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智能家居安防系统设计的开题报告

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2020年4月19日
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北京石油化工学院
本科毕业设计（论文）开题报告

题目名称：智能家居安防系统设计
题目类型：
学生姓名： 钱 频
专 业： 测控技术与仪器
学 院： 信息工程学院
年 级： 测 102
指导教师： 李 阳

2月25日

一、 选题背景、研究意义及文献综述
1. 选题背景
智能家居概念的起源很早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化，整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的City Place Building时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术集成各种家居生活设施，构建高效的住宅设施与家庭事务的管理系统，与传统意义上的家居相比，智能家居提供了全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，智能家居安防系统是未来家居的发展趋势，其目的是为人们提供一个安全、舒适、高效和便利的生活环境，智能家居安防已成为国内外研究的热点，具有广阔的应用价值和市场需求。
随着互联网的发展，特别是无线网络的出现和发展，智能家居逐步进入网络化时代。它能提供照明控制、远程家电控制、安防报警、室内外遥控、自动窗帘、可编程定时控制等多种功能和手段，使人们的生活更加安全、舒适、和便捷。
智能家居是利用自动控制技术、传感器技术、网络通讯技术、音视频技术和计算机技术将与家居生活有关的设备集成于一体，以提升家居安全性、便利性、舒适性，以构建高品质的家居环境为目的的智能家居控制系统、智能家居系统包含的主要子系统有：家居布线系统、家庭网络系统、智能家居（中央）控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统等。其中家庭安防系统是智能家居安防系统中最重要的子系统，但受家居安防产品价格昂贵，误报率高的限制，当前中国的住宅小区只是实现了简单的安防对讲系统的普及，功能单一，处于安防产品应用的初级阶段，构建价格低廉、性能可靠的智能家居安防产品将有重大的社会价值和巨大的商业潜力。
2. 研究意义
安全，是人类生活永恒的主题，在当前的社会生活环境下，安全问题显得尤为突出，采用高科技的手段实现安全防范是当前保障人生、财产安全的明智选择。随着新器件和新技术的出现，家居安防系统将会更加智能化，也将为人们提供更加安全可靠的保障。智能家居安防系统将为我们的家庭构筑一道坚固的安全防线，有了它我们的生活将会更加美好。利用GPRS技术、嵌入式技术、及无线网络技术、传感器技术、数字视频技术等，设计并实现了一种基于无线网络技术的智能家居安防系统。利用无线网络技术布点方便的优势，覆盖用户住宅，节点由无线模块、环境监测传感器及外围器件组成。由主控节点进行控制，在发现警情后拍摄现场，并将图像信息及警情信息发送至主控节点。主控节点利用GPRS模块远程通知用户手机，同时，用户能够经过手机或互联网远程控制系统对所属节点进行相应控制。实践表明，该智能家居系统具有成本低、功耗低、布点方便等特点。
高科技产品的应用使我们的生活更加的便利，可是便利生活也会给我们的家居带来了不少安全的隐患，比如说各种电器的燃烧和爆炸、电线短路造成的触电、煤气管道的泄露等等，对人们的生命安全造成了很大的威胁。而且当今社会中仍有很多的不法分子在活动，抢劫盗窃犯罪现象屡见不鲜，而且犯罪的手段也趋向于更职业化和高智能化，因此作为智能家居中最重要的安防系统的研究具有迫切的意义。
网络化的家居系统已经渐渐走入我们的生活，经过家居网络我们能够实现三表的网络化管理、家居内环境参数的远程监视、家用电器的远程监控、家居视频监控以及安全防盗网络系统等等。网络化的家居系统具有环保、安全、可靠、低成本、可扩展性强的特点，是未来家居发展的方向。
对于一个安防系统来说，最重要的就是系统的可靠性和稳定性。可靠性就是安防系统有警必报无警不会误报，稳定性就是系统能够长时间无故障地工作。本文采用低功耗、低成本、自组织、短距离的无线传感器网络技术来组建智能化家居网络，系统无需布线，灵活性和可扩展性都大大增加，节点大范围地分布于家居内并采用一系列的应答机制和算法来处理安防数据以提高系统的可靠性，某一个节点的损坏并不会影响系统的整体性能保证了系统的稳定性。基于无线传感器网络德尔智能家居安防系统从功耗、成本、稳定性和可靠性都拥有不可比拟的优势，对于更好的保障人们的生命财产安全具有重大的意义。
3. 文献综述
智能家居安防系统是集信息技术、网络技术、传感技术、无线电技术、模糊控制技术等多种技术为一体的综合应用，利用现代的宽带信息网络和无线电网络平台将家电控制、家庭环境控制、家庭监视监测、家庭信息交流、家庭安全防范、家庭娱乐、小区管理和服务集为一体构成的智能系统产品，具有较强的技术性和前瞻性[1]。
