物联网家庭安全模型开源分享

描述

*该项目在 DFRobot 的博客中出现。请在此处参考他们的博客。

*该项目在Postscapes IoT Awards中被提名为最佳 IoT DIY 项目类别。

物联网家庭安全模型可以使用任何智能设备和PC远程访问，通过互联网从传感器收集的数据监控房屋内的安全状态。

宣传影片

开启安全模式后，房屋内发生的任何可识别的有害活动都将通过安装的传感器检测到，并通过互联网自动将警报消息转发给房主。来自传感器的数据将不断存储在云存储中，并与基于 Web 的自定义应用程序进行交互，使其能够在网站上显示数据，这使房主能够监控任何可能发生的潜在有害活动在房子内实时。该项目的另一个安全特性是 访问控制技术，该系统使用（NFC）“近场通信”方法为已识别的有权进入房屋的个人（客人或家庭成员）提供访问权限。

起源

这个项目最初的标题是“ Android WiFi 和基于 Web 的家庭安全系统应用程序”，是我在大学工程的最后一年提交的最后一年项目。那个时候，这个项目仍然充满了 bug，而且还没有达到应有的实时性（数据延迟可能超过 2 秒！）。

现在我花了一些空闲时间来翻新这个项目，让它更接近实时，结果非常令人满意。

本项目的结构

该模型的结构是根据示意图部分所示的平面图布局构建的。使用的材料是尺寸为 64.5cm (L) x 61.5cm (W) x 0.8cm (H) 的胶合板作为地面，用于建造墙壁的工艺胶合板和主要电子元件包括 6 个传感器、1 个 NFC 读取器和 2 个微控制器，其他小组件可以参考我的组件列表。

本项目结构模型

 

因此，胶合板材料几乎覆盖了饰面产品的 85%。就像用混凝土建造真正的房子一样，建造这座房子的概念完全取决于被称为聚环氧化物或环氧树脂的反应性预聚物和聚合物的强粘合剂类。

该模型的系统设计

该系统的设计非常简单，它以双向流程工作。第一个流程从传感器通过微控制器提供的数据开始，然后通过互联网到云端，并由任何智能设备检索。第二个流程是用户通过互联网连接到安装在家里的微控制器的响应流程，以及响应机制（LED 开/关、伺服电机、水泵等...）做出反应。就像物联网层模型一样，我为这个家庭模型设计了一个简单的层次结构层。

 

 

 

 

1 / 2 •该项目的系统设计

 

自定义实时监控 IoT Web 服务

物联网网络服务是我自己定制的。该网络服务的功能包括获取和监控传感器数据的实时能力、家庭状态仪表板、系统警告消息、传感器数据存储、完整数据记录和安全基准配置。我还没有完全开源代码，但在未来会这样做，标记我的话。  （在撰写本文时，我编写的 Web 服务仍有很多缺陷）。但不要失望，因为我确实发现还有一些其他的物联网网络服务，比如三星的 SAMI 和Freeboard.io  （可能更多，但目前，我只知道这些）。我想用图片分享更多关于我写的服务的细节：

• 图 1：与 Home 模型连接的仪表板

• 图 2：安全基准配置

• 图 3：数据记录图

• 图 4：10分钟数据图示例

• 图 5：完整数据记录示例

• 图 6：系统警告信息示例

• 图 7：使用 NFC 关闭安全性示例

• 图 8：电流尖峰条件示例

• 图 9：实时振动传感器

• 图 10：实时水传感器

• 图 11：实时气体传感器

• 图 12：实时温度传感器

• 图 13：实时湿度传感器

• 图 14：NFC 读取器实时数据

 

 

 

 

1 / 14 •连接仪表板与 Home 模型

 

*对于这些图片的更高分辨率，您可以在我的 Dropbox 中查看，请点击此处。

建造过程：

a - 规划和设计房屋计划

在绘制房屋平面图之前，房屋平面图的原始草案是基于首先设置的传感器和家具的布置。该倡议涉及对正在记录的家具布置的测量和缩放，并考虑到设计房屋计划的下一步。家具布置的实际展示如下图所示。图的左侧是带有微控制器配置和配电的面包板。

b - 准备建筑材料

这里涉及的材料是为房屋模型定制的。材料准备包括胶合板门制作、窗户制作和墙壁框架。这些准备的任务如下所示。

 

 

1 / 3 •为墙框架设计窗户

 

另一个准备工作是系统的电路板。我使用正向预敏印刷电路板制作了自己的电路板。该方法非常简单，您可以按照此处的完整教程进行操作。我的印刷电路板可以在下面看到。

 

 

 

 

1 / 2 • 此系统的印刷电路板 

 

c - 准备场地和地基

这个阶段，这里的“场地”一词是指位于基础之前的场地或地面。此处所指的地面由尺寸为 64.5 厘米（长）x 61.5 厘米（宽）x 0.8 厘米（高）的胶合板制成。

