物联网（IoT）基础的家庭安全解决方案：重点关注Arduino应用

论文标题（中文）：物联网（IoT）基础的家庭安全解决方案：重点关注Arduino应用 论文标题（英文）：A Review Of Iot-Based Home Security Solutions: Focusing On Arduino Applications

作者信息：Hiranmaye Sarpana Chandu，独立研究者

论文出处：Technix International Journal for Engineering Research, October 2024, Volume 11, Issue 10

摘要： 本研究讨论了物联网（IoT）家庭安全系统，特别强调了使用Arduino的应用，并指出在设计安全、经济有效的解决方案时，利用现有的IoT基础设施的必要性。研究涵盖了包括Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、MQTT、CoAP、HTTP以及各种传感器（如温度、烟雾、LPG和红外传感器）等多个方面，并讨论了在家庭安全系统中使用Arduino的优势。研究还探讨了包括入侵检测、监控、门禁控制和智能报警系统在内的各种基于IoT的家庭安全解决方案。此外，研究进一步阐述了家庭安全系统的发展、使用Arduino的好处以及未来的研究方向，特别关注将人工智能（AI）和机器学习（ML）整合到这些解决方案中。

1. 引言： 近年来，互联网设备的数量激增，这些设备允许互联网连接的设备进行通信和数据共享，构成了IoT基础设施的一部分。因此，将现有的IoT基础设施纳入智能家居安全系统的设计中是有利的。随着小型犯罪如盗窃和抢劫的急剧增加，对家庭安全的需求也日益增长。IoT对人类社会产生了深远的积极影响，它允许各种物理对象通过互联网交换数据并建立连接。从仅仅监控房屋的各个区域到积极控制它们，IoT的概念有望在智能家居安全领域拥有多种应用。

2. IoT基础的家庭安全系统： 通过互联网发送或接收音频、视频或图像的概念被称为IoT。这一概念可以恰当地应用于我们的家庭，使其更安全、更智能、更自动化。家庭和建筑中自动化系统的使用日益增长，尤其是在私人住宅中使用时，可以提供更多的舒适感。在讨论家庭自动化时，安全是一个重要因素。家庭安全系统几十年来取得了巨大发展，未来几年将有更多的增长。

3. Arduino在IoT家庭安全系统中的应用： 智能家居比传统住宅更安全。使用自动化和云技术的简单家庭安全系统可以识别入侵者、提醒您注意可疑活动，并使保护您的房屋和其中的人变得更简单。借助Arduino设备，可以轻松掌握云计算的基础知识，并开始构建自己的项目，用于各种有趣的用途。

4. 使用Arduino的IoT基础家庭安全解决方案类型： 在当今世界，家庭安全是必不可少的。鉴于犯罪率的上升，必须有一个机构确保我们的安全和保障。虽然每个人都知道市场上有最先进的安全系统，但并非每个人都能负担得起。因此，我们希望开发实用的电子设备，可以检测入侵者的移动并提醒用户，以提供可能的安全解决方案。

5. Arduino基础IoT安全的技术和协议： 技术领域的进步，包括通信技术、传感器、嵌入式系统、微电子电路和移动操作系统，导致了能够连接到互联网的设备数量增加。如今，智能对象和小工具占互联网流量的大部分。IoT是一个全球性的网络化计算设备系统，可以感知其环境，识别项目，并通过预定义的协议交换信息。