随着社会的不断发展，人们生活水平的不断提高，开始越来越多的人们关注生活条件的安全性和生活质量的可靠性。城市人口的膨胀、外来人口的不断增加及煤气和大量家用电器设备使用中的不安全因素等，对小区居民的生命和财产造成了威胁，其中给居民生命和财产带来了最大威胁的为以下两大方面，一方面是恶意侵害（如入室偷窃、抢劫、凶杀），另一方面是意外事故（如火灾、煤气泄露），个人用户对家庭安全需求的增长越来越快[2]。与此同时，传统的机械式或单纯依靠人为控制和操作的安防系统在实际的使用中暴露出了很多隐患和不足，远远达不到人们对智能生活的要求[3]。
计算技术的大量普及使得数字智能化的安防系统开始在中国普通家庭出现，这些案发该系统大多是以单片机为核心，由于单片机的局限性，使得以单片机为核心的安防检测系统越来越不能满足人们的要求，日趋显示出其缺陷，自嵌入式引入中国后，嵌入式操作系统以其优势使基于嵌入式系统的安防检测系统能实现更多更复杂的安防功能，使安防系统功能更加完善和人性化，更能满足人们不断提出的要求[4]。
安防系统作为智能家居的一部分，随着智能家居的发展而发展。智能住宅的概念最早出现于美国，美国的智能住宅发展也是最为迅猛。继美国之后，欧洲、韩国、日本、新加坡等国的住宅智能化也得到了飞速发展。在中国，智能住宅这一概念推广较晚，但其发展的速度非常快。当前国内处于发展初期，而国外已经处于快速发展阶段[5]。国内的发展是引入国外技术的前提下从而进入了一个系统的发展历程，因此国内的智能家居发展前景是非常值得期待的[6]。
美国是世界上第一个提出智能家居技术的国家，它于1984年建筑的世界上第一家智能家居安防拉开了智能家居的帷幕，随后智能家居开始在欧洲、东南亚等经济较发达的国家相继推广和发展开来，并提出了各自不同标准的智能家居技术系统方案，而且在一些国家已经得到了相当的应用。新加坡在1998年5月推出的8X智能家居系统现在已经在国内得到了相当大的采用，采用智能家居系统的家庭实现了智能家居的智能化控制[7]。在美国，有一种叫X-10的智能家居产品，它主要为单体别墅而设计和多用于旧房的改造，当前，该产品已经在美国占据主流市场，已得到广泛的使用[8]。
中国数字家庭的概念推出的比较晚，国内的第一家智能家居企业出现于90年代末 代初，它是在比尔盖茨在中国推广的“维纳斯计划”，的影响下孕育而生的[9]。 - ，国内各大供应IT产品的厂商以E家联盟的形式组成了闪联，开始在各种大城市里开办各种智能家居专卖店和亲身体验服务，可是这些专卖店的产品多限于灯光、多媒体集合的应用。之后到现在，中国的众多安防企业开始纷纷加入智能家居企业，智能家居便开始进入发展初期。现在国内的智能家居控制终端的功能越来越全面和完善，也正在走向成熟，初步完成了智能家居控制系统的多样化[10]。当前智能家居企业在中国还处于发展初期，还在逐步的成长中，但国内还没有正式颁布相关的智能家居行业的技术标准，各大厂家各自分别采用不同的技术实现家居数字化，这在一定的程度上制约了国内智能家居行业的技术发展[11]。
面对国内的智能家居市场几乎空白的情况，国内一些传统家电业的巨头也开始进入智能化家居市场，并各自提出了符合中国国情的智能家居协议标准。由信息产业部牵头，联想和康佳、海信、长城、TCL等五家厂商联合发起组建了“闪联”和标准工作组（IGRS）。该工作提出了新一代网络信息设备接口规范和交换技术，并设计了全新的网络架构实现了智能设备互联、资源共享和协同服务；还有由清华同方、中国网通与春兰等7家公司共同缔造的“家庭网络标准产业联盟”也成为E家佳（Itophome）,现在已经有将近300家成员，是国内规模最大的家庭网络标准组织之一[12]。该组织提出基于TCP\IP协议的智能家庭网络系统，采用了全球最先进的计算机技术、通讯技术、综合布线技术等。国内这些标准都以完善产业链的形式搭建起家庭网络系统平台，随着这些国内智能家居相关产业的逐渐成熟，智能家居系统必然在中国有广阔的市场空间[13]。
智能家居是以家为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、网络家电自动化和智能化，集系统、结构、服务、管理、控制于一体的有效、舒适、安全、便利、节能、环保的家居环境。智能家居系统是将家中与信息有关的通信设备、家用电器和家庭安全装置经过家庭总线（家庭网络）技术连接到一个家庭智能化系统上，进行集中管理或远程监视、控制及家庭事务管理[14]。安防系统是指安全防范集成安装系统，主要包括多种监测和报警功能，是智能家居的一个重要组成部分[15]。
二． 研究的基本内容，拟解决的主要问题
1） 温度实时、准确的显示。经过数字式温度传感器进行温度采集，经过单片机对采集到的数据进行处理，由LED显示屏对当前的温度值进行显示。
2） 键盘键入并显示。操作人员可根据不同时间段将温度值由键盘输入并由显示器进行显示，便于调节人们感觉最舒适的温度。
3） 超限报警功能。报警模块具有两项功能，即为报警灯和声音报警。当采集到的温度与标准值之间存在较大差异时，及时启动报警装置进行报警，并采取相应的措施。
4） 实现通讯功能。配有通信接口可方便的与计算机进行通信，将采集到的温度传送到计算机上，留下采集到的历史数据，以方便专业人士进行研究。

