专利名称：基于物联网的家庭安防远程监控系统及其监控方法
技术领域：
本发明涉及物联网领域，具体是涉及一种基于物联网的家庭安防远程监控系统及 其监控方法。
背景技术：
近年来，随着人们生活水平不断提高，人们对家庭财产安全越来越重视。而传统的 机械式家居防卫系统存在很多隐患，传统的防盗门窗在整体美观、应急逃生等方面存在的 不足和隐患，难以满足人们对更高生活品质的追求。目前在一些高档小区也存在报警系统，但因价格昂贵不能被广大消费者所接受， 这也限制了它的推广。该报警系统需要将用户和公安部门联网，当用户家里出现警情会拨 号到公安部门，并通过已经建立的数据库及时调出用户详细信息。此类产品成本相对较高， 一般用户难以接受。
发明内容
针对现有家庭安防监控系统存在的问题，本发明提供了基于物联网的家庭安防远 程监控系统及其监控方法。本发明具有安装方便、成本低、人性化、操作方便、安全性高、有 效安防等特点，具体技术方案如下。基于物联网的家庭安防和远程监控系统，包括用于对家庭环境参数进行分析处理 的主控模块、用于采集家庭实时图像的图像采集模块、用于数据传输及向用户报警的无线 通信模块和用于采集环境参数的传感器模块；主控模块通过USB接口与图像采集模块相 连，主控模块通过RS232接口与无线通信模块相连，无线通信模块通过Zigbee无线网络与 传感器模块相连，主控模块通过音频接口与外置扬声器相连，主控模块通过RJ45网口连接 到 Internet。上述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，无线通信模块包括Zigbee模块 和GSM/GPRS模块，Zigbee模块用于主控模块与传感器模块进行通信，GSM/GPRS模块用于向 用户报警；所述图像采集模块包括USB摄像头；所述传感器模块包括Zigbee模块、MCU和多 个传感器，多个传感器与MCU得信号输入端连接，MCU的信号输出端与Zigbee模块连接。上述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，所述传感器包括红外人体感应 器、烟雾报警器、煤气传感器、温度传感器和门禁传感器；MCU控制传感器采集环境参数和 控制Zigbee模块向主控模块传送环境参数。上述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，所述的主控模块包括有USB接 口、RS232接口、RJ45网口和音频接口 ；音频接口用于播放音乐和报警信号，没人在家定时 播放录音，制造家里有人的假象，达到主动安防的效果，家庭发生意外时播放报警音频发出
报警信号。上述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，所述主控模块中移植有一个Web 服务器，录音、报警音频和家庭实时图像文件上传到该服务器，用户能远程登录Web服务器进入安防监控系统的用户操作界面，通过界面用户控制摄像头进行拍照、浏览家庭实时图 像、控制主控模块播放音乐和发出报警信号。 基于物联网的家庭安防和远程监控系统的监控方法，系统启动时，MCU通过 Zigbee模块发送各种传感器的注册码给主控模块进行注册，所述方法包括如下步骤
(1)传感器模块采集各种环境参数，主控模块对环境参数进行分析处理，所述环境 参数包括温度、烟雾浓度、煤气浓度和非法入侵信号参数；(2)如果发现有意外情况发生，主控模块控制摄像头进行拍照，采集家庭实时图像，然后主控模块对图像数据进行压缩处理；(3)主控模块控制无线通信模块中的GSM/GPRS模块给户主报警，报警方式包括短 信电话报警和彩信报警。上述所述的方法中，所述短信电话报警方式包括GSM/GPRS模块向户主发送短信 和打电话，短信描述意外情况，电话提醒用户，用户远程登录主控模块中的Web服务器，通 过网页形式浏览家庭实况图像，确认是否有意外发生；所述彩信报警方式包括GSM/GPRS 模块直接向户主发送彩信，彩信的内容包括文字和图像两部分，文字描述意外情况，图像是 家庭实况图像。