描述

*該項目在 DFRobot 的博客中出現。請在此處參考他們的博客。

*該項目在Postscapes IoT Awards中被提名為最佳 IoT DIY 項目類別。

物聯網家庭安全模型可以使用任何智能設備和PC遠程訪問，通過互聯網從傳感器收集的數據監控房屋內的安全狀態。

宣傳影片

開啟安全模式后，房屋內發生的任何可識別的有害活動都將通過安裝的傳感器檢測到，并通過互聯網自動將警報消息轉發給房主。來自傳感器的數據將不斷存儲在云存儲中，并與基于 Web 的自定義應用程序進行交互，使其能夠在網站上顯示數據，這使房主能夠監控任何可能發生的潛在有害活動在房子內實時。該項目的另一個安全特性是?訪問控制技術，該系統使用（NFC）“近場通信”方法為已識別的有權進入房屋的個人（客人或家庭成員）提供訪問權限。

起源

這個項目最初的標題是“ Android WiFi 和基于 Web 的家庭安全系統應用程序”，是我在大學工程的最后一年提交的最后一年項目。那個時候，這個項目仍然充滿了 bug，而且還沒有達到應有的實時性（數據延遲可能超過 2 秒！）。

現在我花了一些空閑時間來翻新這個項目，讓它更接近實時，結果非常令人滿意。

本項目的結構

該模型的結構是根據示意圖部分所示的平面圖布局構建的。使用的材料是尺寸為 64.5cm (L) x 61.5cm (W) x 0.8cm (H) 的膠合板作為地面，用于建造墻壁的工藝膠合板和主要電子元件包括 6 個傳感器、1 個 NFC 讀取器和 2 個微控制器，其他小組件可以參考我的組件列表。

本項目結構模型

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因此，膠合板材料幾乎覆蓋了飾面產品的 85%。就像用混凝土建造真正的房子一樣，建造這座房子的概念完全取決于被稱為聚環氧化物或環氧樹脂的反應性預聚物和聚合物的強粘合劑類。

該模型的系統設計

該系統的設計非常簡單，它以雙向流程工作。第一個流程從傳感器通過微控制器提供的數據開始，然后通過互聯網到云端，并由任何智能設備檢索。第二個流程是用戶通過互聯網連接到安裝在家里的微控制器的響應流程，以及響應機制（LED 開/關、伺服電機、水泵等...）做出反應。就像物聯網層模型一樣，我為這個家庭模型設計了一個簡單的層次結構層。

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1 / 2 ?該項目的系統設計

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自定義實時監控 IoT Web 服務

物聯網網絡服務是我自己定制的。該網絡服務的功能包括獲取和監控傳感器數據的實時能力、家庭狀態儀表板、系統警告消息、傳感器數據存儲、完整數據記錄和安全基準配置。我還沒有完全開源代碼，但在未來會這樣做，標記我的話。? （在撰寫本文時，我編寫的 Web 服務仍有很多缺陷）。但不要失望，因為我確實發現還有一些其他的物聯網網絡服務，比如三星的 SAMI?和Freeboard.io ?（可能更多，但目前，我只知道這些）。我想用圖片分享更多關于我寫的服務的細節：

• 圖 1：與 Home 模型連接的儀表板

• 圖 2：安全基準配置

• 圖 3：數據記錄圖

• 圖 4：10分鐘數據圖示例

• 圖 5：完整數據記錄示例

• 圖 6：系統警告信息示例

• 圖 7：使用 NFC 關閉安全性示例

• 圖 8：電流尖峰條件示例

• 圖 9：實時振動傳感器

• 圖 10：實時水傳感器

• 圖 11：實時氣體傳感器

• 圖 12：實時溫度傳感器

• 圖 13：實時濕度傳感器

• 圖 14：NFC 讀取器實時數據

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1 / 14 ?連接儀表板與 Home 模型

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*對于這些圖片的更高分辨率，您可以在我的 Dropbox 中查看，請點擊此處。

建造過程：

a - 規劃和設計房屋計劃

在繪制房屋平面圖之前，房屋平面圖的原始草案是基于首先設置的傳感器和家具的布置。該倡議涉及對正在記錄的家具布置的測量和縮放，并考慮到設計房屋計劃的下一步。家具布置的實際展示如下圖所示。圖的左側是帶有微控制器配置和配電的面包板。

b - 準備建筑材料

這里涉及的材料是為房屋模型定制的。材料準備包括膠合板門制作、窗戶制作和墻壁框架。這些準備的任務如下所示。

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1 / 3 ?為墻框架設計窗戶

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另一個準備工作是系統的電路板。我使用正向預敏印刷電路板制作了自己的電路板。該方法非常簡單，您可以按照此處的完整教程進行操作。我的印刷電路板可以在下面看到。

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1 / 2 ? 此系統的印刷電路板?

