新型家庭物联网安保装置的设计

新型家庭物联网安保装置的设计

吕鹏帅 1 常学森 1 敖翔 2 王淞鹭 3 赵明阳 3 刘爱玲 3

辽宁科技大学 机械工程与自动化学院，辽宁 鞍山 114051

摘要：现在社会人口流动性大，人口老年化严重，由于年轻人的工作压力比较大，独居老人已经成为普遍现象，他们的安全成了很大的问题。一旦出现意外，不能够第一时间寻求帮助。但是随着物联网技术的快速发展，一些智能家居已经渐渐出现在寻常百姓家中，这些问题都可以解决。基于物联网技术我们设计了一套家庭物联网安保装置来保证独居老人的生活安全。整套系统包含了房门落锁、煤气泄露警报、黑暗环境人体感应灯装置，可以极大程度的保证老人的人身安全。^[1]

关键词：物联网；智能家居；无线通讯；家庭安全

0引言

装置主体分为三个部分，第一，房门落锁装置。老人外出时可能忘记锁上房门，这时候我们的装置会通过与手机连接通讯，在门锁上时会给手机发送消息，通知房门已经上锁，在没锁上的时候会发出警报声响并以发送短信的形式通知户主房门未上锁；第二，煤气泄露警报装置，老年人使用完煤气后可能会忘记关闭煤气或者没有关严煤气阀，当煤气泄露时，该装置会自动开启排风装置把煤气排到室外，避免老人一氧化碳中毒或者发生更大的影响，保证室内人员的安全，并且会给户主的手机发送煤气泄漏的消息来提醒，从而避免悲剧的发生；第三，黑暗环境人体感应灯，晚上室内黑暗时，人员行走可能会出现摔倒撞墙等危险，所以当有人员走动时，通过感应装置可以感应到有人走动并且打开LED灯照明，防止在黑暗环境下走动摔倒。通过这几个装置可以很大程度上避免一些意外发生，也可以在意外发生时第一时间通知户主从而采取最有效的方法来补救。即使家里只住着老人，也能第一时间发现险情，为户主的安全保驾护航。

1房门落锁提醒装置

（1）整体控制。采用51单片机进行整体控制处理，外部电路用PCB板实现，51系列单片机是比较传统的应用芯片，在一些要求不高的处理上应用十分广泛，其核心功能在于系统的较稳定性。

（2）信息传输。采用ESP8266串口Wi-Fi无线收发模块、SIM800c GSM GPRS模块以及HC-05主从机一体蓝牙模块，根据客户需求选择通讯功能。

（3）信息反馈。主要是对门的开关状态进行实时监控，而门锁存在假锁问题，所以通过两个压力传感器进行检测，然后返回到CPU上进行处理。^[2]

（4）提示报警功能。通过互联网传输功能，将门长时间（时间可自行设定）未关的信息通过APP消息推送到手机上，提醒客户。

（5）远程遥控功能。这一功能属于附加功能，因考虑到家庭门未关的这段时间可能会存在其他人进入的可能，不适合家庭外门控制，同时涉及门的改造，以及其他附加费用的产生，所以只为人员流通较大的企业等定制设计。

客户端

Wi-Fi模块/SIM模块

中央处理器

传感器

门的实时状态

图1 房门落锁提醒装置流程图

2煤气泄漏警报装置

1.采用51单片机进行整体控制处理，外部电路用PCB板实现，51系列单片机是比较传统的应用芯片，在一些要求不高的处理上应用十分广泛，其核心功能在于系统的较稳定性。

2.选择MQ-5特殊气体传感器检测室内环境是否有有害气体泄漏。该模块包括气敏层、电极电路、防爆装置、起爆环和针销，对液体和气体的敏感性非常高。其最大的特点是它不受乙醇和烟雾等气体诱导，从而降低了系统误报的可能性。

3.燃气泄漏报警系统的软件设计重点是实时报警信号检测和对GSM模块的有效控制。AT89C51单片机是系统检测的核心，采用c语言编程，整个系统的各个模块可以相互连接和通信，如系统初始化模块、自动关闭阀模块、自动通风模块和GSM模块。当给系统加电时，有必要通过设置上限来建立参数以提高系统的安全性。在设备结束时，系统在上电状态下进入自动检测模式。如果检测到气体浓度超过上限，它会发出警报信号，关闭阀门并启动通风模式。然后，它通过网络通信模块可以远程通知用户并执行一系列操作。^[3]

4.该装置实时检测气体泄漏报警，通过数据对比确定气体泄漏浓度，当浓度达到一定范围时发出报警信号，自动启动排风功能。AT89C51单片机和MQ-5气体灵敏度传感器作为系统的主要部件，控制气体泄漏报警，电路设计简单，可靠性高，系统的检测灵敏度和实时控制性能良好，具有很大的市场应用价值。

图2 煤气泄漏警报装置

3黑暗环境人体感应灯

晚上室内黑暗，独居老人起夜的时候可能会因为室内黑暗出现绊倒、撞墙等危险，所以当有人员走动时，通过HC-SR501人体红外感应模块可以感应到有人走过并给AT89C51单片机一个信号，控制模块就可以控制打开LED灯带进行脚下的照明，防止在黑暗环境下走动摔倒。^[4]

图3 黑暗环境人体感应灯

4结论

近年来随着经济的发展，我国人民的思想文化水平也逐渐改善。居民对智能家居的接受度不断增加，也越来越愿意尝试智能家居。另一方面我国人民的安全意识也在逐渐增强。家作为我们的避风港，家庭的安全尤为重要，我们的装置可以极大限度的保护人们的安全，假如是老人或者小孩独自在家也会保护他们的安全，即使有突发状况我们也会第一时间通知到他们的家人和有关部门。

与传统门锁或者报警装置来说，我们得装置实现了智能化。符合现在人们的生活需求和购买能力，家庭互联网安保装置在具有当前功能基础上还将优化系统，减小体积，提高易用性，加强安全性能等。使我们的产品更加智能化，为客户提供更加优质的产品，更加优质的服务，让顾客让能逐渐体会到智能家居带来的方便，提升幸福感，同时推动智能家居行业的发展，将智能家居产品推广到每家每户。

参考文献

[1] 王金龙. 基于无线传感器网络的路由算法研究及无线联网门锁系统的设计与实现[D]. 浙江工业大学硕士学位论文,2016

[2] 罗丹. 基于GPRS的袋式除尘器远程监控系统[D]. 武汉科技大学硕士学位论文,2010

[3] 于波. 基于单片机的室内环境监测系统设计[D]. 中国海洋大学硕士学位论文,2011

[4] 李居尚. 基于单片机的防酒驾系统设计[D]. 吉林大学硕士学位论文,2013

作者简介：吕鹏帅（1999.6—），男，辽宁沈阳，本科生，过程装备与控制工程专业

通讯作者：常学森（1971.6—），男，辽宁鞍山，工学博士，讲师，主要研究方向过程装备设计与制造

项目基金：辽宁科技大学大学生创新创业训练计划项目经费支持（项目编号：202010146352）