自動布防/撤防、運動檢測、帶圖片的移動通知

項目所用物品

硬件組件

• Raspberry Pi1 Model A+ 一個：任何支持攝像頭模塊的Raspberry Pi均可
• Raspberry Pi 攝像頭模塊一個
• USB WLAN/WiFi適配器一個：必須支持監(jiān)控模式，推薦使用RT5370
• Makerbeam（可選）一個：用于制作外殼

軟件應用和在線服務

• Raspberry PiRaspbian
• Telegram Bot

項目簡介

Raspberry Pi安防系統(tǒng)是一個簡單的基于Raspberry Pi 的安防系統(tǒng)，具有以下功能：

• 使用攝像頭進行運動檢測和拍照
• 發(fā)送帶照片的移動通知
• 自動檢測是否有人在家并自動布防或撤防
• 可通過Telegram遠程禁用或查詢

所需條件

硬件需求

• 帶有攝像頭接口的Raspberry Pi（我使用的是Model A+）
• Raspberry Pi攝像頭模塊
• 支持監(jiān)控模式的USB Wi-Fi適配器（我使用的是基于RT5370的適配器，價格約為6歐元，易于購買）
• 某種形式的外殼（我制作的硬件詳情在此）

其他需求

• Telegram機器人：免費且易于設置
• 已安裝Raspbian發(fā)行版（我使用的是Jessie lite，也可以使用其他操作系統(tǒng)，但未經(jīng)測試）
• Python 3

工作原理

自動化檢測

我的主要目標之一是使系統(tǒng)完全自動化，無需在離家或回家時手動布防或撤防。我認為實現(xiàn)這一目標的最簡單方法是嘗試檢測家中居住者的手機。從概念上講，這很簡單，但在實踐中最具挑戰(zhàn)性，因為：

• 在Wi-Fi接口上捕獲所有數(shù)據(jù)包非常耗費資源
• 目前沒有好的支持監(jiān)控模式的5Ghz USB Wi-Fi適配器，這意味著數(shù)據(jù)包監(jiān)控僅限于2.4Ghz，而大多數(shù)現(xiàn)代手機現(xiàn)在使用5Ghz
• 手機并非始終在線并通過Wi-Fi發(fā)送數(shù)據(jù)包，有時它們會保持未連接狀態(tài)長達15分鐘或更長時間
• 即使準確率達到99%，誤報也會令人煩惱

經(jīng)過大量測試，我采用了一種結合主動（ARP掃描）和被動（數(shù)據(jù)包捕獲）檢測的方法，通過Wi-Fi適配器實現(xiàn)，并基于已知的手機MAC地址。手機MAC地址在配置中設置，rpi-security應用程序在監(jiān)控模式接口上捕獲具有以下過濾條件的數(shù)據(jù)包：

• 來自任何已配置MAC的Wi-Fi探測請求
• 從已配置MAC發(fā)送到運行rpi-security的主機的任何數(shù)據(jù)包

當檢測到數(shù)據(jù)包時，應用程序會重置計數(shù)器，如果計數(shù)器超過約10分鐘，則系統(tǒng)布防。為了消除許多誤報，在從布防到撤防狀態(tài)或反之的轉換過程中，應用程序會對每個已配置的MAC地址執(zhí)行ARP掃描，以確保它們確實在線或離線。iOS和Android在99%的情況下都會響應此ARP掃描，而ICMP ping則相當不可靠。通過結合捕獲Wi-Fi探測請求和使用ARP掃描，Wi-Fi頻率無關緊要，因為手機在兩個頻率上都發(fā)送探測請求，ARP掃描也適用于兩個頻率。

通知

使用Telegram機器人發(fā)送帶捕獲圖片的通知。他們有良好的移動應用程序和友好的API。您還可以在瀏覽器中查看消息，并且消息會在設備之間同步。

如果系統(tǒng)處于布防狀態(tài)并檢測到運動，則會從Telegram機器人向您發(fā)送帶有捕獲圖片的消息。

在任何警報狀態(tài)更改時也會發(fā)送通知。

遠程控制

您可以向Telegram機器人發(fā)送命令以觸發(fā)某些操作：

• /disable：禁用服務，直到重新啟用
• /enable：在禁用后啟用服務
• /status：發(fā)送狀態(tài)報告
• /photo：捕獲并發(fā)送照片
• /gif：捕獲并發(fā)送gif

