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基于树莓派与微信的室内物联网安防系统

更新时间：2019-12-22 14:32:46 大小：807K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：树莓派物联网安防系统 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

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为实现对室内环境的安防监控,利用传感器和摄像头对室内环境进行数据采集,并通过树莓派将数据上传至服务器或数据库中,供用户通过微信公众平台查看.当室内环境出现异常情况时,微信公众平台自动向用户发送报警信息,并根据时间间隔和异常情况是否得到处理确定是否重新发送报警信息.测试结果表明:系统工作可靠,可移植性高,对室内安防具有重要意义.

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２０１７年第３６卷第１１

期

传感器与微系统（ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄＭｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ

）

１０９

０１０９０３

ＤＯＩ

：１０．１３８７３／Ｊ．１０００

—

９７８７

（

２０１７

）

１１

—

基于树莓派与微信的室内物联网安防系统

周炳贵，刘庆楷，邱桔

（暨南大学电气信息学院，广东珠海 ^{５１９０７０}

）

摘要：为实现对室内环境的安防监控，利用传感器和摄像头对室内环境进行数据采集，并通过树莓派将

数据上传至服务器或数据库中，供用户通过微信公众平台查看。当室内环境出现异常情况时，微信公众平

台自动向用户发送报警信息，并根据时间间隔和异常情况是否得到处理确定是否重新发送报警信息。测

试结果表明：系统工作可靠，可移植性高，对室内安防具有重要意义。

关键词：物联网技术；室内安防监控；传感器阵列；树莓派；微信

中图分类号：ＴＰ２７７

文献标识码：

Ａ

文章编号：１０００

—

９７８７

（

２０１７

）

１１

—

０１０９

—

０３

ＩｎｄｏｏｒＩＯＴｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＲａｓｐｂｅｒｒｙ

ＰｉａｎｄＷｅＣｈａｔ

ＺＨＯＵＢｉｎｇ-ｇｕｉ

，

ＬＩＵＱｉｎｇ-ｋａｉ

，

ＱＩＵＪｕ

（

ＣｏllｅｇｅｏｆＥlｅｃｔｒｉｃａl ａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ

，

ＪｉｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

，

Ｚｈｕｈａｉ５１９０７０

，

Ｃｈｉｎａ

）

Ａｂｓｔｒａｃｔ

：

ＢａｓｅｄｏｎＲａｓｐｂｅｒｒｙＰｉａｎｄＷｅＣｈａｔａｎｉｎｔｅｒｉｏｒＩＯＴｓｅｃｕｒｉｔｙｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓａｒｒａｙ

，

ａｎｄａｃａｍｅｒａｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｉｎｄｏｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓａｒｒａｙａｎｄｃａｍｅｒａａｒｅｕｓｅｄｆｏｒｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍ

ｉｎｄｏｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＲａｓｐｂｅｒｒｙＰｉｆｏｒｕｐｌｏａｄｉｎｇｃｏｌｌｅｃｔｅｄｄａｔａｔｏａｓｅｒｖｅｒｏｒｄａｔａｂａｓｅｆｏｒｕｓｅｒｓｔｏｖｉｅｗｔｈｒｏｕｇｈ

ＷｅＣｈａｔ．ＷｈｅｎｅｖｅｒａｎａｂｎｏｒｍａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｃｃｕｒｓｉｎｉｎｄｏｏｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＷｅＣｈａｔｐｕｂｌｉｃｐｌａｔｆｏｒｍａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ

，

ｓｅｎｄｓａｌａｒｍｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｏｕｓｅｒｓ．Ｉｔａｌｓｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｗｈｅｔｈｅｒｏｒｎｏｔｔｏｒｅｐｅａｔｓｅｎｄｉｎｇａｌａｒｍｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｅｐｅｎｄｅｄ

ｏｎｔｈｅｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌａｎｄｗｈｅｔｈｅｒａｂｎｏｒｍａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｔｏｂｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄ

ｐｏｒｔａｂｌｅｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｏｒｉｎｄｏｏｒｓｅｃｕｒｉｔｙ．

，

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

：

Ｉｎｔｅｒｎｅｔｏｆｔｈｉｎｇｓ

（

ＩＯＴ

）

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

；

ｉｎｄｏｏｒｓｅｃｕｒｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

；

ｓｅｎｓｏｒｓａｒｒａｙ

；

ＲａｓｐｂｅｒｒｙＰｉＷｅ-

；

Ｃｈａｔ

０

引言

服务器、微信服务器、微信公众平台

，４］

６

个部分组成。树莓派

室内环境的安防问题一直受到重视。随着计算机、通作为物联网服务器^［^３，一方面负责与传感器阵列和摄像

信和微电子技术的飞速发展和人民生活水平的提高，对于头连接，采集环境数据与拍摄环境图像，另一方面将数据与

］

室内环境的安全性与可管理性也有了更高的要求^［１。视图像上传至服务器。当用户通过微信公众平台发起菜单事

频监控作为最传统的室内安防手段，在使用中暴露出来的件请求，微信服务器响应这一事件，根据事件请求的类型，

缺点有：缺乏对环境参数如温度，光照强度等的监控，工程或是访问服务器的数据库以读取环境数据，或是要求服务

量大，成本高，需要人工关注而无法自动报警等。随着物联器上传最新的图像到微信服务器，然后将数据转发到用户

网、传感器技术、现代通信技术的不断发展，室内安防也得

到了飞跃性的发展。嵌入式远程监控安防系统出现并一直

］

向着低功耗、多功能、高性能方向发展^［２。为了实现监控

的微信公众平台。此外，对服务器设置定时任务，使得其每

隔一段时间便可以自动检查环境数据，出现危险情况时及

时通过微信公众平台的模板消息功能向用户发出警报。服

务器使用^{Ｌｉｎｕｘ}虚拟主机，价格较为低廉。

的专业化、自动化，降低成本以及提高安防系统的质量，本

文进行了以下尝试：以树莓派为主机，使用传感器阵列与摄

像头收集环境参数，以微信作为用户终端，构建了一套可操

作性强且成本较低的室内安防系统。

摄像头

拍ꢁ图像

物

数据上传

ꢀ据返回

微信服务器

访问服务器菜单事件请求

ꢀ据返回

联

网

服

务

器

树莓派 3B

采集ꢀ据

传感器阵列

服务器

微信公从平台

１

系统结构

如图所示，系统由传感器阵列、摄像头、树莓派^３Ｂ

图１系统结构框图

１

、

收稿日期： ^万方数据

２０１７

—０９

—０１

传感器与微系统

第３６卷

１１０

表２数据与数据库相应表名及属性

２

数据采集

采集的数据分为两种：传感器采集的数值型数据与摄

数据

表名

ｇｕａｎｇ-

ｍｉｎ

属性

ｌｉｇｈｔｄｅｃｉｍａｌ

ｄｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔ_ｔｉｍｅｓｔａｍｐ

ｆｌａｍｅｄｅｃｉｍａｌｔｉｍｅｔｉｍｅｓｔａｍｐ

ｄｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔ_ｔｉｍｅｓｔａｍｐ

ｈｕｍａｎｄｅｃｉｍａｌｔｉｍｅｔｉｍｅｓｔａｍｐ

ｄｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔ_ｔｉｍｅｓｔａｍｐ

ｔｅｍｐｄｅｃｉｍａｌｈｕｍｄｅｃｉｍａｌ

ｔｉｍｅｔｉｍｅｓｔａｍｐｄｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔ_ｔｉｍｅｓｔａｍｐ

ｓｍｏｋｅｄｅｃｉｍａｌｔｉｍｅｔｉｍｅｓｔａｍｐ

ｄｅｆａｕｌｔｃｕｒｒｅｎｔ_ｔｉｍｅｓｔａｍｐ

（

４

，

０

）

ｔｉｍｅｔｉｍｅｓｔａｍｐ

像头拍摄的图像数据。某些室内环境对环境参数的要求很

高，尤其存放重要电子设备的场所，环境必须受控，所以，有

］

必要在监控系统中加入检测环境参数传感器^［５。传感器

