基于物联网的宿舍智能安防便利系统的设计

基于物联网的宿舍智能安防便利系统的设计

章锭

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摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，智能设备及应用庞大的使用规模以及数据云端存储存在隐私安全问题。通过常见设备实例给出了智能设备存在的威胁，基于智能设备对隐私安全的挑战，使用第三方安全架构以及ＡＰＩ定制功能，提出了一个在网络级别监测、识别以及阻止这些威胁的解决方案。原型测试结果表明，所提方案能够增强智能设备应用数据保护；监测网络活动、分析可疑行为；进一步地，可以动态地阻止或者隔离具有可疑行为的智能设备。提高了物联网设备的安全性以及隐私安全控制能力。

关键词：物联网；宿舍智能安防；便利系统；设计

引言

物联网技术的飞速发展为人们的生活提供了很多便利，在人们的日常生活领域中有很大的应用场景。本系统以智能家居的理念为出发点，运用中央微处理器处理传感器数据，且利用物联网技术实现传感器、设备和网络相互连接，促进设备与网络之间以及设备自身之间的通信。在目前的中国市场中，智能家居及其类似产品均已成型。对于智能家居产品广泛投入宿舍场景，则会带来投入成本高和系统维护难度过高的问题。随着大学生入学数量逐年增多，宿舍安全问题也越发引起社会大众的重视。无论是宿舍用电不慎引起的火灾还是多发的盗窃事故，都让大学生的日常生活存在安全隐患且严重影响着高校的正常教学秩序。传统的宿舍安全管理方式主要依靠人力巡视监管以及传统监控设施，而随着宿舍数量、住宿学生的基数以及隐私意识的不断增加，这种传统方式浪费大量的人力物力财力的传统方式已经难以满足目前管理的需求。为了解决这类问题，本系统运用物联网技术设计防火防盗智能化三大功能模块，为学生的人身安全及隐私提供保障。

1智能安防物联网的威胁

市场上，各种类型的智能设备层出不穷，而物联网连接量则以每年４３％的速度进行增长，从２０１３年的３．４１亿增长到了２０１８年的２０亿。以飞利浦ＨｕｅＣｏｎｎｅｃｔｅｄ灯泡、ＢｅｌｋｉｎＷｅＭｏ运动传感器和开关套件以及Ｎｅｓｔ烟雾报警器为例展开研究分析，对其相关的安全漏洞进行简要地阐述，为防御技术提供背景。飞利浦ＨｕｅＣｏｎｎｅｃｔｅｄ灯泡允许用户进行连接，其可以通过以太网桥来接受用户应用程序的命令，同时通过ＺｉｇＢｅｅ协议将相应的命令传送至灯泡，从而使灯泡发生动作。应用程序与以太网桥之间的数据交换一般通过Ｈｔｔｐ命令进行，且没有进行加密，因此窃听者可以通过对数据进行分析来快速推断出家庭用户在某时间段内对该灯泡执行的操作。即使用户通过白名单的设置来限制访问，其列表也可以被很轻易地破解，然后伪装成合法用户对灯泡进行控制。ＢｅｌｋｉｎＷｅＭｏ运动传感器和开关套件在应用时通过ＷｉＦｉ连接至互联网，然后家庭用户便可以对相关的设备进行控制。可以通过ＳＳＤＰ来获取ＷｅＭｏｄｅ设备的ＩＰ地址以及具体的端口，然后学习这些设备支持的ＳＯＡＰ命令与参数后便可以对这个设备进行攻击。攻击者可以通过发送ＳＯＡＰ格式的ＰＯＳＴ命令来注册成为合法的用户，从而使自己能够启用针对该设备的远程访问，这样攻击者便可以在世界上任何地方来访问该设备。Ｎｅｓｔ烟雾报警器在监测到高浓度烟雾时，会立刻向用户的移动应用程序发送报告以及警报，以期使用户相信无论他们身在何处，自己的房子都是安全的。除烟雾监测外，还依靠自身配备的运动传感器以及光传感器来准确对用户室内的一些行为进行探测，这不可避免会涉及到用户的生活隐私问题，用户会觉得自己在家中被监视与跟踪。虽然与Ｎｅｓｔ烟雾报警器相关的所有数据交换皆已加密，但窃听者依然可以通过技术手段来对通信内容进行获取。