上述所述的方法中，所述报警方式中的短信电话报警具体包括如下步骤(1)传感器模块检测到突发事件发生时，MCU将突发事件通过Zigbee模块发送给 主控模块，直到收到主控模块的确认信息，否则重新发送；(2)主控模块收到突发事件信息时，分析是否是是突发事件发生，如果是，就触发 摄像头拍照，并将图片进行压缩，然后控制GSM/GPRS模块发短信给户主，告诉突发事件实 况，并且打电话提醒户主，如果没收到户主的回复确认信息，就继续报警直到收到回复确认 为止；(3)户主收到报警短信时，回复收到确认信息，然后远程电脑登录所述Web服务 器，网页浏览突发事件图像，判断是否发生突发事件，如果不是，解除报警；如果是非法入 侵，向小区管理员和公安机关报警；如果是火灾、煤气泄露意外事件，户主控制监控系统现 场发出报警信号，提示值班人员发生报警的区域部位。上述所述的方法，所述报警方式中的彩信报警具体包括如下步骤(1)传感器模块检测到突发事件发生时，MCU将突发事件通过Zigbee模块发送给 主控模块，直到收到主控模块的确认信息，否则重新发送；(2)主控模块收到突发事件信息时，分析是否是是突发事件发生，如果是，就触发 摄像头拍照，并将图片进行压缩并打包，然后控制GSM/GPRS模块发彩信给户主，彩信的文 字部分告知突发事件实况，图像是突发事件的图像，如果没收到户主的回复确认信息，就继 续彩信报警，直到收到回复确认为止；(3)户主收到报警短信时，回复收到确认信息，然后查看彩信内容，判断是否发生 突发事件，如果不是解除报警；如果是非法入侵，向小区管理员和公安机关报警；如果是火 灾、煤气泄露意外事件，户主控制监控系统现场发出报警信号。上述的方法中，其特征在于没人在家时，户主能设置安防终端每隔半小时自动播 放一段音乐，制造家里有人的假象；户主还能远程登录Web服务器，控制主控模块播放音 乐，达到主动安防效果。
本发明所述的基于物联网的家庭安防远程监控系统，采用突发事件自动报警，进 一步人为确定突发事件的真假，保证安防系统报警命令的高效性和可靠性。本发明所述的 基于物联网的家庭安防远程监控系统，不仅适用于普通家庭、别墅、有多套房的业主、智能 小区，还适用于商铺、连锁店等场所。与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果(1)安全可靠传输确认、出错重传和硬件CRC较检，确保在可传输距离范围内无 线传输的数据安全性；系统启动时，MCU通过Zigbee模块发送各种传感器的注册码给主控 模块进行注册，这增加了通信的有效性。(2)安防高效性采用多种传感器进行家庭安防检测，发生意外时，安防系统自动 向用户报警，体现了系统的高效性；采用多种报警方式，增加报警有效性，人为分析确认报 警事件的真实性，进一步提高系统的安全性。(3)主动安防安防监控系统定时自动播放音乐，户主也可以远程登录Web服务器 控制播放音乐，制造家里有人的假象，主动防御非法入侵，提高安全性。(4)安防高速性发生意外时，户主远程登录Web服务器控制安防系统现场发出报 警信号，提示小区值班人员发生报警的区域部位，让值班人员可以高速锁定发生意外区域。(5)安装和使用方便在不改变家庭内部构造的基础直接安装各种传感器，主控 模块与其它模块布线连接简单；远程登录Web服务器的安防监控系统具有人性化的操作界 面，用户使用方便。(6)报警简便无论户主身处何处，只要开着手机，就能接受安防系统的报警，户 主然后可以通过手机登录Web服务器的安防监控系统进行监控。
图1是本发明中家庭安防远程监控系统网络连接图。图2是本发明中的主控模块初始化流程图。图3是本发明中的传感器模块初始化流程图。图4是本发明中的安防系统短信电话报警流程图。图5是本发明中的安防系统彩信报警流程图。
具体实施例方式本实施方式中主控模块采用ARM9微处理器S3C2410A，64MB的SDRAM内存、64MB的 NAND flash，具有多种接口，包括RS232C标准接口、USB接口、以太网接口、音频接口、GPRS 无线通信接口及基于Zigbee协议无线通信接口。其软件采用免费的Linux嵌入式操作系 统，运行摄像头拍照和图像压缩、无线模块通信、音频播放、Web服务器等程序。图像采集模 块是由两个USB摄像头组成，用于采集家庭实况图像。无线通信模块是由GSM/GPRS模块和 Zigbee无线模块组成，GSM/GPRS模块用于给户主打电话、发短信和彩信进行报警；Zigbee 无线模块用于与传感器模块进行通信，获取传感器实时参数。传感器模块是包括Zigbee模 块、MCU和五种传感器；五种传感器分别是红外人体感应器、烟雾报警器、煤气传感器、温度 传感器、门禁传感器；MC U控制传感器采集环境参数和控制Zig bee模块向主控模块传送 环境参数。所述的基于物联网的家庭安防远程监控系统的监控方法，包括如下步骤
