术102.1无线传感网102.2通用分组无线业务技术级102.3SMS和MSM协议102.4数据挖掘技术10参考文献11致 谢12全国大学生物联网设计竞赛设计文档 第一章 绪论1.1 设计背景随着科学技术的进步，高科技智能化的家居设备己经渐渐步入我们的生活，现代社会中的人们对于生活的质量要求也越来越高。科学技术的进步让人们的生活日新月异，但是伴随着高科技产品的使用，相应地给人们的生活带来了很多不安全的因素，如家电的广泛使用增加了火灾发生的可能性、家用煤气的使用增加了煤气中毒和产生爆炸的可能性以及家居内广布电线增加了触电的可能性
6、，且现代社会中抢劫偷盗事件时有发生，严重威胁着家居内人们的安全。家居中的人们最需要的是一个安全、便利的生活空间，所以作为智能家居系统中最重要的智能家居安防系统的研究具有更迫切的意义。1.2 所涉技术发展现状1.2.1 国内外技术发展我国的家居环境与国外并不相同，国外家居多以别墅式和独体式的房屋建筑为主，所以国外在家居领域的发展更倾向于信息网络的通信和家居多媒体的应用，而我国的居住环境多以社区式的楼房建筑为主，所以我国发展的中心主要是家庭安防系统，这就切实体现出本课题研究的意义所在。目前已经有一些文献对智能家居系统进行了研究，提出了很多实现的方案，如：有关基于Android手机、Zigbee无线
7、传感网络、Linux嵌入式系统、互联网和3G、GPRS、WiFi等网络通信手段，可实现信息采集和对家庭电器设备的无线控制的智能家居系统开发；基于Android平台，使用传感器检测报警信号，使用3G语音模块拨打报警电话和发送报警消息，使用Wifi网卡对外传输报警信息的智能家居安防系统的设计；基于Zigbee和GPRS，实现对室内温度和入侵的监控，并通过GPRS系统向手机发出短信的智能家居报警系统设计；基于GPRS通信技术，实现异常情况短信息和图像采集发送功能和短信息远程控制家电设备的智能家居系统的设计；采用ARM平台及GPRS、GPS、摄像头、传感器、蓝牙、语音识别等硬件模块组成的智能家居系统。
8、世界上第一个适用于智能家居环境的电气化标准协议，由美国电子工业协会制定，美国居民安装使用智能家居系统的比例呈递增态势，在新加坡的生活小区中部分居民安装了一种被称为“未来之家”的智能家居系统，这种系统主要用于水、电、气表的自动记录送达、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家居智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置，并提供家居电器设备的管理和其他设备的管理。日本松下公司把“数码家居”概念应用到养老院，养老院的所有房间都与局域网相连，装备多种测量仪器、触摸式显示屏、数码摄像机等，这样每个居住者的体温、血压等多项数据传送到护理中心
9、，实现远程医疗护理。美国麻省理工学院的实验室正在研究“智能房间”，通过生物传感器探测人的行为来自动控制和调节居住系统。处于家居自动化技术领先地位的是Honeywell公司采用先进的综合布线技术把家居的数据、语音、控制等模块结合到一起，实现了数字网络家电、紧急呼叫、智能门禁系统、灯光控制模块、火灾探测器、红外探测器、电子门锁等终端的连接，把安防系统、信息家电控制、可视化对讲以及远程通信系统整合到一起，实现了真正的智能家居，但是该智能家居的安装费用较高，并不适合于我国社区式的普通家居。1.2.2 存在的技术问题这些国内外文献中的设计方案大多数都是针对于传统模式、单一方式、单一参量的监控系统设计，集
10、环境参量检测、入侵报警、多平台互联以及历史数据分析的设计方案还未见报道，特别是对于实际产品市场上还没有更多的与本项目研究内容相同的实际产品出现。1.3 创新点1.3.1 主要解决的问题(1)将短距离通信技术和远距离通信技术的进行了有机的结合。短距离无线通信技术的应用，避免了家居内部多点环境监测时繁琐的综合布线施工过程；几乎无缝隙覆盖的移动通信网络技术的应用，实现了不受空间距离限制的远程数据监测和监控；(2)利用红外技术只对红外线感应而不对其他物体感应的特性，实现了非法入侵的实时监测及“多机主”短信报警，同时，使用串口摄像头可以实现非法入侵画面的实时拍照及“多机主”彩信报警；(3)利用智能手机的
11、GPS资源，通过定位主机位置来实现系统监控功能的自动布放和撤防，提高了系统防盗报警功能操作的便捷性和实时性；(4)开发了网络服务平台，通过GPRS模块的TCP/IP协议将系统的所有监测数据和入侵画面实时上传至服务器，从而拓展了数据检测和系统控制的途径；(5)利用单片机的flash RAM资源，实现了系统状态及数据断电保护功能。如：家用电器工作状态、系统访问级密码、系统管理级密码等核心数据；(6)基于数据挖掘技术，研发包含多因子历史数据查询，入侵画面和影像的记录和处理分析的后台决策功能。1.3.2 设计内容简介(1)通过传感器和摄像头实现家居的远程监测。通过各类传感器监测室内情况，当出现异常情况
