物联网监控系统的设计与实现

摘要：物联网技术是集合计算机、无线传感器、RFID无线射频识别为一体的现代化加护手段，物联网技术的应用打开人与物、物与物进一步交流的开端。近年来，人们对于居家安全需求不断提升，纷纷开展智能家居监控系统建设，对家居进行全面监控。为了提升智慧家居监控系统设计质量，融入物联网技术，以单片机为载体连接智慧家居远程监控系统，实现全天候远程监控家居情况功能。基于此，本文以物联网技术下智慧家居监控系统设计为研究对象，分析物联网系统基本框架，通过设计思路、系统框架、模块划分、硬件设置、软件设计环节分析智慧家居监控系统设计，探究系统实现方式，旨在推动我国物联网监控系统发展。

关键词：物联网技术；监控系统；智慧家居；系统实现

物联网监控系统能够实现全范围、全天候、智能化远程操控，将其与智慧家居相融合，提升智慧家居环境监测、安全检测、检点检测效果，提升用户使用感受。以物联网技术为载体，设置智能化监控系统，综合多种类型传感器设备，提升监控系统数据检测的精准性。

一、物联网技术架构分析

在物联网系统中，物品之间信号传递通信需要借助传感器设备以及通信手段，通过计算机技术提升系统物体识别交流效率，达到远程监控、智能化调节、自动判断等功能。物联网架构分为感知层、网络层以及应用层，不同层次的作用以及运作方式不同。首先，感知层是以传感器设备为载体，通过传感器设备采集系统设备运行数据源信息，再将数据源上传至网络层，基于网络层完成数据处理、分析、传输、储存等，应用层是基于检测的数据信息做出响应，其物联网系统结构如图一所示[1]。

基于图一可以看出，物联网系统架构感知层中配备大量的传感器设备，用于采集接收数据信息。感知层以RFID技术以及传感器装置调控技术为主，能够全面精准的接收感知外界数据信息，如温度、湿度、质量、特征等等。以智能家居物联网系统感知层为例，内部设有温度传感器、湿度传感器、无线磁装置化设备等等，全面掌握家居内部数据[2]。其次，网络层以5G网络以及各类通信技术为主，旨在提升物联网系统通信的兼容性，高质量为完成数据检索、处理、挖掘。另外，应用层主要是开展数据分析，并将最终结果呈现在用户面前，完成物联网系统运作应用。应用层可以划分为不同功能，为了保证物联网系统满足多样化用户需求，将应用层分为监控、查询、调控、扫描等等，由于应用层与外部关联较为密切，因此，保证数据分析以及操作端数据交互质量非常关键。基于物联网系统结构分析，了解物联网技术的价值，以用户需求为核心，提供针对性系统功能服务，减量互联网与软硬件设施的融合度，在我国智慧家居、智慧城市、智慧消防、智慧交通等领域中广泛应用[3]。

二、物联网技术下智慧家居监控系统设计

（一）设计思路

在当今时代发展中，人们的生活水平不断提升，对智慧家居监控系统功能性需求提升，主张系统资源消耗少、智能化水平高建设发展，实现智慧家居设备宽带上网、监控设备全天候运转、远程监控管理等功能。在物联网技术背景下，积极搭建家庭信息网络操作平台，开展以太网以及无线网络连接的方式搭建，满足智慧家居监控系统联网需求，同时，设置安装多种类型传感器，实现声控、温控、光控等功能，基于不同类可行的传感器谁全面收集智慧家居监控系统运行数据，提升智慧家居监控系统运行质量，满足现代人们居家生活智能化需求[4]。

（二）系统架构

基于智慧家居监控系统设计思路以及功能性需求，在本次智慧家居监控系统设计中，涵盖网关模块。内部控制模块以及内外数据管理模块，物联网智慧家居监控系统中架设情况如图二所示。智慧家居监控系统分为家庭网关以及外部网络，在架设期间提升家庭网关设计重视程度，保证家庭管网与协调器设备串联施工质量，借助ZigBee技术搭建智慧家居家庭内部控制系统，提升监控系统与家居设备连接稳定性，再将其与无线网络通信模块连接，达到内外网络交互的作用，最终实现远程监控[5]。

