树莓派安防系统：运动检测与远程监控解决方案

自动布防与撤防、运动检测及图片通知功能

项目所需物品

硬件组件

Raspberry Pi 1 Model A+ 一个：任何支持摄像头模块的 Raspberry Pi 均可使用。
Raspberry Pi 摄像头模块一个。
USB WLAN/WiFi 适配器一个：须支持监控模式，推荐使用 RT5370。
Makerbeam（可选）一个：用于制作外壳。

软件应用及在线服务

Raspberry Pi Raspbian
Telegram Bot

项目概述
Raspberry Pi 安防系统是一个基于 Raspberry Pi 的简易安防系统，具备以下核心功能：

利用摄像头进行运动检测和拍照。
发送带照片的移动通知。
自动检测家庭成员在家与否，并自动布防或撤防。
可通过 Telegram 进行远程控制和查询。

类似产品：

Ulo
Canary

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（硬件详细信息将在后续部分提供）。

其他需求

Telegram 机器人：免费且易于设置。
已安装的 Raspbian 发行版（我使用的是 Jessie lite，其他操作系统也可使用但未经过测试）。
Python 3。

工作原理

自动化检测
该系统的主要目标是实现完全自动化，用户在离家或回家时无需手动设置布防或撤防。为实现这一目标，我尝试检测家中成员的手机。这个概念上简单，但在实际操作中面临诸多挑战：

在 Wi-Fi 接口上捕获所有数据包非常耗费资源。
当前没有良好的支持监控模式的 5GHz USB Wi-Fi 适配器，因此数据包监控仅限于 2.4GHz，而大多数现代手机使用的是 5GHz。
手机并非始终在线并发送数据包，有时可能长达 15 分钟或更久处于未连接状态。
即使准确率达到 99%，误报也会非常烦人。

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 适配器进行，并基于已知的手机 MAC 地址。手机的 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符合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。为减少误报，在布防与撤防状态转换过程中，应用程序会对每个已配置的 MAC 地址执行 ARP 扫描，确保它们确实在线或离线。iOS 和 Android 在 99% 的情况下会响应此 ARP 扫描，而 ICMP ping 的可靠性较低。结合捕获 Wi-Fi 探测请求与使用 ARP 扫描可以有效应对不同频率，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 机器人发送带有捕获图片的通知。Telegram 具备良好的移动应用和友好的 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 Telegram 机器人将向您发送带有捕获图片的消息，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特定操作：

/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
该应用程序使用 Python 3 编写，大部分功能由以下 pip 模块提供：

picamera
Scapy
python-telegram-bot

应用程序以多线程方式异步处理事件，共有四个线程：

telegram_bot：响应命令。
monitor_alarm_state：负责布防和撤防系统。
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、配置与运行
连接到您的 WiFi 网络的接口必须是支持监控模式的，并且这必须是手机连接的同一 WiFi 网络。首先安装必要的软件包：

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y tcpdump iw python3-dev python3-pip libjpeg8-dev zlib1g-dev libffi-dev python3-numpy
sudo 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.zip
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable rpi-security.service

在 /etc/rpi-security.conf 文件中添加您的 MAC 地址、Telegram 机器人 API 密钥以及其他需要更改的配置。确保您已使用 raspi-config 启用相机模块。启动 rpi-security 服务：

sudo systemctl start rpi-security.service

您需要至少向 Telegram 机器人发送一条消息，以便服务能够保存您的 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。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 monitor
root@raspberrypi:~# ifconfig mon0 up
root@raspberrypi:~# rpi-security.py -d

这就是 Raspberry Pi A+ 模型所需的全部内容。以下是我的无线局域网网络设备布局：

root@raspberrypi:~# iw dev phy#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

您可能会遇到不同名称的接口，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 传感器的旧版运动检测
当前，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：0.7 Version

连接丢失时重启
大约每月或每两个月，我的 Raspberry Pi 会丢失 WLAN 连接。我创建了一个 cron 作业以检查连接，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：
硬件文件

代码
Github 链接（安装、配置等）：GitHub - rpi-security
一个用 Python 编写的安全系统，旨在在 Raspberry Pi 上运行，并具备运动检测和移动通知功能。