基于無線網(wǎng)絡(luò)的智能家居安防系統(tǒng)

1、基于無線網(wǎng)絡(luò)的智能家居安防系統(tǒng)李子云 *作者簡(jiǎn)介：李子云（1992），男，江蘇鎮(zhèn)江人，在讀本科生，主研方向：無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。*（東南大學(xué) 吳健雄學(xué)院 江蘇 南京 210096）摘要：設(shè)計(jì)了一種無線網(wǎng)絡(luò)的智能家居安防控制系統(tǒng)。利用各種傳感器及攝像頭對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域監(jiān)控，集成GPRS模塊使用戶遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)主控節(jié)點(diǎn)，完成與無線網(wǎng)絡(luò)交互獲得各監(jiān)控子節(jié)點(diǎn)監(jiān)控狀況。實(shí)踐表明系統(tǒng)低成本，性能穩(wěn)定，易于擴(kuò)展，有廣闊的市場(chǎng)前景。關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò) 智能家居 安防系統(tǒng) GPRS模塊中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AA Intelligent Security Household System Based on

2、Wireless NetworkLI Ziyun(College of Wujianxiong, Southeast University, Nanjing 210008, China)Abstract: An intelligent security household system based on wireless network is designed. a variety of sensors and cameras are used to monitor the area covered by the network. GPRS modem integrated in the sy

3、stem allows users to control the main controlling node of the network and access the monitoring status of the child node. Practical application shows that the system has the advantages of low cost, stable performance and high scalability. The system has broad market prospects.Key words: wireless net

4、work; smart home; security System; GPRS Module0 引言隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，人們的生活水平提高到一個(gè)新的層次，對(duì)生活環(huán)境的要求越來越高。正在興起的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居使人們逐漸邁入以數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化為平臺(tái)的智能化社會(huì)1,2。安防系統(tǒng)是智能家居中的一個(gè)重要組成部分3。目前它正朝著前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。利用GPRS技術(shù)4、嵌入式技術(shù)5,6及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)7,8、傳感器技術(shù)9、數(shù)字視頻10技術(shù)等，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的智能家居安防系統(tǒng)。利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)布點(diǎn)方便的優(yōu)勢(shì)，覆蓋用戶住宅，節(jié)點(diǎn)由無線模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)

5、傳感器及外圍器件組成，由主控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，在發(fā)現(xiàn)警情后拍攝現(xiàn)場(chǎng)，并將圖像信息及警情信息發(fā)送至主控節(jié)點(diǎn)。主控節(jié)點(diǎn)利用GPRS模塊遠(yuǎn)程通知用戶手機(jī)。同時(shí)，用戶可以通過手機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)所屬節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)控制。實(shí)踐表明，該智能家居系統(tǒng)具有成本低、功耗低、布點(diǎn)方便等特點(diǎn)，有很強(qiáng)的推廣價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。1系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于CC1101的無線物聯(lián)網(wǎng)智能家居安防控制系統(tǒng)由主控節(jié)點(diǎn)及分節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)所組成，如圖1所示。系統(tǒng)由主控節(jié)點(diǎn)及各分節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)組成，主控節(jié)點(diǎn)主要完成對(duì)分節(jié)點(diǎn)的控制及人機(jī)交互功能，由GPRS模塊、ARM主控模塊、按鍵模塊、彩屏模塊SD卡模塊、CC1101無線模塊等組成。分節(jié)點(diǎn)

6、主要完成對(duì)發(fā)生警情的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控功能，根據(jù)需要配備門磁傳感器、煤氣探測(cè)器、紅外傳感器等設(shè)備，感知警情的發(fā)生，再控制攝像頭模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝，由CC1101模塊完成圖像數(shù)據(jù)的傳輸。主控節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后由GPRS模塊將圖片發(fā)送至用戶手機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)。系統(tǒng)預(yù)留了Internet接口，使得用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。系統(tǒng)預(yù)留了智能家居控制接口，使系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能家居功能。圖1 無線物聯(lián)網(wǎng)智能家居安防系統(tǒng)2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)需要處理數(shù)字圖像及相關(guān)無線通訊等大量的數(shù)據(jù)，因此，系統(tǒng)選取由意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的基于32位處理器芯片 STM32F103XX增強(qiáng)型。該系列內(nèi)最大具有256KB 

7、;FLASH及48KB RAM ，片上集成D/A、PWM、CAN、USB、SPI等接口。為了完成無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大量數(shù)據(jù)的傳輸，系統(tǒng)采用TI公司的高性能低功耗CC1101無線通信芯片，其最大傳輸數(shù)率達(dá)500kbps，靈敏度達(dá)到-110dBm。CC1101與微處理器間僅需6條接口線，SCLK, SO, SI, CSN組成SPI接口與處理器通信，GDO0與GDO2主要完成FIFO狀態(tài)信號(hào)輸出，與處理器IO連接采用中斷方式獲得CC1101狀態(tài)息，電路如圖2所示。圖2 CC1101模塊電路圖為了實(shí)現(xiàn)方便的人機(jī)交互功能，系統(tǒng)配置了2.8寸TFT彩屏模塊及小鍵盤，2.8寸TFT彩色液晶屏采用