（三）系统模块划分

（1）烟雾传感器模块

烟雾传感器模块主要期待预防家庭火灾风险，近年来，我国家庭消防建设的重视程度不断提升，人们的安全意识增强，在智慧家居中安装烟雾传感器模块，通过监测家庭室内外烟雾浓度判定是否存在火灾风险[6]。一旦烟雾传感器接收的烟雾浓度数值超标，智慧家居监控系统将自动触发火灾报警信号，将火灾警情发送至用户终端设备中，起到警示作用。同时，智慧监控系统与智慧消防系统结合，自动将火灾现场情况发送至智慧消防系统中，便于消防人员快速掌握现场情况。MQ-2气体传感器的灵敏度较高、检测数据误差较小、检测气体种类多，同时电力安装较为简单。因此，在本次智慧家居监控系统烟雾传感器模块设计中，选用MQ-2气体传感器为烟雾传感器模块的主要设备。MQ-2气体传感器以氧化锡为制造材料，在运行期间，电导率受有害气体浓度变化而变化，电压值随电导率变化而变化，一旦MQ-2气体传感器检测出超标的有害气体，如煤气、天然气泄漏等等，监控系统将自动触发报警器，并控制终端发送报警信号。

（2）光照检测及控制模块

室内光线效果不仅会影响用户的居住体验感，同时对人体的影响较大，保证室内控制在适宜的光线强度非常重要。在本次物联网监控系统设计中，选择BH1750光照强度传感器，对室内光照强度以及光照时长进行检测，该光照传感器设备的性能好、检测精度高，能够提升物联网监控系统光照检测模块控制效果。光照检测及控制模块不仅能够检测室内光照情况，将其与照明系统融合，实现自动调节室内光线功能[6]。在光照检测及控制模块运行期间，通过开关窗帘调节室内光的强度，当室内的光照强度超出光照检测及控制模块阈值，可自动或手动打开28BYI-48窗帘电机，当室外光照强度减弱，将自动或手动关闭28BYI-48窗帘电机。

（3）语音识别模块

在物联网监控系统设计中，基于“以人为本”的设计理念，展现出现代智慧监控系统的价值，满足用户多元化的需求。语音识别模块就是用户通过语音控制监控系统，监控系统在听到指令后及时作出响应，因此，物联网监控系统语音识别模块综合语音合成技术以及识别技术。在本次智慧家居监控系统设计中，语音识别模块设计分为STM32F1微控制器、低噪声麦克风、继电器模块、芯片四部分，通过模块语音采集以及分析，自动判断用户的指令，基于指令对比标准训练库，得出与之最为匹配的结果，进而实现监控系统语音识别控制[7]。

（4）其他模块

其他模块主要包含温湿度检测模块、蜂鸣器模块等等，其中温湿度检测模块能够实时监控室内温度以及湿度，旨在提升室内居住舒适度。DHT11传感器的测温精度较高、灵敏度较强，将其应用在本次智慧家居监控系统温湿度检测模块设计中，提升系统温湿度检测精准度。蜂鸣器模块为报警系统，将其与ZigBee终端节点结合，当各个模块的阈值超标时，紫铜将自动发出报警信号，出现蜂鸣声。

（四）系统硬件设计

智慧家居监控井系统硬件设计分为处理器模块、宽带码分多址无线通信模块、ZigBee 协调器模块、交换机模块四部分。其中，处理器模块占据非常关键的地位，在智慧家居监控系统中发挥着至关重要的作用，结合智慧家居监控系统功能性复杂化需求，实现难度较大，需要建立结构分明、综合性的管理平台，强化处理器模块管理效果。因此，在本次智慧家居监控系统处理器模块设计期间，凭借OMAP3530 双核处理器的优势，并搭载600Hz的数据库处理内核以及引擎设备，提升监控系统的稳定性，为后期系统研发以及优化奠定基础[8]。

（五）系统软件设计

系统软件设计主要划分为管理设备登录、设备控制管理、设备查询管理、设备注销管理、注册响应以及信息上报管理几部分。以设备控制管理设计为例，该模块分为处理器设备系统以及协调器设备控制系统，两个功能模块协调运行，在家庭网关内置程序后与设备控制模块发生响应关系，最终实现控制监控系统设备。在用户完成远程监控请求时，网关处理器将会自动执行内置程序，分析智慧家居控制权限，在数据查找期间匹配相关的编码信息，生成控制指令，完成用户的指令要求。