6. 文献综述： 本节讨论了之前基于IoT的家庭安全系统的研究，包括使用Arduino的研究。

本节提供了对先前基于物联网（IoT）的家庭安全系统研究的概述，特别关注了使用Arduino的研究。以下是对这些研究的详细介绍：

• 研究 [19]： 探索了一个基于IoT的家庭自动化系统，该系统允许家庭安全、房间空气质量监测和紧急支持。通过智能手机应用程序实现远程监控，系统主控板为NodeMCU模块。在预防意外事件方面，设备不仅能检测空气质量，还能检测空调系统中使用的CFCs（氯氟烃）。该技术设计用于在不希望的事件发生时迅速切断房屋的电力，并通过用户的移动应用程序通知客户房屋的状态。
• 研究 [20]： 提出了一个低成本的家庭自动化和安全系统，利用IoT在房主不在时保护房屋，通过控制房屋周围的多个开关。建议的系统包括Arduino板、NodeMCUESP8266MOD微控制器以及具有RFID、运动探测器、气体和火焰报警器的安全系统。与市场上类似产品相比，建议的系统成本仅为31美元，考虑到模块和传感器的成本，价格更为亲民。
• 研究 [21]： 推出了一个基于IoT的智能家居框架。该系统整合了远程监测湿度和温度的系统，还包括照明、通风和灌溉泵的控制。在满足某些条件时，可以使用智能手机应用程序与IoT平台（Thing Speak）和Blynk应用程序结合使用，远程监控和交互家用电器。该努力还包括家庭安全和火灾系统。
• 研究 [22]： 展示了一个全面的解决方案，可以验证访客、通知业主入侵，并发出火灾危险通知。系统组件包括摄像头、3x4键盘、Arduino Uno微控制器、PIR和超声波传感器以及Raspberry Pi 3B++MQ2气体检测模块。最后，使用虹膜识别进行人员认证。他们使用Efficient NetBl与SDGR优化器进行300个周期的训练。该模型实现了97.66%的验证准确率和99.80%的训练准确率。
• 研究 [23]： 建议的系统结合了IoT和传感器（如气体传感器MQ2、PIR传感器和温度传感器）来提供家庭保护。它使用GSM模块自动通知用户任何危险。安装PIR（被动红外）传感器是防止入侵者的一种有效方式，尤其是在夜间，可以检测人体运动。建议的布局因其适应性安全功能和智能电力使用而具有很大的潜力。
• 研究 [24]： 提出了一个简单易用、安全且经济有效的监控系统。在检测到入侵时，3G/GPRS Shield（SIM5215A）模块会从Arduino Mega Board接收到报警通知。建立了两个连接：一个通过3G/GPRS与互联网服务器连接，另一个使用GSM与用户的手机连接。多个测试场景证实了建议的系统按预期工作。
• 研究 [25]： 目标是安装一个易于使用的系统，可以检测气体泄漏和可能的家庭入侵。使用MQ-5气体传感器进行泄漏检测，PIR传感器进行入侵者检测，以及IFTTT Web-hooks服务进行电子邮件和短信警报，系统完全功能。一旦Arduino检测到，就会通过蜂鸣器发出警报。技术通过电子邮件和短信迅速通知用户。
• 研究 [26]： 描述了一个负担得起的“智能”门传感器的设计，该传感器可以通知Android应用程序用户家庭或商业环境中的门打开事件。为了连接到使用RESTful API的Web服务器，建议的设计采用了与Arduino兼容的Raspberry Pi 2板和Elegoo Mega 2560 MCU板。实现涉及多种计算机语言。他们还讨论了门传感器的一些限制，例如可能受到其他RF设备的干扰，以及其潜在的未来用途。

以上研究展示了基于Arduino的IoT家庭安全系统的发展现状，包括它们的方法论、主要成就、面临的限制以及未来改进的方向。这些研究为进一步探索和发展更先进的家庭安全解决方案提供了宝贵的参考和启示。

7. 结论和未来展望： 本研究探讨了IoT技术和其与基于Arduino的平台的整合，作为开发先进且经济有效的家庭安全解决方案的手段。研究强调，利用现有的IoT基础设施，可以开发出能够通过入侵检测、监控、门禁控制和智能报警系统有效增强家庭安全的系统。研究调查了Arduino可以使用的各种无线通信技术、网络协议和传感器集成，使其成为这些系统中多功能且易于访问的关键元素。总的来说，以Arduino为代表的基于IoT的家庭安全解决方案似乎为更新住宅安全提供了一个有希望的方向，使其更加适应性强、可扩展且用户友好。