8、驅(qū)動(dòng)ILI9325，支持320×240分辨率，同時(shí)內(nèi)置173KB的RAM,電源為2.8-3.3V，背光電源最高3.2V，可與控制器直接連接，兼容8/16位數(shù)據(jù)接口,使用控制器的IO口模擬16位數(shù)據(jù)總線與ILI9325通信。為有效去除鍵盤抖動(dòng)，高效利用芯片資源而采用ZLG7290A模塊，可連接多達(dá)64鍵的鍵盤接口，具有雙擊互鎖、去抖處理等功能，I2C串行通信協(xié)議，與控制器接口線僅需4條，支持中斷輸出。GPRS功能采用華為公司生產(chǎn)的高性能高穩(wěn)定工業(yè)級(jí)GPRS模塊GTM900，它支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令及增強(qiáng)AT命令,通過UART 接口與外部 CPU 通信, 主要能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線發(fā)送和接收、基帶處

9、理、音頻處理等功能，電路如圖3所示。圖3 GPRS模塊電路同時(shí)，為防止意外情況突然斷電而為系統(tǒng)設(shè)計(jì)備用電池模塊，備用電池通過二極管連接STM32的VBAT引腳，有效防止電池反充。為將每日監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，以日后備份，系統(tǒng)設(shè)計(jì)SD卡模塊，使用STM32自帶SPI接口控制SD卡讀寫，最大讀寫速度達(dá)到2M/S，使用CLK控制時(shí)鐘信號(hào),MOSI與MISO引腳控制數(shù)據(jù)傳輸，CS引腳控制SD卡使能，各引腳連接20K上拉電阻完成SD卡控制功能。 3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通信功能，本系統(tǒng)采用狀態(tài)機(jī)機(jī)制控制無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)運(yùn)行狀態(tài)。無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分為休眠狀態(tài)、等待狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)后依靠

10、現(xiàn)場(chǎng)各傳感器信號(hào)激活，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。并將進(jìn)入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)將監(jiān)控狀況發(fā)送給主控節(jié)點(diǎn)，而主控節(jié)點(diǎn)如果處于“繁忙”狀態(tài)時(shí)，將會(huì)使無線節(jié)點(diǎn)處于等待狀態(tài)，處于等待狀態(tài)的無線節(jié)點(diǎn)會(huì)由于主控節(jié)點(diǎn)的主動(dòng)調(diào)用而處于運(yùn)行狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖4所示。圖4 無線網(wǎng)絡(luò)分節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖主控節(jié)點(diǎn)平時(shí)處于空閑狀態(tài)，每隔一段時(shí)間將進(jìn)入自檢狀態(tài)，向監(jiān)控的子節(jié)點(diǎn)發(fā)送問詢指令，子節(jié)點(diǎn)收到指令將向主控節(jié)點(diǎn)應(yīng)答以確保子節(jié)點(diǎn)仍處于監(jiān)控狀態(tài)，否則將向用戶發(fā)出警報(bào)信息監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)盲點(diǎn)。由于用戶按下鍵盤、手機(jī)通信、子節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)警情等事件，主控節(jié)點(diǎn)將處于運(yùn)行狀態(tài)，多個(gè)事件同時(shí)請(qǐng)求，將事件分為不同優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先處理高優(yōu)先級(jí)事件，將其他事件屏蔽。

11、分節(jié)點(diǎn)訪問主控節(jié)點(diǎn)而無應(yīng)答時(shí)，開啟載波檢測(cè)功能，載波存在表明主控節(jié)點(diǎn)在與其他節(jié)點(diǎn)通信，則隔一段時(shí)間后再次請(qǐng)求通信。4結(jié)論設(shè)計(jì)了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)智能家居安防控制系統(tǒng)。利用無線網(wǎng)絡(luò)容易布點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)代替有線安防系統(tǒng)對(duì)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，由資源豐富的STM32系列單片機(jī)對(duì)無線節(jié)點(diǎn)控制，因而利于監(jiān)控參數(shù)后期擴(kuò)展。利用主控節(jié)點(diǎn)對(duì)分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，為此設(shè)計(jì)了彩屏、GPRS、鍵盤等與用戶交互的工具，使系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，方便。目前，實(shí)踐表明系統(tǒng)低成本，性能穩(wěn)定，易于擴(kuò)展，有廣闊的市場(chǎng)前景。參考文獻(xiàn):1 Guy Dewsbury. The social and psychological aspects of smart ho

12、me technology within the care sector J. New Technology in Human Services, 2001, 14(1): 9-17.2 Guangming song, Fei Ding, Weijuan Zhang, et al. Awireless Power Outlet System for Smart Homes J. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 2008, 54(4): 1688-1691.3 熊慧萍,陳發(fā)堂,陳東生，等. 家居安防系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，24: 40-42.4 陳琦,丁天懷,李成,等.基于GPRS /GSM的低功耗無線遠(yuǎn)程測(cè)控終端設(shè)計(jì)J . 清華大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 49( 2 ): 223 -225.5 傅振. 嵌入式遠(yuǎn)程無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)D.杭州:浙江大學(xué),2007.6 胥靜. 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)例講解M.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2005.7 黎洪生,劉蘇敏,胡冰,等. 基于無線通信網(wǎng)路的智能路燈節(jié)能系統(tǒng)J.計(jì)算機(jī)工程,2009,