(1)传感器模块中的传感器采集到有突发事件时，MCU单元控制Zigbee无线模块 B将突发事件通过Zigbee无线网络告知发送给无线通信模块中的Zigbee模块A。(2) Zigbee模块A将突发事件交与主控模块分析处理，若分析确认存在突发事件 时，主控模块触发摄像头进行拍照，并将拍照图片进行压缩处理。(3)主控模块将音乐、报警音频和家庭实时图片等媒体上传到Web服务器。(4)无线通信模块中GSM/GPRS模块给户主报警，报警有两种方式，户主可以根据 具体情况选择一种报警方式。报警方式一主控模块将突发事件的分析结果采用GSM/GPRS模块以短信形式发 送给户主，同时打户主电话进行提醒户主，户主回复短信确认，否则GSM/GPRS模块每隔一 分钟重新报警，直到收到户主确认短信。然后户主通过远程电脑或者手机登录Web服务器， 查看家庭实时照片，并确认是否存在突发事件。报警方式二 主控模块采用GSM/GPRS模块以彩信形式给户主报警，彩信的文字内 容是对突发事件的描述，彩信的图片内容是家庭实时照片。同样，户主也需要回复短信确 认，否则GSM/GPRS模块每隔一分钟重新彩信报警，直到收到户主确认短信。然后户主根据 彩信内容确认是否有突发事件发生。( 户主确认有突发事件发生时，根据突发事件的性质作相应策略。遇到非法入侵 时，户主可以向小区管理员和公安局报警；遇到火灾、煤气泄露等灾害时，户主登录Web服 务器，控制安防系统现场发出报警信号，提示值班人员发生报警的区域部位。(6)本发明所述的安防监控方法，除了上述所述的被动安防报警外，还有主动防御 非法入侵。户主离家时，可设置安防监控系统定时自动播放音乐，在远程，户主也可登录Web 服务器控制播放音乐，制造家里有人的假象，在一定程度上阻止非法入侵。下面再结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1，基于物联网的家庭安防远程监控系统，其包括四个模块主控模块、图像 采集模块、无线通信模块和传感器模块。(1)主控模块11 接收并分析处理图像采集模块和无线通信模块发过来的数据， 控制图像采集模块12、无线通信模块110、外置扬声器19正常运作，负责网络的连接。(2)图像采集模块12 用于监控重要区域，可安装于室内(比如保险箱位置、厨 房)或大门口，用于采集家庭实时照片。C3) Zigbee模块A13 接收传感器模块111上传的突发事件信息，然后经过RS232 串口交给主控模块11分析处理。(4)GSM/GPRS模块14 通过串口与主控模块11相连，利用AT指令控制，用于与户 主手机无线通信，电话、短信和彩信等。(5)Zigbee模块B15 用于向主控模块11上传传感器突发事件信息。(6) Zigbee无线网络16 无线通信模块110与传感器模块111通过Zigbee网络进 行通信。(7)GSM网络17 无线通信模块110中的GSM/GPRS模块14通过GSM网络17与户
主手机进行通信。(8)远程电脑18 通过hternet远程登录Web服务器112进行安防监控。(9)外置扬声器19 发生突发事件时，用于现场发出报警信号。
对于主控模块启动初始化，请参考图2，为本发明中主控模块初始化流程图。主控模块初始化流程主要包括以下步骤(1)开始启动21 系统通电启动，有相应的指示灯加以指示。(2)系统启动22 系统采用的嵌入式Linux，通电后系统自动启动。(3)加载硬件驱动23 系统启动会自动加载硬件接口驱动，如RS232、USB、网口、音 频接口等，方便外设的正常使用。(4)初始化USB摄像头M 加载USB摄像头驱动，并且初始化。(5)初始化GSM/GPRS模块25 主控模块11利用AT指令设置GSM/GPRS模块14初始化，14接收到短信都以text形式输出到串口。(6)初始化Wfeb Server 26 加载Web服务器，用户可以远程登录Web服务器的安 防监控系统的用户操作界面，通过界面用户可以控制摄像头进行拍照、浏览家庭实时图像、 控制主控模块播放音乐和发出报警信号等。(7)初始化Zigbee模块27 初始化Zigbee模块A13。(8)设定主动安防模式观检查户主离家时是否设定主动安防模式，如果设定了， 主控模块每半个小时会自动播放一段音乐，制造家里有人的假象，阻止非法入侵。对于传感器模块启动初始化，请参考图3，为本发明中传感器模块初始化流程图。传感器模块初始化流程主要包括以下步骤(1)开始启动31 系统通电启动，有相应的指示灯加以指示。(2)MCU初始化32 =MCU负责采集传感器参数和控制Zigbee模块进行通信。