一种室内智能监控系统设计

摘要：文中采用物联网技术，通过温度、烟雾和一氧化碳等传感器将采集信号输入中央处理器进行数据融合，智能分析；处理结果通过GSM／GPRS无线通讯实时传递给该室主人进行远程交互，实现远程监控。
关键词：物联网；室内监控；实时；无线通讯

0 引言
    物联网是基于互联网和信息传输的一项新技术，通过信息传感设备，将物体与人类社会连接起来，从而实现物物信息交流。随着科学技术的不断发展和社会的进步，人们对家居环境软硬件的要求不断提高。过去几年，智能家居在中国乃至世界发展速度迅猛。短短几年的发展，市场上涌现出的智能家居监控产品种类繁多，层出不穷，其主要发展趋势为网络化、智能化、一体化、成本低廉化。
    目前智能小区的研究主要集中在商业大厦和办公大楼的整体控制上，而对单户型的室内智能控制研究甚少，所以室内智能监测系统的研究具有重大的现实意义和很大的研究空间。另一方面，随着经济发展和社会进步，人们对现代化居住和办公的环境提出了更高要求，使得构建智能小区的呼声越来越高，而要构建智能小区，室内智能监控系统必不可少。
    本文提出了一种基于GSM／GPRS的室内监控系统，采用多路传感器、C8051F040单片机及SIM300无线通信模块构成数据采集、处理、发送系统，能够连续实时地对现场环境进行监控，并通过GSM／GPRS通讯网络，将异常信息及时反馈。

1 基于单片机的智能监控系统
1．1 系统硬件设计
    为了实现对家居环境防火等的智能监控，设计了以单片机为主控制器，以无线MODEM为通信载体的智能监控模块。智能监控系统的组成包括数据信息采集模块、智能监控模块、GSM／GPRS通信网络、用户手机或智能监控中心。智能监控系统组成框图如图1所示。

    本系统采用温度传感器、一氧化碳传感器和烟雾传感器，室内发生火灾或发生有毒气体泄漏时，室内空气的温度会发生变化，烟雾及有毒气体等的浓度等级也会有明显的变化，可以通过相应的传感装置进行室内信息的实时采集。
1．2 多传感器数据融合
    图2所示为基于神经网络的多传感器信息智能处理系统，该系统由三部分组成：传感器测量和特征参量的提取、神经网络对信号的处理、识别与决断。传感器测量部分由各传感器实现对温度、烟雾浓度和CO浓度等的测量，检测到的信号经过预处理和特征提取后，变成神经网络能够识别处理的输入信号，经神经网络智能化处理后计算出火灾发生的概率，再由控制器分析和判断。

    智能化处理是该系统的核心部分，是进一步提高可靠性和减少误报率的关键所在。神经网络有很强的环境适应性、学习能力、容错能力和并行处理能力，使信号处理过程更接近于人脑的思维活动。当输入输出关系无法用具体的函数表达式来描述时，神经网络智能算法通过学习、训练、仿真，便可以模拟出输入输出内在的联系，以达到智能的效果。

2 人机远程交互实现
    GPRS是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势：更有效的利用无线网络信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输；支持的数据传输的速率更高，理论峰值达115kbps；计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费；GPRS还能支持在进行数据传输的同时进行语音通话等。
    本系统采用GSM／GPRS网络进行报警内容的远程传输。该功能由SIM300模块来实现，SIM300是一款三频段GSM／GPRS模块，能够提供GSM短信发射通道等。该模块内部还集成了TCP／IP协议栈，并且扩展了TCP／IP AT指令，便于用户开发数据传输设备。系统装设SIM卡槽，当出现报警信号时，单片机通过发送AT指令给SIM300将事先编程好的报警内容发送到户主手机上实现无线报警功能。

    发送短信时，首先要对串口进行初始化，设定将要发送短信的编码方式，短信收发系统软件将短信息中心地址、发送的目的地址、短信信息按照PDU数据格式编码实现，发送AT指令给SIM300模块，实现信息的发送，最终将信息以中文形式发送到户主手机上。同时，户主可以发送短信给SIM300模块，然后通过单片机控制家庭设备，比如开窗、关闭家用电器等，从而实现了人机的远程交互。发送，接收信息的具体流程如图3和图4所示。

3 结束语
    本系统设计以市场为导向，以科研项目为背景，以实际工作需要为目的，更多地从实际应用的角度来研究设计了室内物联网监控系统。本系统实现了基于GSM／GPRS无线通讯网络的智能家居监控系统，具有较强的实用性和先进性，其方法可推广到其它领域，具有广阔的应用前景。