人們對生活品質的追求越來越高，更加向往安全、智能和健康的家居環境。傳統智能家居安防系統功能單一、效率低下、誤報率較高、維護成本大、不能很好地與快速發展的互聯網技術相融合，已經難以滿足市場及大眾對家居安防系統的要求?，F代無線傳感器網絡技術（WSN）和物聯網技術的發展使得網絡化的智能家居安防系統具備了安全、智能、便捷、環保的特性，同時保證系統的實時性、高可靠性、低誤報率、低功耗及低成本維護。為此，本文提出基于具有低功耗、自組網、低速率、低成本和雙向通信特性等特點的WSN和智能手機Android平臺，利用家庭網關構建能進行視頻數據的采集、傳輸及網絡后臺存儲的智能家居安防系統，同時該系統可利用Internet網絡實現遠程監控。

1、系統方案設計

系統的WSN部分采用ZigBee協議，由多個終端節點和一個協調器組成，各終端節點可自組織網絡，數據最終匯聚到協調器節點，然后通過家庭網關接入互聯網。用戶能夠在PC端、機頂盒、手機客戶端通過Internet完成對智能家居的遠程監控。家居內各傳感器信息通過終端節點上的GPIO口采集經WSN網絡無線發送至協調器，協調器通過USB-TTL模塊與家庭網關完成數據通信，家庭網關將數據上報至服務器。為了降低本安防系統的誤報率，確保其高可靠性，無線傳感器網絡中負責采集可燃氣體濃度的傳感器特意選用高靈敏度的可燃氣體傳感器，并結合集成在終端節點協議棧內部的防誤報算法，確保信息的準確性及可靠性。

WSN網絡協調器與家庭網關的通信需要在USB-TTL模塊的轉換下完成，USB-TTL模塊驅動開發基于Linux系統，為了實現智能家居安防系統的智能化，按照冗余設計需求使該模塊的設備描述符會能識別USB接口變動，并對可能變換的設備描述符進行讀寫操作。系統整體設計方案如圖1所示。

2、硬件電路設計

2.1 家庭網關硬件總體設計

基于WSN的智能家居安防系統的主控制器由家庭網關的機頂盒和ZigBee協調器共同組成。WSN各終端節點將采集的數據無線發送至協調器匯聚后，通過串口轉USB通信模塊完成其與機頂盒的數據通信，機頂盒上的智能家居安防應用系統將獲取的數據按照標準的TCP/IP協議上傳至服務器，以便用戶通過網絡訪問查看當前及歷史數據。同時家居安防視頻數據采集端通過Internet網絡向用戶推送監控畫面，用戶可通過PC、手機客戶端、機頂盒上的上位機對室內情況進行實時監控。整體硬件結構圖如圖2所示。

2.2 協調器與MT8389接口電路

選用主控芯片為MT8389的家庭網關機頂盒。WSN節點采集傳感器數據發送至ZigBee協調器，然后通過USB-TTL模塊完成其與機頂盒的數據通信，ZigBee協調器與USB-TTL模塊接口電路如圖3所示。

圖3 協調器與USB-TTL模塊接口電路

2.3 MT8389與互聯網接口設計

MT8389為機頂盒主板主控制芯片，它收集并綜合處理來自無線傳感器網絡、視頻采集端和Internet端的數據，然后通過DM9000單芯片快速以太網MAC控制器模塊將獲取的各項數據上傳至服務器。MT8389與網絡接口電路設計如圖5所示。

3、系統軟件設計

3.1 WSN協議棧及協調器與終端節點通信程序設計

本系統的無線傳感器網絡協議棧采用TI公司的Z-StackTM協議棧，該協議棧完善、開源、穩定性好，能保證數據實時傳輸。整個Z-Stack協議棧構架如圖6所示。Z-Stack協議棧自main開始執行，執行系統硬件平臺的初始化，然后進行操作系統的初始化，這部分由osal_init_system函數完成，并由osal_start_system（）執行操作系統實體，開始查詢事件表，若沒有調度，則一直進行輪詢式判斷，當有事件產生便由相應的任務層調用任務處理函數tasksEvents［idx］中與事件相對應的idx進行處理，該調度函數會根據事件任務優先級由高向低依次排列。協調器與終端節點串口通信程序設計在Linux下開發，主要完成通過對USB設備進行讀寫操作來協助完成。該Linux下的USB設備讀寫程序已整合燒錄至機頂盒操作系統中，通過本程序協調器和MT8389主控制器可以借助USB-TTL模塊完成兩者的雙向通信，具體流程如流程如圖7所示。

3.2 服務器與手機客戶端程序設計流程

服務器和手機客戶端、機頂盒的交互通過Internet網絡完成，通信方式為數據丟失率低、使用簡單且易于移植的socket通信，socket通信首先建立兩方的連接，連接建立完成后便開始傳輸數據，并且在連接狀態能完成主動推送信息的操作，不必每次均由客戶端向服務器發送請求。socket在程序內部提供了與外界通信的端口，為通信雙方的數據傳遞提供通道。其程序設計流程如圖8所示。

3.3 上位機軟件設計

手機客戶端及機頂盒上的應用均使用Android平臺，采用Java編程，上位機程序設計界面如圖9所示。用戶能進行當前溫濕度、光照強度、可燃氣體濃度等數據的實時顯示，并可通過導航欄中的報警項查看過去某段時間內各項數據的變化趨勢。當有異常情況發生時，異常信息推送到顯示界面，用戶點擊有異常情況圖標即可查看異常類型，同時用戶可以點擊異常情況圖標下的視頻查看圖標，通過3G網絡或者Internet網絡對室內情況進行遠程監視。

結 語

本智能家居安防系統具有穩定性高、誤報率低、安全便捷、操作簡單等特性，能讓用戶在任何可以連接到網絡的地方查看室內的可燃氣體濃度、溫濕度、光照強度等情況。異常情況推送及后臺自動處理能為用戶實時掌握室內情況提供幫助并進一步提供安全措施，用戶可以遠程調用視頻數據實時查看導致異常出現的原因，進而為保護家庭成員的生命財產安全提供更多可靠依據。在現代智能家居安防系統設計中有重要的參考價值。