自动布防/撤防、运动检测、带图片的移动通知

项目所用物品

硬件组件

• Raspberry Pi  1 Model A+ 一个：任何支持摄像头模块的 Raspberry Pi 均可

• Raspberry Pi  摄像头模块一个 

• USB WLAN/WiFi适配器一个：必须支持监控模式，推荐使用RT5370

• Makerbeam（可选）一个：用于制作外壳

软件应用和在线服务

• Raspberry Pi  Raspbian

• Telegram Bot

项目简介

Raspberry Pi安防系统是一个简单的基于Raspberry Pi 的安防系统，具有以下功能：

• 使用摄像头进行运动检测和拍照

• 发送带照片的移动通知

• 自动检测是否有人在家并自动布防或撤防

• 可通过Telegram远程禁用或查询

类似产品：

• https://www.kickstarter.com/projects/vivienmuller/ulo/

• http://canary.is/

所需条件

硬件需求

• 带有摄像头接口的Raspberry Pi （我使用的是Model A+）

• Raspberry Pi 摄像头模块

• 支持监控模式的USB Wi-Fi适配器（我使用的是基于RT5370的适配器，价格约为6欧元，易于购买）

• 某种形式的外壳（我制作的硬件详情在此）

其他需求

• Telegram机器人：免费且易于设置

• 已安装Raspbian发行版（我使用的是Jessie lite，也可以使用其他操作系统，但未经测试）

• Python 3

工作原理

自动化检测

我的主要目标之一是使系统完全自动化，无需在离家或回家时手动布防或撤防。我认为实现这一目标的最简单方法是尝试检测家中居住者的手机。从概念上讲，这很简单，但在实践中最具挑战性，因为：

• 在Wi-Fi接口上捕获所有数据包非常耗费资源

• 目前没有好的支持监控模式的5Ghz USB Wi-Fi适配器，这意味着数据包监控仅限于2.4Ghz，而大多数现代手机现在使用5Ghz

• 手机并非始终在线并通过Wi-Fi发送数据包，有时它们会保持未连接状态长达15分钟或更长时间

• 即使准确率达到99%，误报也会令人烦恼

经过大量测试，我采用了一种结合主动（ARP扫描）和被动（数据包捕获）检测的方法，通过Wi-Fi适配器实现，并基于已知的手机MAC地址。手机MAC地址在配置中设置，rpi-security应用程序在监控模式接口上捕获具有以下过滤条件的数据包：

• 来自任何已配置MAC的Wi-Fi探测请求

• 从已配置MAC发送到运行rpi-security的主机的任何数据包

当检测到数据包时，应用程序会重置计数器，如果计数器超过约10分钟，则系统布防。为了消除许多误报，在从布防到撤防状态或反之的转换过程中，应用程序会对每个已配置的MAC地址执行ARP扫描，以确保它们确实在线或离线。iOS和Android在99%的情况下都会响应此ARP扫描，而ICMP ping则相当不可靠。通过结合捕获Wi-Fi探测请求和使用ARP扫描，Wi-Fi频率无关紧要，因为手机在两个频率上都发送探测请求，ARP扫描也适用于两个频率。

通知

使用Telegram机器人发送带捕获图片的通知。他们有良好的移动应用程序和友好的API。您还可以在浏览器中查看消息，并且消息会在设备之间同步。

如果系统处于布防状态并检测到运动，则会从Telegram机器人向您发送带有捕获图片的消息。

在任何警报状态更改时也会发送通知。

远程控制

您可以向Telegram机器人发送命令以触发某些操作：

• /disable：禁用服务，直到重新启用

• /enable：在禁用后启用服务

• /status：发送状态报告

• /photo：捕获并发送照片

• /gif：捕获并发送gif

Python

该应用程序是用Python 3编写的。大部分功能由以下pip模块提供：

• picamera

• Scapy

• python-telegram-bot

应用程序使用多线程以异步方式处理事件。有四个线程：

• telegram_bot：响应命令

• monitor_alarm_state：布防和撤防系统

• capture_packets：捕获来自移动设备的数据包

• process_photos：通过Telegram消息发送捕获的图片

安装、配置和运行

连接到您的WiFi网络的接口必须是支持监控模式的接口，并且这必须是手机连接的同一个WiFi网络。

首先安装必要的软件包：

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

安装rpi-security服务，重新加载systemd配置并启用服务：​​​​​​​

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机器人API密钥以及任何其他需要更改的配置。

确保你已经使用raspi-config启用了相机模块。

启动rpi-security服务：

sudo systemctl start rpi-security.service

你需要至少向Telegram机器人发送一条消息，以便服务能够保存你的Telegram chat_id。发送/status命令即可。

rpi-security作为服务运行，并将日志记录到syslog中。要查看日志，请检查 /var/log/syslog。

还有一个调试选项，它将日志输出到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

这就是Raspberry Pi A+模型所需要的全部内容。这显示了我的无线局域网网络设备布局：​​​​​​​

root@raspberrypi:~# iw devphy#0        Interface mon0                ifindex 4                wdev 0x3                addr 00:0f:60:08:9c:01                type monitor        Interface wlan0                ifindex 2                wdev 0x1                addr 00:0f:60:08:9c:01                type managed                channel 1 (2412 MHz), width: 40 MHz, center1: 2422 MHz

你可能会遇到具有不同名称的接口，只需在/etc/rpi-security.conf 文件中更改 network_interface 参数，并同时更改 rpi-security.service 中对 mon0 的引用即可。

带有PIR传感器运动检测的旧版本

目前，该摄像头用于运动检测。如果您想使用支持PIR传感器的旧版本，请查看0.7版本：

https://github.com/FutureSharks/rpi-security/releases/tag/0.7

连接丢失时重启

大约每个月或两个月，我的Raspberry Pi 会丢失WLAN连接。我创建了一个cron作业来检查连接，并在检查失败时重启。

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

自定义部件和外壳

硬件详情

摄像头和PIR传感器Makerbeam支架的CAD文件：

https://github.com/FutureSharks/rpi-security/tree/master/hardware

代码

Github链接（安装、配置等）：

https://github.com/FutureSharks/rpi-security

一个用Python编写的安全系统，用于在Raspberry Pi 上运行，具有运动检测和移动通知功能