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基于GSM的智能家居安全系统的入侵检测

Omorogiuwa Eseosa1, Elechi Promise2
1Department of Electrical/Electronic Engineering
University of Port Harcourt, Port Harcourt, Nigeria
2Department of Electrical Engineering,
Rivers State University of Science and Technology, Port Harcourt, Nigeria

摘要

传统的安全系统是最常被使用于保护生命和财产安全的方式,但其具有一定的局限性,如无法实时监控人类活动及家庭环境,具体包括入侵者、火、烟雾等出现的情况。这些局限性在大多数情况下,会导致生命财产的损失。该工作包括设计和构建GSM智能家居安全系统，可用于实时监控入侵者。它包括入侵检测传感器、(压力、烟/火、气体和PIR运动)、无线传感器、嵌入式C语言的可编程微控制器、稳压电源单元、proteus(电路模拟器)、继电器、GSM调制解调器、移动电话、数据采集节点和接口程序开发。在建模前进行了设计计算和分析，采用了proteus进行仿真。当PIR发现入侵者(以温度、气体泄漏、压力等形式)时，相关的传感装置响应，微控制器将编码的报警信号发送到在家中建立的无线传感器网络。一旦收到报警信号，就会立即通过GSM网络向用户(大楼的所有者)发送报警短信。最终对此设计进行了分析和计算，取得了良好的结果。

关键词：入侵者，探测器，GSM，智能和安全。

在当下数字技术和智能系统的时代，家庭自动化已经成为世界上发展最快的应用技术之一。在过去的十年里，随着数字和无线技术的融合，舒适家居的理念已经被改变。该技术的实现主要依赖于接收发送的短消息服务(SMS)，之后可根据实际需要进行进一步的处理以执行几个操作。在该文章中，有几种术语被广泛使用，如全球移动通信系统(GSM)、SMS等，那是大多数数字移动电话(也称为短信服务)的一种服务。在简要的情况下，智能家居可以被描述为完全自动化的家庭，其在执行预定任务时，提供反馈给家庭用户，并根据实际情况作出相应的反应。智能家居安全系统，如受控网络、通讯系统、应急响应、防盗监控系统等，都需要自动控制系统和足够的控制距离。智能家居安全系统在智能家居中扮演重要角色，其可通过用户身份认证提供额外的安全层，以防止入口点的入侵，并追踪在家中附近的非法入侵或活动。在各种智能家居安全系统的设计中有许多研究，如基于传感器的系统的应答和触控系统，如指纹打印和手掌打印扫描，都需要大量的输入设备。许多智能家居安全系统都基于单一系统。GSM技术为偏远地区的智能家居安全系统提供了便利。

本文旨在设计一种基于GSM的智能家居安全系统，通过被动红外探测器对监控区域进行入侵检测。在家庭安全方面，入侵探测器有一个发射机和便携式接收器，通过SMS在入室或使用武力进入家庭的情况下通过SMS通知房主。

多年来，家庭安全系统一直是科幻小说的一大特色，但自从20世纪初，随着家用电器的普及和信息技术的迅速发展，家庭安全系统已经成为现实。早期的遥控装置在19世纪后期开始出现，例如，尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)在一项名为“控制移动船只和车辆的机制的方法”的研究工作中获得了对船舶和车辆进行远程控制的专利(特斯拉，1898年)。家用电器的出现始于1915年至1920年。更重要的是，随着家庭佣人的减少，家庭需要廉价的机械替代品。然而，国内的电力供应仍处于初期阶段，这意味着这一奢侈品只能为在2003年调查和出版的哈珀中提到的富裕家庭提供。类似于智能家居安全系统的想法起源于上世纪30年代的世界博览会(Mann, 2005)，当时提及此想法的报告的标题是“智能技术的老化、残疾和独立描绘了电气化和自动化的家庭”。1966年，吉姆·萨瑟兰(Jim Sutherland)在西屋电气公司(Westinghouse Electric)开发了名为“回声IV”(ECHO IV)的家庭安全系统。然而，这是一个私人项目，从未商业化。第一个“有线之家”是由美国业余爱好者在20世纪60年代使用当时可用的技术建造的。“智能家居”一词最初是美国房屋建筑商协会在1984年发明的微控制器。随着时间的推移，电子控制的成本迅速下降，使其更容易被负担。远程和智能控制技术被世界各地的建筑服务行业和家电制造商采用，因为它们为终端用户提供了易于访问和/或更大的产品控制(Harper, 2003)。在20世纪90年代，家庭安全系统在该年代的10年结束时变得突出，domotics通常被用来描述任何系统中信息学和远程信息技术结合在一起来支持家庭的活动。这句话似乎是由domus(拉丁语意为house)和informatics所组成的合成词，具体指的是计算机技术在家用电器上的应用(Gerhart, 1999)，正如作者在《家庭自动化与布线》中所描述的那样。尽管人们对家庭安全系统很感兴趣，但到1990年底，这种系统仍然没有被广泛的应用，因为它仍然被认为是业余爱好者或富人涉足的领域，这其中主要的原因是由于缺乏单一的、简化的、协议和高成本的设备，从而导致客户无法负担得起。