三、 研究步骤.方法
1） 了解智能家居相关资料的文献并翻译。
2） 撰写开题报告。
3） 进行数据的采集、分析计算和处理。
4） 提出几种可实行的方案。
5） 在实验室进行硬件焊接和软件调试。
四、 研究工作进度
第1-4周：熟悉题目、查阅文献资料，翻译本专业原文资料，确认系统硬件方案，写开题报告。
第5-6周：画流程图，硬件电路搭建。

第7-8周：编写程序，硬件电路搭建，画流程图。

第9-10周：编写程序，硬件电路搭建，画流程图。

第11-14周：硬件电路调试，软件电路调试，编写程序。

第15-17周：整理软硬件资料，编写论文。

第18周：毕业答辩，交论文。

五、 主要参考文献
[1]李元元，基于Android平台的智能家居安防系统设计.第34卷,第6期， .138-140
[2]李子云，基于无线网络的智能家居安防系统. .32-36.
[3]刘海亮，曹家年，郭逢丽.嵌入式智能家居安防系统的研究与实现. .62-66.
[4]张发，智能家居安防监控系统的设计及软件实现研究. .151
[5]任红霞，基于GPRS的智能家居安防监控系统.第7卷，第29期， .7239-7240
[6]张佳欢，基于ZigBee技术的无线家居安防系统设计.第5期， .79-82
[7]杨广学，李凤娇，慕香永，余腾伟，基于物联网的家居安防系统设计.第30卷增刊2, .314-318
[8]王新杰，谵向华，嵌入式智能家居安防监控系统. .28.39
[9]魏平俊，方向前，韩建勋，一种智能家居安防系统的电路设计. .624-628.
[10]武璐，智能家居家庭安防系统的设计与实现. .286-287.
[11]许凯军，林国锡，侯北平，基于GPRS的智能家居安防系统的设计.第22卷，第1期， .25-30
[12]廖秋香，基于ZigBee技术的智能家居安防系统设计研究， .16
[13]杨堤，基于物联网的智能家居控制系统设计与实现， .16-17
[14]王君，嵌入式智能家居安防监控系统的设计，第31卷，第10期， .44-49
[15]夏汉川，吴伟民，谢嵘，樊敏，智能家居家庭安防系统的设计与实现， .62-67

六、 系（教研室）评议意见

评议人：

2月25日