光线强度

（，）

１

０

火焰强度

ｈｕｏｙａｎ

可以选用集成有微处理器的传感器，加装无线串口模块实

现与树莓派的通信。采用无线串口模块可以实现在面积较

大的室内环境中布置较多的传感器而无需考虑布线问题。

（，）

４

０

人体感应强度

温度湿度

ｒｅｎｔｉ

ｗｅｎ-

ｓｈｉｄｕ

（

３

，

１

）

（，）

３

１

本文安防系统使用了种数值型传感器，分别为光敏传感

５

（，）

４

０

器、温湿度传感器、烟雾传感器、火焰传感器和人体感应传

感器。摄像头一般仅需安装一个，通过^ＵＳＢ线直接与树莓

派相连即可，也可以通过ＵＳＢ延长线在其他位置安装。软

烟雾强度

ｙａｎｗｕ

３．１．３数值型数据上传程序流程

系统将数据辨识和上传功能结合在一个 ^{Ｐｙｔｈｏｎ}程序

中。读取串口数据使用 ^{Ｐｙｔｈｏｎ}提供的 ^{ｐｙｓｅｒｉａｌ}模块，上传

数据库使用^{Ｐｙｔｈｏｎ}提供的 ^{ＭｙＳＱＬｄｂ}模块。程序的流程如

件方面采用的是 ^{ｍｏｔｉｏｎ}运动捕获软件^［６，当从摄像头画

面中捕获到运动时，软件会拍摄图像并录制视频记录整个

运动过程。

，７］

图

２

所示，图中

Ｎ

为最多被使用的串口数，即传感器数，文

３

数据处理

中

Ｎ＝５

。

３．１数值型数据

^{３．１．１}数据接收与辨识

开始

初始化 n =0

传感器通过无线串口向树莓派发送数据，树莓派将判

断串口发来的数据是否正确（有无丢包或错乱等），并判断

数据由哪一只传感器发来，将认定为正确的各传感器数据

串口 n 被使用？

］

设置串口参数并读取串口数据

上传至服务器ＭｙＳＱＬ数据库^［８中。

检验数据长度与标志字符，上传到对应的表中

采用^{Ｐｙｔｈｏｎ}程序识别数据长度以及数据中的标识字

符（加在传感器数值的前面，与有效数据共同发送），以判

断数据有无丢包或错乱，同时确定数据的上传通道。如

n=n+1

n≥N

表所示为传感器与相应串口数据格式。相较于利用串口

１

结束

号固定各传感器发送数据的上传通道，采用^{Ｐｙｔｈｏｎ}脚本判

断数据格式确定数据的上传通道更为可靠，因为在故障发

生后，失电、再上电，或者插拔无线串口，均可能改变系统识

别的串口号，导致数据上传位置错误，甚至造成脚本运行错

误，系统无法正常运行。

图２数值型数据处理与上传程序流程

３．２图像数据

系统的图像数据包括两类，摄像头拍摄的图像和摄像

头摄录的视频。出于成本考虑，本文安防系统所用的服务

器采用低端的虚拟主机，处理速度慢、带宽小，所以图像数

］

据处理时仅将图像通过 ^ＰＯＳＴ方法^［１０上传到服务器，同时

表１传感器与相应串口数据格式

传感器

串口数据格式

新图像将覆盖旧图像。视频数据则仅存储本地，可以访问

树莓派的存储卡查看。采用ＰＯＳＴ方法上传图像可避免大

的数据流，对数据库读写造成过大的压力。上传到服务器

光敏传感器

ＧＭＸＸＸＸ／ｒ／ｎ

ＨＹＸ／ｒ／ｎ

火焰传感器

人体感应传感器

温湿度传感器

烟雾传感器

ＲＴＸＸＸＸ／ｒ／ｎ

ＴＸＸ．ＸＨＸＸ．Ｘ／ｒ／ｎ

ＹＷＸＸＸＸ／ｒ／ｎ

而不是直接调用微信公众平台的临时素材接口是因为这一

］

天的调用限制^［１１，为了实现更好的监控效

接口有５０００

次

／

果，刷新频率应当足够高，５０００

满足要求。

次／天的刷新频率远远不能

注：各‘

Ｘ

’均代表一位数字。

３．１．２数据上传服务器数据库

要用Ｐｙｔｈｏｎ实现ＰＯＳＴ方法上传图像，需要服务器运

行服务器端（Ｓｅｒｖｅｒ）程序，树莓派运行客户端（Ｃｌｉｅｎｔ）程

序。服务器端脚本使用Ｐｙｔｈｏｎ提供Ｃｇｉ模块和ＢａｓｅＨＴ-

ＴＰＲｅｑｕｅｓｔＨａｎｄｌｅｒ模块。客户端脚本使用Ｐｙｔｈｏｎ提供的

编写Ｐｙｔｈｏｎ脚本将辨识过的数据上传至数据库中指

定的表内^［^９，并加上时间戳，以便确认数据的时效性。如

］

万方数据

表所示为数据与数据库相应表名及属性。

２

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