方案概述
本系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，不僅能對家庭的人身安全與財(cái)產(chǎn)安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能分析。還能通過對智能硬件的控制浅悉，提高客戶生活質(zhì)量。
項(xiàng)目背景
隨著社會(huì)的高速發(fā)展券犁，人們常常外出工作术健，家中無人或者家中只有老人及小孩的現(xiàn)象愈加明顯；同時(shí)粘衬，通過分析屋內(nèi)情況荞估，智能控制家中的智能硬件運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)是現(xiàn)代家庭生活的趨勢≈尚拢可見勘伺，人們對于監(jiān)控家中情況的需求越來越強(qiáng)烈。因此枷莉，開發(fā)一款基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能家庭監(jiān)控系統(tǒng)顯得尤為重要。
需求分析
要實(shí)現(xiàn)對家中財(cái)物安全和家人人身安全的監(jiān)控與分析尺迂，該監(jiān)控系統(tǒng)有以下需求：
- 可以通過攝像頭笤妙，將家中的實(shí)時(shí)情況以視頻格式上傳到控制主機(jī)冒掌，用戶可以通過官方應(yīng)用隨時(shí)查看各室場景
- 可以檢測屋內(nèi)空氣情況，發(fā)現(xiàn)煤氣泄漏或火災(zāi)及時(shí)報(bào)警
- 能實(shí)時(shí)記錄屋內(nèi)物品擺放位置蹲盘，當(dāng)用戶需要某樣物品時(shí)進(jìn)行快速定位
- 通過分析屋內(nèi)人員分布股毫，智能控制屋內(nèi)的智能家居(如智能電燈、空調(diào)等)的工作
- 通過機(jī)器學(xué)習(xí)了解用戶生活習(xí)慣召衔，自動(dòng)切換不同場景模式(如:離家切斷(部分)電源铃诬，回家自動(dòng)打開咖啡機(jī)、熱水器等)
- 發(fā)現(xiàn)未知人員進(jìn)入家內(nèi)苍凛，自動(dòng)詢問主人是否報(bào)警
- 通過圖像識(shí)別分析并上報(bào)小孩情緒與行為趣席，對有危險(xiǎn)隱患的行為進(jìn)行警告，同時(shí)通知監(jiān)護(hù)人醇蝴；
- 通過圖像識(shí)別分析家人異常反應(yīng)(如突然暈倒)宣肚，及時(shí)詢問主人是否報(bào)警
- 為了保護(hù)視頻數(shù)據(jù)安全，要求視頻加密傳輸
系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)上述需求悠栓，本系統(tǒng)的主要構(gòu)成如圖：
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感知識(shí)別層
- 攝像頭組：實(shí)時(shí)上傳視頻數(shù)據(jù)到控制主機(jī)(以每室2個(gè)攝像頭以上為佳)
- 氣體傳感器：檢測是否有燃?xì)庑孤?/li>
- 溫度傳感器：檢測室內(nèi)溫度
- 濕度傳感器：檢測室內(nèi)濕度
- 煙霧傳感器：檢測是否有火災(zāi)
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網(wǎng)絡(luò)傳輸層
- ZigBee：采用該技術(shù)傳輸傳感器數(shù)據(jù)到控制主機(jī)霉涨，延遲低、功耗低惭适、可靠性高笙瑟，避免了布線的麻煩
- WIFI：考慮到視頻數(shù)據(jù)量大，攝像頭組與主控主機(jī)采用WIFI傳輸癞志，成本低往枷、速率快
- MQTT協(xié)議：
MQTT協(xié)議是一個(gè)面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的即時(shí)通信協(xié)議，使用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接今阳，能夠?qū)ω?fù)載內(nèi)容實(shí)現(xiàn)消息屏蔽傳輸师溅，開銷小，可以有效降低網(wǎng)絡(luò)流量盾舌。
采用MQTT協(xié)議墓臭，可以實(shí)現(xiàn)以下基本功能：
- 上報(bào)傳感器數(shù)據(jù)點(diǎn)
- 訂閱自定義TOPIC
- 接收實(shí)時(shí)消息或離線消息
因此可以使用MQTT協(xié)議傳輸傳感器數(shù)據(jù)和控制信息(如指令等)。
下面通過模擬器演示MQTT協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸過程：
輸入設(shè)備ID妖谴，產(chǎn)品ID和鑒權(quán)信息窿锉，通過模擬器連接溫度傳感器
模擬溫度傳感器上傳溫度數(shù)據(jù)
可以到OneNet平臺(tái)后臺(tái)查看到數(shù)據(jù)流已上傳成功
下面測試通過訂閱發(fā)布，發(fā)布打開空調(diào)的指令
可以看到已經(jīng)收到了打開空調(diào)的命令
收到指令后膝舅，控制主機(jī)就可以連接智能空調(diào)并嘗試打開空調(diào)嗡载。
- SSL或TLS協(xié)議(基于TCP協(xié)議的加密協(xié)議)：
考慮到視頻數(shù)據(jù)的隱私性，在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不明文傳輸仍稀，而是采用SSL協(xié)議或TLS協(xié)議洼滚，保證數(shù)據(jù)安全性。
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應(yīng)用支撐層
- 適配Android技潘、IOS和Windows平臺(tái)的客戶端應(yīng)用：為了實(shí)現(xiàn)用戶隨時(shí)查看家庭監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的需求遥巴，需要開發(fā)簡單易用的客戶端千康。
- 服務(wù)器軟件：要為控制主機(jī)編寫服務(wù)器軟件，為客戶端提供相應(yīng)服務(wù)铲掐。
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計(jì)算機(jī)視覺 API：對于物品位置識(shí)別可以采用公開的視覺API拾弃。在不大量增加控制主機(jī)運(yùn)算量的情況下，識(shí)別物品摆霉。
Azure圖像API.png -
人臉識(shí)別與情緒識(shí)別API：可以采用公開的API來識(shí)別人臉與情緒：
人臉識(shí)別
情緒識(shí)別 - 機(jī)器學(xué)習(xí)：為了了解用戶離家和回家的時(shí)間豪椿，以及生活起居習(xí)慣，要適用Tensor Flow等機(jī)器學(xué)習(xí)框架對用戶產(chǎn)生的樣本進(jìn)行分析學(xué)習(xí)携栋。當(dāng)機(jī)器學(xué)習(xí)成果偏差率較小時(shí)搭盾，控制主機(jī)可以提前切換到相應(yīng)的場景模式。如:離家切斷(部分)電源刻两，回家自動(dòng)打開咖啡機(jī)增蹭、熱水器等
- 統(tǒng)一推送平臺(tái)：為了實(shí)現(xiàn)對用戶的及時(shí)通知，減少成本磅摹，本系統(tǒng)可以采用"推必達(dá)"推送通知滋迈。該平臺(tái)利用手機(jī)號(hào)尋址，通過運(yùn)營商級信令通道下發(fā)至終端户誓，由終端系統(tǒng)級進(jìn)程解析饼灿。 具有無數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)亦可達(dá)，無需常住后臺(tái)亦可達(dá)帝美，無App安裝亦可達(dá)三大特性碍彭。
除此之外，還需要一個(gè)控制主機(jī)悼潭”蛹桑可以采用樹莓派(Raspberry Pi)，其具有強(qiáng)大的運(yùn)算性能舰褪，以及開源硬件的易用性皆疹。搭配一定容量的存儲(chǔ)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)的收集和處理占拍、運(yùn)行服務(wù)器軟件(為客戶端軟件提供服務(wù))略就。