房子的地基是由 4 块面积为 52 厘米（长）x 40 厘米（宽）的工艺胶合板组合而成。有了这个基础，墙框架将在下一阶段建立。场地和地基的准备工作如下图所示。

在地面胶合板上铺设基础胶合板

 

d - 完成粗构图

这一阶段对于房屋的整体结构非常重要，因为它涉及房屋的统称为外壳或骨架，即地板系统和墙壁系统。因为这两个系统都将在这个阶段完成。与建造真实房屋的概念类似，地板和墙壁都经过适当的胶合，以牢固地固定在房屋之间并防止施加在其上的外力。在这个项目房屋模型中，地板和墙壁使用称为环氧树脂的强粘合剂溶液完成。完成的地板系统和墙壁系统如下图所示。

完成的地板系统和墙壁系统 

 

e - 接线过程和连接检查

在这个阶段，所有的传感器和 NFC 模块都安装在计划的位置。然后，可以进行布线过程。同时，在布线过程中，会不时测试电路的连通性，以防止任何布线错位导致连接不当。

 

 

 

 

1 / 2 •我的尝试：用于连接检查的杂乱连接以确保传感器正常工作

 

在接线过程中，总共有多达 38 个引脚点需要在此任务中完成。对于所有连接电缆都根据墙壁系统正确分类，该系统包含 4 段，称为墙壁 1 电缆、墙壁 2 电缆、墙壁 3 电缆和墙壁 4 电缆（总共四个主墙壁）。最后，这些电缆用强粘性环氧树脂固定在房屋内的墙壁上。接线工程示例如下所示。

 

 

 

 

1 / 3 • LED 接线示例 

 

f - 完成内墙框架

只有在前面的所有阶段都完成后，才能建造框架的内墙。这所房子的内墙是根据步骤（a）中设计的房子平面图，完成的工作如下所示。

 

 

 

 

1 / 2 • 建造内墙框架 

 

g - 搬进所有家具！

最后，墙框架完成，然后可以将家具搬进来。为了使其稳定且不可移动，我使用强力粘合剂溶液，环氧树脂将这些家具粘在地基上。

 

 

 

 

1 / 2 •完成物联网家庭安全模型

 

项目使用 AWS IoT

我决定使用这个项目来使用 AWS IoT。我没有使用“HTTP”作为原始协议，而是使用 MQTT 和 AWS IoT 的安全连接修改了数据通信协议。结果效果很好，让我展示下面的视频演示：

AWS IoT 模型的优点在于它强调云中的安全性并涵盖强大的身份验证，因为要连接的每个 IoT 设备都需要凭证（X.509 证书和AWS 凭证）才能访问消息代理。 TLS用于加密设备和代理之间的连接，从而创建端到端的安全通信。

[更新]：源代码可在我的 GitHub 存储库中找到，这里

虽然与“HTTP”相比使用这种通信协议很棒，但是在这个项目中使用这种方法时有一个缺点。我的 Arduino Yun 原始源代码似乎无法与AWS IoT 的Yun-Sdk 配合使用，“HTTP” LED 控制已过时。我想我会很快打开这个问题，并需要一些时间来解决这个问题。总体而言，所有传感器数据工作正常。

但总体而言，数据消息运行良好，与我最初的“HTTP”方法相比，我肯定会选择 AWS IoT 的“MQTT”。不仅因为安全性，“ MQTT ”还提供了诸如 低功耗、最小化数据包和高效信息分发等优点。

源代码中的重要说明：

/*
       Example of Publishing a Topic in AWS IoT Home Security Model
               (Code can be found in IoTHome-Yun.ino)
*/
   char userid[] = "your-user-id-here";     // line 57
   setTopic("IoTHome/nfc/");                // line 377
   aws_iot.data(arrayTopic, value0);        // line 378
   void setTopic(char* topic){              // line 383
     *arrayTopic = 0;                       // line 384
     strcat(arrayTopic, topic);             // line 385
     strcat(arrayTopic, userid);            // line 386
   }                                        // line 387
/*
       Example of Output Topic (Code can be found in iot_config.cpp)
*/
   Serial.print(topic);    // line 106
                           // will output "IoTHome/nfc/your-user-id-here"
                           // userid is used for authentication in Web App

该项目的代码是开源的，请参阅我的 Github 存储库的代码部分，名称为“ AWS-IoT-Home-Security-Model-HW ”。

未来的改进

家庭安全系统是智能家居构建模块的重要组成部分之一。因此，我的考虑是包括尽可能多的传感器，并充分利用收集到的数据是使家庭更加“智能”的关键，在我看来，这将与提高房屋的安全性相结合。

问题 | 问题 | 评论 | 建议

可能这个项目有一些我不知道的技术问题，你可以给我评论或私信我，你的反馈非常重视！

关于这个项目的任何问题也可以联系我。 

欢迎各种意见和建议。