(3)传感器初始化33、34、35、36、37 包括温度传感器、煤气传感器、烟雾报警器、 门禁传感器、红外人体感应器的初始化。(4)初始化Zigbee模块38 =Zigbee模块B13初始化。(5)Zigbee模块给主控模块进行注册39 传感器模块给主控模块进行注册，不同 的传感器会有不同的注册码。注册成功后主控模块会回复一个确认信息，如果传感器模块 没收到确认信息，重新注册，直到成功为止。参考图4，为本发明中安防系统短信电话报警流程图。流程图步骤如下(1)传感器模块检测到突发事件41发生时，MCU将突发事件通过Zigbee模块发送 给主控模块42，直到收到主控模块的确认信息43，否则重新发送。(2)主控模块收到突发事件信息44时，分析是否是是突发事件发生45，如果是，就 触发摄像头拍照46，并将图片进行压缩47，然后控制GSM/GPRS模块发短信给户主48，告诉 突发事件实况，并且打电话提醒户主49，如果没收到户主的回复确认信息，就继续报警直到 收到回复确认为止410。(3)户主收到报警短信时411，回复收到确认信息412，然后远程电脑登录安防远 程监控系统413，网页浏览突发事件图像414，判断是否发生突发事件415，如果不是解除报 警416 ；如果是非法入侵，向小区管理员和公安机关报警417 ；如果是火灾、煤气泄露等意外 事件，户主控制监控系统现场发出报警信号418。对于安防系统彩信报警流程图，请参考图 5，为本发明中安防系统彩信报警流程图。流程图步骤如下(1)传感器模块检测到突发事件51发生时，MCU将突发事件通过Zigbee模块发送 给主控模块52，直到收到主控模块的确认信息53，否则重新发送。
(2)主控模块收到突发事件信息M时，分析是否是是突发事件发生55，如果是，就 触发摄像头拍照56，并将图片进行压缩并打包57，然后控制GSM/GPRS模块发彩信信给户主 58，彩信的文字部分告知突发事件实况，图像是突发事件的图像，如果没收到户主的回复确 认信息，就继续彩信报警，直到收到回复确认为止59。(3)户主收到报警短信时510，回复收到确认信息511，然后查看彩信内容512， 判断是否发生突发事件513，如果不是解除报警514 ；如果是非法入侵，向小区管理员和公 安机关报警515 ；如果是火灾、煤气泄露等意外事件，户主控制监控系统现场发出报警信号 516。对于上述的两种报警模式，用户可以根据自己的实际情况来订制。
权利要求
1.基于物联网的家庭安防和远程监控系统，其特征在于包括用于对家庭环境参数进行 分析处理的主控模块、用于采集家庭实时图像的图像采集模块、用于数据传输及向用户报 警的无线通信模块和用于采集环境参数的传感器模块；主控模块通过USB接口与图像采集 模块相连，主控模块通过RS232接口与无线通信模块相连，无线通信模块通过Zigbee无线 网络与传感器模块相连，主控模块通过音频接口与外置扬声器相连，主控模块通过RJ45网 □连接至丨J Internet。
2.根据要求1所述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，其特征在于无线通信模 块包括Zigbee模块和GSM/GPRS模块，Zigbee模块用于主控模块与传感器模块进行通信， GSM/GPRS模块用于向用户报警；所述图像采集模块包括USB摄像头；所述传感器模块包括 Zigbee模块、MCU和多个传感器，多个传感器与MCU的信号输入端连接，MCU的信号输出端 与Zigbee模块连接。
3.根据要求2所述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，其特征在于所述传感器 包括红外人体感应器、烟雾报警器、煤气传感器、温度传感器和门禁传感器；MCU控制传感 器采集环境参数和控制Zigbee模块向主控模块传送环境参数。
4.根据要求1所述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，其特征在于所述的主控 模块包括有USB接口、RS232接口、RJ45网口和音频接口 ；音频接口用于播放音乐和报警信 号，没人在家定时播放录音，制造家里有人的假象，达到主动安防的效果，家庭发生意外时 播放报警音频发出报警信号。
5.根据要求4所述的基于物联网的家庭安防和远程监控系统，其特征在于所述主控模 块中移植有一个Web服务器，录音、报警音频和家庭实时图像文件上传到该服务器，用户能 远程登录Web服务器进入安防监控系统的用户操作界面，通过界面用户控制摄像头进行拍 照、浏览家庭实时图像、控制主控模块播放音乐和发出报警信号。