研究人员称，尽管2012年美国安装了100万套住房安全系统，但仍有很大的增长空间，并预测至2017年将有超过800万的出货量(ABI Research, 2012)。

智能家居安全系统包括家庭或家庭活动的自动化，如大门和门的安全锁。总体思路是在应用程序的位置/领域提供更高的效率和安全性。近年来，由于智能手机、互联网连接/设施和电缆连接的简化设计，家庭自动化的普及程度越来越高。设备可以通过计算机网络连接，以允许个人计算机进行控制，并允许远程访问internet。通过将信息技术与家庭安全相结合，系统能够以一种综合的方式进行通信，从而带来便利，提高能源效率和安全效益。

基于GSM的智能家居安全系统是指利用设备和信息技术来控制家庭功能/系统(如窗户、门等)。任何系统中要控制的参数都可能非常简单/复杂。这些可以从单一的照明控制，到通过复杂的计算机/单片机网络控制和不同程度的自动化。为了方便、安全和提高能源效率，采用家庭安全系统时，需要控制器设备的互连性很好，家电/设备和控制器之间有明显的通信。例如，在发生任何入侵时，通过电话线发送警报消息。然后，家庭智能自动装置就会启动，并会调用邻居或任何其他专门用于入侵监控的紧急线路，通过GSM手机或网络浏览器进行监控。智能家居自动化系统的应用领域之一是烟雾探测。当烟雾探测器检测到火灾或烟雾情况时，可以触发智能家居安全系统远程监控，该系统还可以通过手机给房主打电话提醒他们，或者提醒邻居。

表1描述了为智能安全系统选择的传感器。它描述了传感器的选择、类型和名称来匹配工作的目的。

表1:智能安全系统的传感器

2.入侵警报系统概述

入侵警报系统和检测器特别关注应用的几种技术，包括通过GSM/GPRS、TCP/IP无线传输和接收警报消息和命令，它涉及到基于web的入侵警报监视的控制硬件和软件的开发。本文详细介绍了为业主安装防盗报警系统的实用技术。分布式网络入侵警报系统的新开发，不仅包括传统的信号传输处理功能，而且还包括新的智能决策功能，这是当今入侵警报设计人员面临的挑战。基于web的入侵警报系统可能包括使用分布式网络(“网格”)，使每个节点能够在整个安全范围问题(Antunes, 2007)中动态配置其功能。分布式网络智能将允许入侵警报系统以更有效的方式对多信号入侵情况作出反应，同时也能够更准确地分辨实际的安全违规操作。

2.1 GSM基本规范

表: 2 GSM 接口规格.

补充的ISDN服务，本质上是数字的，其功能包括呼叫转移、关闭用户组和调用者标识。补充服务还包括短消息服务(SMS)。

3材料和方法

3.1供电单元(PSU)

供电单元(图1)由240V/12V、500mA的变压器，桥式整流器，1000micro;f / 35 v电容器,7805稳压状态指示器LED,1 kΏ用于防止LED电压过大的电阻组成。240V/50Hz电源作为变压器的输入，然后通过变压器使电压降至12V，然后通过整流器，然后将其转换为D.C电压。由电容器将电压平滑直流(D.C.)。7805用于调节电压，使电压转变为Vcc所需的5V直流电压。这个Vcc是作为各种负载的电源电压。供电单元的特点和直流电压的分布对系统的各个部分都有一定的影响。

直流电压是通过240V/12V变压器从电源上隔离，然后输出到桥式整流器的输出电压。整流电路由二极管配置成全波桥式整流模式。在设计中使用的调节器提供了稳定的直流电压(5v /-0.1%)，输出电压用于驱动设计中用到的所有芯片。电容器的设计目的是过滤和消除出现在电源输入或输出上的交流电压。

图1:调节电源的电路图

这项工作的实施涉及到硬件和软件组件的使用。硬件组件列表如下:GSM模块、串行驱动程序或通信器(RS 232)、单片机、晶体管、继电器。所使用的软件包括:c 嵌入式编程语言和Proteus软件(电路仿真)。以下显示了结构框图。

系统结构图

3.2 GSM模块

GSM调制解调器是一种特殊的调制解调器，它使用SIM卡，并使用移动运营商的服务。当GSM调制解调器和计算机相互连接时，通过移动网络进行通信。虽然这些GSM调制解调器最常用于提供移动互联网连接，但它们中的大多数也可以用于发送和接收SMS和MMS消息。该设备还可以接收和处理来自几乎所有GSM频带的GSM信号。

GSM调制解调器可以是一个具有串行、USB或蓝牙连接的专用调制解调器设备，或提供GSM调制解调器功能的移动电话。为了执行任务，GSM调制解调器必须支持发送/接收SMS消息的“扩展AT命令集”。用于工作的GSM调制解调器使用标准的命令配置，可以执行常规电话的操作。该模块的主要用途是它能够与其他电路元件(如微处理器)进行交互，从而使其能够与其他系统一起嵌入。

3.3单片机

图2是基于GSM的智能家居安全系统的电路图。微控制器在两个系统之间创建/支持接口，

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