在网关ZigBee协调器设备运行期间，串口程序通过无线网络信息系统向家居设备传送信号，在接收到ZigBee协调器指令节点后，控制中心根据形成生成设备处理控制指令，协调指挥设备完成指令动作[9]。空中接口模块将ZigBee协调器指令节点分发至不同设备中，冰箱网关处理器发送监控系统内置设施控制结果。不同网关处理以及发送监控系统内置结果存在差异，主要是由于经过的串行口不同。不同网关处理器设备数据上传后，会对应不同的软件应用程序，进入指定的串口模块检测数据库中完成数据分析处理。同时，利用网页服务器以及终端设备，向系统用户发送最终控制数据信息，用户通过浏览器或平台APP即可实现远程监控控制。以智慧家居监控系统温度湿度检测为例，检测流程如图三所示，在室内温度湿度检测前，监控系统唤醒设备在软件程序初始化后，监控系统温度以及湿度传感器才能启动运行，在温度湿度数据采集完成后，进行阐述提取，与智慧家居监控系统预设的参数数值进行对比，一旦超出规定设置的范围，监控系统将自动发出湿度、温度超标警报信号，提醒用户及时进行降温降湿处理。

三、物联网智慧家居监控系统实现

智慧家居监控系统功能实现期间，采用嵌入式程序设计，保证整体系统功能得以充分展现。首先，构建物联网监控系统较差程序运行环境，保证内部破诶子功能阐述与内核环境吻合，保证系统运行的稳定性。其次，构建引导程序以及智慧家居监控系统根文件。最后，在运行中编写软件程序代码以及执行代码。编写期间选用C语言编程方式，借助调试器以及计算机服务端代码编撰，进入嵌入式系统主机程序，按照C语言完成执行操作[10]。在监控系统运行期间，控制程序检测数据与既定检测数据出现差异，将会触发控制器设备报警装置，及时提示用户进行版本更新。如果程序版本不统一，智慧家居监控井系统检测期间，首选检查是否在工作面编址，控制器运行期间出现编址错误的信号，需要结合及控制器报警信号完成控制器编码处理。控制器编码一致，需要保证在参数正确的控制器中完成操作，控制器设备通过程序软件触发识别功能以及执行功能，其控制器程序运行流程如下图四。

结束语：

总而言之，智慧监控系统设计已经成为发展趋势，强化物联网技术应用效果，强化人机系统数据信息交互，基于监控系统中人工智能技术以及智能算法，提升数据监控效果，自动跟踪以及识别风险，再与智慧家居产品连接，展现出物联网监控系统的价值，实现智慧家居远程智能监督发展。

参考文献：

[1]崔聚丰，郁舒兰，李晶.用户视角智能家居物联网监控系统现状与发展[J].家具，2023，44（04）：31-35.

[2]罗学成.基于ZigBee无线传感网络的智能家居监控系统的设计研究[J].电脑知识与技术，2023，19（06）：79-81.

[3]韦栗，张启龙，易攀.基于STM32单片机智慧家居监控系统[J].电子制作，2022，30（20）：36-38+69.

[4]丁思磊，陈云.基于ZigBee物联网智慧家居系统的设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2015，38（09）：98-99.

[5]钟继涛，周悦，袁华明.基于MSP430的智慧家居实时监控系统设计[J].商，2013，（02）：251-252.

[6]桂静宜.基于STM32微控制器的无线智能家居监控系统探析[J].科技创新与应用，2020，（33）：36-37.

[7]李昌奇，何志琴，周恒，王霄.基于Android和WiFi的智能家居监控系统设计与实现[J].现代电子技术，2020，43（20）：67-70.

[8]谢碧玲，吴俊杰.基于云平台的智能家居环境参数协同监控系统设计[J].黑龙江工业学院学报（综合版），2020，20（05）：86-91.

[9]李旺昆，柯远征，王立仕.基于STM32的智能家居环境监控系统的设计与实现[J].科技视界，2020，（11）：27-29.

[10]祝振宇，陈冰红.基于ARM及ZigBee的智能家居远程监控系统实现路径[J].自动化与仪器仪表，2019，（03）：182-185.