基于ZigBee与移动4G的小型安防系统研究与设计

高如正

摘要：针对传统安防系统部署难，管理难的弊端，提出了基于ZigBee与移动4G网络相结合的小型安防系统，通过ZigBee传感器、ZigBee网关、云平台、智能手机APP的互联互通，实现防区的设定，布防的开启，以及实时报警消息的推送，现场视频的实时查看。极大简化了安防系统的部署，降低了部署成本和管理成本。

关键词：安防系统；实时报警；云平台；智能手机；网关；远程管理

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）19-0022-02

随着智能手机的普及，4G网络的高速发展和全面覆盖，使得一些不具备有线网络接入的门店或办公场所可以通过部署4G终端实现联网。借助于成熟的ZigBee物联网技术，安防报警传感器的部署不再局限于专用线缆和电源。电池供电的低功耗ZigBee传感器可以很方便地部署在需要的地方，极大地降低了安防节点的部署成本。通过4G技术和ZigBee技术的结合，可以较为容易的实现所有安防节点的联动报警。同时借助于部署在互联网上的云平台，实时报警信息可以快速的推送到管理人员的智能手机上，极大地降低了管理成本。

1 系统总体方案

ZigBee与移动4G小型安防系统由云平台、智能手机APP、ZigBee网关和ZigBee传感器组成。安防系统组网图如图1所示。

其中ZigBee网关是整个安防系统的核心。ZigBee网关通过移动4G上行，连接云平台，通过ZigBee和Wifi连接下挂的ZigBee传感器，实现传感器报警消息的实时上报。并通过内部逻辑功能，进行传感器之间的联动报警。

ZigBee网关的报警信息通过云平台的转发实时发送给智能手机APP，实现远程报警消息的同步。智能手机APP通过云平台的转发可以是随时随地连接到ZigBee网关上，从而可以控制网关下挂的传感器设备，实现设备的管理和状态的查询，同时借助于移动4G的高速网络，可以实时连接网关下挂的网络摄像头，实现现场情况的实时监控。

2 ZigBee网关设计

2.1硬件设计

ZigBee网关以MediaTek公司的MT7620A为主控芯片。MT7620A内部集成电源控制器、SDRAM控制器接口、SPI控制器接口、USB控制器接口、以太网控制器、WiFi模块等，硬件资源丰富，能够作为高性能，高端产品的CPU使用。

采用MT7620A方案的最小系统单元可以实现Wifi覆盖和逻辑控制运算，通过USB控制器连接华为的ME909S 4G模块，实现4G网络的接入。通过UART接口连接FZB5700 ZigBee模块，实现ZigBee网络的接入。

ME909S 4G模块系列支持下行150Mbps，上行50Mbps的传输速率；丰富的扩展功能，包括：FOTA、USSD、IPV6/IPV4，内置TCP/IP协议栈，非常适合嵌入式安防系统的使用。

网关硬件总体框图如图2所示。

2.2程序设计

ZigBee网关上电运行后首先需要初始化4G模块，和Zigbee模块，并且自动根据内置在网关里面的云平台服务器地址连接云平台，建立网关、云平台、APP之间的通讯通道。网关完成连接平台后，需要获取下挂传感器的列表，识别下挂的传感器类型。自动接收下挂传感器上报的报警消息，且转发给4G模块，最终把报警信息传输到云平台，从而通过云平台推送消息给管理员的APP。

3 传感器

ZigBee网关实现安防功能，需要搭配各种基于ZigBee传感器实现报警的功能，主要的传感器有ZigBee门窗磁传感器、ZigBee人体释热电红外传感器、ZigBee水浸传感器、ZigBee烟雾传感器、ZigBee智能插座、ZigBee警号、ZigBee网络摄像头等。

ZigBee门窗磁传感器采用可以用电池供电的低功耗ZigBee模块，通过检测干簧管的关断和闭合来判断门窗的开关状态，并把状态的改变事件上报给ZigBee网关。

ZigBee人体释热电红外传感器采用低功耗的ZigBee模块和人体释热检测探头组成，能在一定范围内检测是否有人体移动，并通过ZigBee网络上报检测的结果。

ZigBee水浸传感器采用低功耗ZigBee模块和水浸探头，检测地面是否浸水。

ZigBee烟雾传感器采用低功耗ZigBee模块和烟雾探头，检测空气中否有浓烟，以判断是否发生火灾。

ZigBee智能插座可以接收ZigBee网关发出的开关控制信号，控制一些用电设备的开启和关断。

ZigBee警号能接收ZigBee网关的报警命令，发出高分贝的报警音乐，提醒人们有危险发生。

ZigBee网络摄像头可以通过ZigBee网络实现Wifi的网络配置，并通过高速Wifi信号，实现远程视频的实时查看。

4 云平台

云平台为搭建在互联网上的一台运行各种服务程序的云主机，主要由视频转发模块、设备管理模块、APP用户管理模块、消息处理模块构成。

云平台框图如图4所示。

视频转发模块主要实现视频数据从安防网关到智能手机APP上的转发。通过云平台的中转，网络摄像头的视频数据可以通过ZigBee网关的4G模块，上传到云平台上，通过云平台推送到管理员的智能手机上，实现随时随地的现场视频查看。

设备管理模块主要实现ZigBee网关下挂所有ZigBee传感器的管理，以及相互联动关系的配置。

APP用户管理模块，负责智能手机APP用户的认证和权限管理。

消息处理模块负责报警消息的处理和转发，通过云平台的配置，可以实现APP消息推送、短信消息推送、电话呼叫推送，使得突发的报警信息通过各种渠道推送到管理的手机上。

云平云管理后台如图5所示。

5 智能手机APP

智能手机APP为运行于Android或者IOS等软件平台上的一款应用软件，软件通过智能手机的4G通道连接到云平台，通过平台的数据转发实现对ZigBee智能网关和其所属的ZigBee传感器的远程管理。

APP能对传感器进行实时的管理和状态的查看，能实时接收云平台推送过来的报警消息，能随时切换布防的状态和范围，极大地方便了管理人员对店铺等的安防管理。

APP管理界面如图6所示。

6 结束语

本文借助于无处不在4G网络和成熟的ZigBee物联网方案，提出了从设备，到平台，到APP终端的一整套适用于中小企业的安防系统。企业管理人员可以通过智能手机实时接收企业内部的安防报警通知，并且能实时远程查看企业现场情况，极大地降低了管理成本。为中小企业安防管理需求提供了很好的解决方案。

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