2系统硬件设计

2.1主控单片机

STC89C52是一款内置4KBEEPROM、集成MAX810专用复位电路、拥有4路外部中断的微处理器，工作电压为3.8V～5.5V，工作温度为-40℃~+85℃。它具有强抗干扰、成本低廉、超低功耗及超大容量SRAM的特点。本设计采用数字信号的检测对STC89C52和无线WiFi模块ESP8266-NodeMCU建立联系，并对Sg90-舵机进行控制。

2.2DHT11温湿度传感器模块

DHT11是一款有校准数字信号输出的温湿度传感器，采用简化的单总线通信。单片机发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，待单片机开始信号结束后，再发送响应信号，送出40bit的数据后触发一次信息采集。DHT11的DATA引脚检测到外部信号有低电平时，该引脚处于输出状态，输出80微秒的低电平作为应答信号后，传感器继续输出80微秒的高电平通知外设准备接收数据。精度湿度±5%RH，温度±2℃，量程湿度20%~90%RH，温度0℃~50℃，满足宿舍的检测需求

2.3YD-A1雨滴传感器模块

YD-A1雨滴传感器是一款采用高品质的FR-04双面材料、抗氧化、高导电性、长寿命的传感器。由LM393（双电压比较器）和雨滴检测片组成。LM393有6个引脚+和-接与雨滴检测片连接。VCC是电源正接口，可外接3.3～5V供电电源，GND电源负极接口，可外接电源负极或地线，DO接数字信号输出接口，可外接单片机的GPIO口，AO接模拟信号输出接口，可外接单片的ADC采样通道。当雨滴检测片上检测到有水时，DO引脚输出低电平，否则输出高电平。与DO口不同的是AO口会输出模拟信号，单片机可以通过模拟信号达到雨滴检测片上的雨量大小。

3系统软件设计

3.1主控单片机的软件设计

首先引入传感器和STC89C52中需要调用函数的头文件，对所需变量和GPIO口进行定义。其次对各模块的驱动代码进行封装，将其放入对应函数中。这样既增加了函数的可读性，也方便程度的连续调用。然后将各模块的初始化代码放入主函数中，并在主循环中调用所有模块的封装函数，即可启用各个模块，并做出响应。

3.2ESP8266无线WiFi模块的软件设计

首先定义ESP8266的设备连接类型，本系统需连接ESP8266的串口、WIFI和小爱同学语音控制设备。其次，引入传感器和建立网络通讯的头文件，设置为AP工作模式。然后对ESP8266进行配网和默认API网址的设置，存入局域网名称、密码和设备连接密钥。初始化服务器和web配网，当ESP8266的蓝灯闪烁显示配网成功时，再与设备进行连接。最后初始化串口函数（串口波特率设置为115200）、与blinkerAPP同名的组件函数和微信消息推送函数voiddoHttpStick1()，即可通过手机对设备进行控制。为了温湿度传感器能够及时刷新且发送报警消息，本系统在loop函数中增加了if(WiFi.status()==WL_CONNECTED)的判断语句，检查设备的网络连接状态。在网络连接完成后，放入DHT11.read函数更新传感器信息，可得到温湿度数值的反复更新。

结语

智能安防物联网设备的日益普及使得其相关的安全与隐私问题越来越被重视，与以往研究嵌入设备的安全解决方案的工作不同，本文提出了一个在网络级别监测、识别以及阻止这些威胁的解决方案。本文主张一种由专业供应商提供安全服务的三方架构，其原型基于开源ＳＤＮ平台来构建。当然，其针对多种智能安防设备的保护效果也得到了合理的评估。相信所做工作能够为智能安防物联网设备的安全性以及隐私安全控制的提升提供有效的帮助。

参考文献

[1]岳骏,解乃军.基于STM32的物联网智能家居系统设计[J].工业仪表与自动化装置,2022(02):27-29.

[2]蓝丽金,陈良伟.基于物联网的智能家居安防系统设计[J].数字技术与应用,2022,40(01):177-179.

[3]张恒维,于合龙,连文聪,高延辉.物联网背景下校园智能安防平台的设计与实现[J].现代电子技术,2022,43(24):174-177.

[4]张文海.基于物联网的智能家居安防系统设计[D].西安电子科技大学:1-83.

[5]王静.基于物联网的智能家居终端控制系统关键技术的研究[D].中国矿业大学:1-92.