6.权利要求1 5任一项所述基于物联网的家庭安防和远程监控系统的监控方法，其 特征在于系统启动时，MCU通过Zigbee模块发送各种传感器的注册码给主控模块进行注 册，所述方法包括如下步骤(1)传感器模块采集各种环境参数，主控模块对环境参数进行分析处理，所述环境参数 包括温度、烟雾浓度、煤气浓度和非法入侵信号参数；(2)如果发现有意外情况发生，主控模块控制摄像头进行拍照，采集家庭实时图像，然 后主控模块对图像数据进行压缩处理；(3)主控模块控制无线通信模块中的GSM/GPRS模块给户主报警，报警方式包括短信电 话报警和彩信报警。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述短信电话报警方式包括GSM/GPRS模 块向户主发送短信和打电话，短信描述意外情况，电话提醒用户，用户远程登录主控模块中 的Web服务器，通过网页形式浏览家庭实况图像，确认是否有意外发生；所述彩信报警方式 包括GSM/GPRS模块直接向户主发送彩信，彩信的内容包括文字和图像两部分，文字描述 意外情况，图像是家庭实况图像。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述报警方式中的短信电话报警具体包括 如下步骤(8. 1)传感器模块检测到突发事件发生时，MCU将突发事件通过Zigbee模块发送给主控模块，直到收到主控模块的确认信息，否则重新发送；(8. 2)主控模块收到突发事件信息时，分析是否是是突发事件发生，如果是，就触发摄 像头拍照，并将图片进行压缩，然后控制GSM/GPRS模块发短信给户主，告诉突发事件实况， 并且打电话提醒户主，如果没收到户主的回复确认信息，就继续报警直到收到回复确认为 止；(8. 3)户主收到报警短信时，回复收到确认信息，然后远程电脑登录所述Web服务器， 网页浏览突发事件图像，判断是否发生突发事件，如果不是，解除报警；如果是非法入侵，向 小区管理员和公安机关报警；如果是火灾、煤气泄露意外事件，户主控制监控系统现场发出 报警信号，提示值班人员发生报警的区域部位。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述报警方式中的彩信报警具体包括如下 步骤(9. 1)传感器模块检测到突发事件发生时，MCU将突发事件通过Zigbee模块发送给主 控模块，直到收到主控模块的确认信息，否则重新发送；(9. 2)主控模块收到突发事件信息时，分析是否是是突发事件发生，如果是，就触发摄 像头拍照，并将图片进行压缩并打包，然后控制GSM/GPRS模块发彩信给户主，彩信的文字 部分告知突发事件实况，图像是突发事件的图像，如果没收到户主的回复确认信息，就继续 彩信报警，直到收到回复确认为止；(9. 3)户主收到报警短信时，回复收到确认信息，然后查看彩信内容，判断是否发生 突发事件，如果不是解除报警；如果是非法入侵，向小区管理员和公安机关报警；如果是火 灾、煤气泄露意外事件，户主控制监控系统现场发出报警信号。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于没人在家时，户主能设置安防终端每隔半 小时自动播放一段音乐，制造家里有人的假象；户主还能远程登录Web服务器，控制主控模 块播放音乐，达到主动安防效果。
全文摘要
本发明公开基于物联网的家庭安防和远程监控系统及其监控方法，系统包括主控模块、图像采集模块、无线通信模块和传感器模块组成，控模块通过USB接口与图像采集模块相连，主控模块通过RS232接口与无线通信模块相连，无线通信模块通过Zigbee无线网络与传感器模块相连，主控模块通过音频接口与外置扬声器相连，主控模块通过RJ45网口连接到Internet。监控方法包括传感器模块采集到突发的环境参数时，图像采集模块开始采集家庭实时图像，然后主控模块将图像发送到户主手机，户主确认是否有意外发生，然后在远程做出相应处理。本发明具有安装方便、成本低、人性化、操作方便、安全性高、有效安防等特点。
文档编号H04L29/08GK102073308SQ20101052209
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月26日 优先权日2010年10月26日
发明者符云密, 陆以勤 申请人:华南理工大学