12、时产生报警信号并通过GPRS给用户发送信息（短消息或图像信息）；用户还可以通过GPRS控制摄像头查看监视的图像情况。图像的查看方式可以通过GPRS发送彩信（MMS）到用户的手机上以及通过网络服务器监控界面监测；(2)本系统以可靠性为基础，并结合防盗入侵报警、火灾报警和水泄露报警等系统，家庭中所有的安全探测装置，都连接到家庭智能终端，与手机应用程序和互联网服务器程序通信。外出时，根据手机GPS定位功能，报警系统就会自动进入防盗状态。期间如有歹徒企图打开门窗，就会触发红外感应器，这时，报警系统会拍照发送彩信报警，同时通过电话线将警情报告给数个指定电话，可以对家里情况及时进行异地监听；(3)文中设计
13、的智能家居监测报警系统主要包括 Android客户端和网络服务器端两部分，网络服务器端通过.NET2008开发平台中的 C# 语言开发设计了监控界面，服务器接收网络上送来的前端数据，实现实时查询和历史数据分析统计；(4)手机客户端软件可以通过操作图标来对智能家居监测报警系统的运行进行监控，比如说对家居内灯光的控制只需要点击界面上的灯光图标即可以控制实际家居网络中的灯光，报警消息也通过图标显示的方式来通知用户；(5)通过手机发送短消息（SMS）实现对家居的远程控制。用户可以通过发送预先设置的短消息（SMS）指令给家居控制器，控制器识别收到的指令完成所对应的操作，以实现用户对家居设施的远程控制；(
14、6)根据监测参数的阈值设置警报分级制度。在家居中的不同位置安装前端装置，把可能出现的报警信号分类处理。当报警信号达到第一等级时，可以通过预存的处理方式由控制器控制自动处理；当报警信号达到第二等级时，控制器通过GPRS网络通知用户；而当信号达到第三等级时，将同时通知用户与服务器监控中心。1.3.3 文档框架本文共分为5章，每章的主要内容如下：第一章为关键技术第二章为物联网的搭建第三章为智能家居网络服务平台第四章为智能家居手机监控平台第五章为管理和综合功能实现8全国大学生物联网设计竞赛设计文档 第二章 关键技术2.1 无线传感网2. 2 通用分组无线业务技术级2. 3 SMS和MMS 协议2. 4
15、 数据挖掘技术参考文献1周晓光,王晓华，射频识别（RFID）技术原理与应用实例M, 北京：人民邮电出版社,2006年12月.2童诗白,华成英，拟电子技术基础M, 北京：高等教育出版社,2004年10月.3黄智伟,无线发射与接收电路设计M, 北京：北京航空航天大学出版社,2004年5月.4Carl J.WeismanThe Essential Guide To RF and Wireless( Second Edition)中译本M, 刘志华等译，清华大学出版社. 5陈迅，无线传感器网络通信协议及定位算法研究D，复旦大学，2007年10月.6吴荣泉，钱立群，无线传感器网络概述A，普适计算及其软件
16、新技术第三届长三角计算机科技论坛文集C，2006年.7何科奭，马正华，无线传感器网络在环境监测中的应用J，环境监测管理与技术，2009年8月.8徐君丽，刘冀伟，王志良，基于无线网络的智能监控系统设计与实现J，微计算机信息，2005年第21卷第6期.9孙利民，李建中，陈渝等，无线传感器网络M，清华大学出版社，2005年5月第1版.10邓翔宇. 基于GPRS和无线传感网络的环境监测系统设计J.自动化与仪器仪表，2011.5.11张洪润，张亚凡，传感器技术与应用教程，M北京：清华大学出版社，2005.12张洪润，电子线路与电子技术教程，M北京：清华大学出版社，2005.13张福学，实用传感器手册M，
17、北京：电子工业出版社.14任丰原 黄海宁 林闯.无线传感器网络J.软件学报,2003-7.15Heinzelman W,Chandrakasan A.Energy efficient communication protocol for wireless microsensor networksC/In:Proceedings of the 33rd Hawaii International Conference on System Sciences.Maui:IEEE Computer Society,2010年5月.16李国刚 中国环境监测仪器设备的技术现状与市场需求分析期刊论文 -现代科学仪器2003. 17徐君丽，刘冀伟，王志良，基于无线网络的智能监控系统设计与实现J，微计算机信息，2005年第21卷第6期.18Lawrence A.Klein美著，戴亚平，刘征，郁光辉译，多传感器数据融合理论及应用M，北京理工大学出版社，2004年2月第2版.致 谢.