Python

該應用程序是用Python 3編寫的。大部分功能由以下pip模塊提供：

• picamera
• Scapy
• python-telegram-bot

應用程序使用多線程以異步方式處理事件。有四個線程：

• telegram_bot：響應命令
• monitor_alarm_state：布防和撤防系統(tǒng)
• capture_packets：捕獲來自移動設備的數(shù)據(jù)包
• process_photos：通過Telegram消息發(fā)送捕獲的圖片

安裝、配置和運行

連接到您的WiFi網(wǎng)絡的接口必須是支持監(jiān)控模式的接口，并且這必須是手機連接的同一個WiFi網(wǎng)絡。

首先安裝必要的軟件包：

sudo apt-get updatesudo apt-get install -y tcpdump iw python3-dev python3-pip libjpeg8-dev zlib1g-dev libffi-dev python3-numpysudo pip3 install --upgrade pip

安裝rpi-security服務，重新加載systemd配置并啟用服務：

sudo pip3 install https://github.com/FutureSharks/rpi-security/archive/master.zipsudo systemctl daemon-reloadsudo systemctl enable rpi-security.service

在/etc/rpi-security.conf文件中添加你的MAC地址、Telegram機器人API密鑰以及任何其他需要更改的配置。
確保你已經(jīng)使用raspi-config啟用了相機模塊。

啟動rpi-security服務：

sudo systemctl start rpi-security.service

你需要至少向Telegram機器人發(fā)送一條消息，以便服務能夠保存你的Telegram chat_id。發(fā)送/status命令即可。

rpi-security作為服務運行，并將日志記錄到syslog中。要查看日志，請檢查 /var/log/syslog。

還有一個調試選項，它將日志輸出到stdout：

root@raspberrypi:~# iw phy phy0 interface add mon0 type monitorroot@raspberrypi:~# ifconfig mon0 uproot@raspberrypi:~# rpi-security.py -d2016-05-28 14:43:30 DEBUG rpi-security.py:73 MainThread State file read: /var/lib/rpi-security/state.yaml2016-05-28 14:43:30 DEBUG rpi-security.py:44 MainThread Calculated network: 192.168.178.0/242016-05-28 14:43:41 INFO rpi-security.py:214 monitor_alarm_state thread running2016-05-28 14:43:41 INFO rpi-security.py:196 capture_packets thread running2016-05-28 14:43:41 INFO rpi-security.py:259 telegram_bot thread running2016-05-28 14:43:41 INFO rpi-security.py:154 process_photos thread running2016-05-28 14:43:43 INFO rpi-security.py:392 MainThread rpi-security running2016-05-28 14:43:43 INFO rpi-security.py:112 MainThread Telegram message Sent: "rpi-security running"2016-05-28 14:44:29 DEBUG rpi-security.py:191 capture_packets Packet detected from aa:aa:aa:bb:bb:bb2016-05-28 14:44:29 DEBUG rpi-security.py:191 capture_packets Packet detected from aa:aa:aa:bb:bb:bb2016-05-28 14:44:48 DEBUG rpi-security.py:280 Dummy-1 Motion detected but current_state is: disarmed

這就是Raspberry PiA+模型所需要的全部內容。這顯示了我的無線局域網(wǎng)網(wǎng)絡設備布局：

root@raspberrypi:~# iw devphy#0 Interface mon0 ifindex 4 wdev 0x3 addr 00609c:01 type monitor Interface wlan0 ifindex 2 wdev 0x1 addr 00609c:01 type managed channel 1 (2412 MHz), width: 40 MHz, center1: 2422 MHz

你可能會遇到具有不同名稱的接口，只需在/etc/rpi-security.conf 文件中更改 network_interface 參數(shù)，并同時更改 rpi-security.service 中對 mon0的引用即可。帶有PIR傳感器運動檢測的舊版本

目前，該攝像頭用于運動檢測。

連接丟失時重啟

大約每個月或兩個月，我的Raspberry Pi會丟失WLAN連接。我創(chuàng)建了一個cron作業(yè)來檢查連接，并在檢查失敗時重啟。

echo '*/20 * * * * root /usr/bin/host api.telegram.org > /dev/null 2>1 || (/usr/bin/logger "Rebooting due to connectivity issue"; /sbin/shutdown -r now)' > /etc/cron.d/reboot-on-connection-failure

自定義部件和外殼

硬件詳情

攝像頭和PIR傳感器Makerbeam支架的CAD文件：
https://github.com/FutureSharks/rpi-security/tree/master/hardware

代碼

Github鏈接（安裝、配置等）：https://github.com/FutureSharks/rpi-security

一個用Python編寫的安全系統(tǒng)，用于在Raspberry Pi上運行，具有運動檢測和移動通知功能