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c - 準備場地和地基

這個階段，這里的“場地”一詞是指位于基礎之前的場地或地面。此處所指的地面由尺寸為 64.5 厘米（長）x 61.5 厘米（寬）x 0.8 厘米（高）的膠合板制成。

房子的地基是由 4 塊面積為 52 厘米（長）x 40 厘米（寬）的工藝膠合板組合而成。有了這個基礎，墻框架將在下一階段建立。場地和地基的準備工作如下圖所示。

在地面膠合板上鋪設基礎膠合板

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d - 完成粗構圖

這一階段對于房屋的整體結構非常重要，因為它涉及房屋的統稱為外殼或骨架，即地板系統和墻壁系統。因為這兩個系統都將在這個階段完成。與建造真實房屋的概念類似，地板和墻壁都經過適當的膠合，以牢固地固定在房屋之間并防止施加在其上的外力。在這個項目房屋模型中，地板和墻壁使用稱為環氧樹脂的強粘合劑溶液完成。完成的地板系統和墻壁系統如下圖所示。

完成的地板系統和墻壁系統?

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e - 接線過程和連接檢查

在這個階段，所有的傳感器和 NFC 模塊都安裝在計劃的位置。然后，可以進行布線過程。同時，在布線過程中，會不時測試電路的連通性，以防止任何布線錯位導致連接不當。

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1 / 2 ?我的嘗試：用于連接檢查的雜亂連接以確保傳感器正常工作

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在接線過程中，總共有多達 38 個引腳點需要在此任務中完成。對于所有連接電纜都根據墻壁系統正確分類，該系統包含 4 段，稱為墻壁 1 電纜、墻壁 2 電纜、墻壁 3 電纜和墻壁 4 電纜（總共四個主墻壁）。最后，這些電纜用強粘性環氧樹脂固定在房屋內的墻壁上。接線工程示例如下所示。

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1 / 3 ? LED 接線示例?

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f - 完成內墻框架

只有在前面的所有階段都完成后，才能建造框架的內墻。這所房子的內墻是根據步驟（a）中設計的房子平面圖，完成的工作如下所示。

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1 / 2 ? 建造內墻框架?

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g - 搬進所有家具！

最后，墻框架完成，然后可以將家具搬進來。為了使其穩定且不可移動，我使用強力粘合劑溶液，環氧樹脂將這些家具粘在地基上。

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1 / 2 ?完成物聯網家庭安全模型

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項目使用 AWS IoT

我決定使用這個項目來使用 AWS IoT。我沒有使用“HTTP”作為原始協議，而是使用 MQTT 和 AWS IoT 的安全連接修改了數據通信協議。結果效果很好，讓我展示下面的視頻演示：

AWS IoT 模型的優點在于它強調云中的安全性并涵蓋強大的身份驗證，因為要連接的每個 IoT 設備都需要憑證（X.509 證書和AWS 憑證）才能訪問消息代理。?TLS用于加密設備和代理之間的連接，從而創建端到端的安全通信。

[更新]：源代碼可在我的 GitHub 存儲庫中找到，這里

雖然與“HTTP”相比使用這種通信協議很棒，但是在這個項目中使用這種方法時有一個缺點。我的 Arduino Yun 原始源代碼似乎無法與AWS IoT 的Yun-Sdk 配合使用，“HTTP” LED 控制已過時。我想我會很快打開這個問題，并需要一些時間來解決這個問題。總體而言，所有傳感器數據工作正常。

但總體而言，數據消息運行良好，與我最初的“HTTP”方法相比，我肯定會選擇 AWS IoT 的“MQTT”。不僅因為安全性，“ MQTT ”還提供了諸如?低功耗、最小化數據包和高效信息分發等優點。

源代碼中的重要說明：

/*
       Example of Publishing a Topic in AWS IoT Home Security Model
               (Code can be found in IoTHome-Yun.ino)
*/
   char userid[] = "your-user-id-here";     // line 57
   setTopic("IoTHome/nfc/");                // line 377
   aws_iot.data(arrayTopic, value0);        // line 378
   void setTopic(char* topic){              // line 383
     *arrayTopic = 0;                       // line 384
     strcat(arrayTopic, topic);             // line 385
     strcat(arrayTopic, userid);            // line 386
   }                                        // line 387
/*
       Example of Output Topic (Code can be found in iot_config.cpp)
*/
   Serial.print(topic);    // line 106
                           // will output "IoTHome/nfc/your-user-id-here"
                           // userid is used for authentication in Web App

該項目的代碼是開源的，請參閱我的 Github 存儲庫的代碼部分，名稱為“ AWS-IoT-Home-Security-Model-HW ”。

未來的改進

家庭安全系統是智能家居構建模塊的重要組成部分之一。因此，我的考慮是包括盡可能多的傳感器，并充分利用收集到的數據是使家庭更加“智能”的關鍵，在我看來，這將與提高房屋的安全性相結合。

問題 | 問題 | 評論 | 建議

可能這個項目有一些我不知道的技術問題，你可以給我評論或私信我，你的反饋非常重視！

關于這個項目的任何問題也可以聯系我。?

歡迎各種意見和建議。