Things 警报开发套件：范式转变的智能传感器

私有财产的不可侵犯性是一个古老而备受讨论的话题。在我们的家庭和工作场所，技术已经达到了非常高的安全水平，许多传感器和防盗系统制造商都提供了有效和尖端的解决方案。在本文中，我们将分析一个创新系统的架构，该系统通过使用物联网，对经典的“控制单元传感器”范式进行了简化和现代化改造，从而提高了最终客户的安全性。

防入侵系统
的要求 防入侵系统，如图1所示，通常由以下设备组成：

• 传感器——能够检测特定空间内是否存在入侵者或移动的电子或机电设备。传感器可以基于不同的技术（红外、微波、激光、磁、压电等），并具有不同的精度水平和干预区域。
• 控制单元——系统的智能部分，它从传感器收集信息并通过使用一个或多个执行器通知用户违规行为。
• 执行器——警告最终用户违规的电子设备。在基本系统中，执行器是一个声音警报器，但可能有更复杂的设备，例如电话拨号器或用于发送 SMS 的站。

图 1：基本的反入侵系统架构（图片：ESPdevices）

与控制单元星形连接的传感器不断监听环境物理状态的变化。一旦检测到可能的入侵，传感器就会将信息传递给控制单元，控制单元会按照用户在系统安装阶段建立的编程来操作执行器。

在设计防入侵系统时，最基本的要求是系统的安全性。可以通过多种方式实现安全，其中最重要的是可靠性、稳健性和服务的连续性（即使在电源故障等异常情况下，系统也必须提供有关入侵的信息）。

可靠性意味着系统必须确定地提供有关入侵的信息，避免误报和误报。

强度是另一个基本要求：即使受到外部攻击，系统也必须以最佳方式运行。使用无线通信的系统的主要缺陷之一是，由于使用了所谓的干扰器（将噪声引入警报通信频率的设备，有效地阻止了传感器之间正确信号的传输），它们可能会出现故障和控制单元以及从控制单元到服务中心）。

此外，即使在与电网断开连接后，防盗系统也必须尽可能长时间地继续运行，使用缓冲电池为传感器和控制单元供电。

第一个防入侵系统的技术并没有让最终用户有可能及时了解被监控房间里发生的事情，但至少它提供了声音警报器的激活。由于当今大多数现代技术，可以通过多种通信渠道（电话、短信、应用程序通知、电子邮件）通知最终用户触发了反入侵系统。

物联网作为范式转变的主角
有了这些前提，让我们看看物联网如何帮助改进反入侵系统。事实上，即使在众所周知的架构中，扩展连接的可能性和这些设备（传感器和微控制器）的低成本也可能导致范式转变。

图 2显示了一种可能的防盗系统新结构，无论是组件类型还是网络拓扑，它都与之前的架构有很大不同。

图 2：物联网反入侵系统架构提案（图片：ESPdevices）

安装在受监控房间中的节点（传感器和执行器）通过网络连接（无线或有线）与远程服务器通信。这消除了对可以移动和虚拟化的明显基本组件的需求。

实际上，您可能会注意到的第一件事是没有控制单元。从架构的角度来看，这个中央设备从物理设备转变为虚拟设备。然而，从实现的角度来看，控制单元上的处理逻辑被转移到服务中：以前的物理对象现在变成了远程软件。如今，通信渠道具有一定程度的加密和安全性，可实现安全快速的数据交换。这种结构还允许创建模块化和动态的基础设施。试想这种系统的供应商可以以透明的方式添加或删除提供的服务，以免干预已安装的硬件。另一方面，最终用户可以拥有显着的优势，例如更低的工厂成本和系统组件的潜在无限可扩展性。很明显，这种观点的改变为一个一切都已经整合的世界开启了全新的商业场景。

通过集成更多的连接性和更多的决策能力，由于处理和通信组件的低成本，传感器和执行器变得智能。

ESPdevices 的事物警报开发套件
ESPdevices 提供了一个开发板，用于开发基于 Espressif 的 ESP8266 微控制器的智能传感器。该开发套件包括带有ESP12F模块的主板、RCWL-0516微波传感器和HC-SR501 PIR传感器；两个传感器都必须安装在主板的连接器上。该套件在图 3中可见。

图 3：事物警报开发套件（图片：ESPdevices）

主板带有适合安装为窗帘传感器的外形尺寸。得益于调节微控制器电压的 LDO，它可以由 3.3 V 至 12 V 供电。双重技术（微波和红外线）的存在可以最大限度地减少误报并提供强大的运动检测。

RCWL-0516 传感器使用微波检测距离达 5 米的人员的存在，检测角度为 360°。传感器在激活时会改变 GPIO13 的状态。

HC-SR501 PIR 是一种在红外波段工作的传感器。感应距离可通过电位器调节，信号激活时间也可调节，当传感器激活时，它会改变 GPIO12 的状态。图 4显示了传感部分的示意图。

图 4：传感器的航向连接器（图片：ESPdevices）

从外观上看，主板显示以下连接器：

• 电源连接器（VCC 和 GND）
• 电源输出连接器（VCC 和 GND 必要时为另一个设备供电）
• 报警信号连接器（电源电压和报警信号，通过驱动晶体管的 GPIO15 激活）
• 两个 I/O 连接器（用于接收来自外部设备的 TTL 输入或将 TTL 输出发送到外部设备，例如由传感器自动控制的电动快门）

Things 报警用例
由于 ESP12F 模块的多功能性，固件可以通过 Wi-Fi 外围设备连接到远程服务器，该服务器控制通信并接收来自智能传感器的消息。可以对智能传感器进行编程，以在传感器值的每次变化（或逻辑）或两个传感器都被触发（与逻辑）时传达状态。虽然智能传感器能够激活电动百叶窗的关闭（通过激活外部继电器）并发出警报（通过连接到警报信号的晶体管），但服务器会收到入侵警报，并且根据订阅的计划，系统可以通过短信或电子邮件通知最终用户，同时调用安全服务。

这显然只是基于智能传感器的高级系统所提供的潜力的一个例子，例如 ESPdevices 的物联网报警开发板。在这样的基础设施上，可以实现和提供给用户的服务确实数不胜数。

结论
由于物联网可以插入以相互依赖的方式进行通信的对象，从而改变本文中的反入侵系统的观点，这不仅涉及技术修改和奢侈的解决方案，而且可能导致新的在一个现已整合且看似静态的市场中的业务模型，例如防入侵系统，对最终用户和供应商都具有潜在优势。拥有不同愿景的勇气往往会得到回报！