基于ARM9的無線智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計.docVIP

基于ARM9的無線智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計專 業(yè) 班 級 ： 學(xué) 生 姓 名 ： LSC 學(xué) 號 ： 指 導(dǎo) 教 師 ： 一、研究背景及國內(nèi)外現(xiàn)狀：1.1 研究背景21世紀(jì)是信息技術(shù)高速發(fā)展的時代，社會的信息化喚起了人們對住宅智能化及家居智能化的要求，智能住宅己成為中國房地產(chǎn)市場的主流。計算機(jī)行業(yè)和家電行業(yè)、電信行業(yè)、安防監(jiān)控行業(yè)的互相滲透、互相融合，使信息時代的未來家居生活逐步成為現(xiàn)實(shí)。建設(shè)部要求根據(jù)不同消費(fèi)者的需要，推動家居數(shù)字化、建筑智能化，到2010年全國大中城市60%的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化由此可見中國智能家居市場潛力巨大。 智能家居(Smart Home)，又稱智能住宅。通俗地說，是利用先進(jìn)的計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備(如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電)通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起。一方面，智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如，通過無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別方式控制家用設(shè)備;另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通訊，不需要用戶控制也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動運(yùn)行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，即提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間，還提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安全性。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，開始出現(xiàn)了住宅電子化(HE,Home Electronics)的概念。80年代中期，將家用電器、通訊設(shè)備與安防設(shè)備的功能綜合為一體，形成了家居自動化概念(HA，HomeAutomation) 。 80年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對住宅中各種通信、家電、安防設(shè)備通過總線技術(shù)進(jìn)行連接、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為智慧屋(WH,Wise Home)，在歐洲稱為時髦屋(SH,Smart Home)。當(dāng)時日本正處于房產(chǎn)市場低迷時期，日本建設(shè)省在推進(jìn)智能建筑概念時，抓住用于住宅總線技術(shù)的契機(jī)，提出了家庭總線系統(tǒng)概念(HBS,Home Bus System)。而隨著技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展和生物識別技術(shù)的實(shí)用化普及，智能家居的概念才真正體現(xiàn)了其本意，在好萊塢科幻電影中看到的那種高度智能化的家居系統(tǒng)正在走進(jìn)我們的生活。 日本松下公司正在把“數(shù)碼家庭”的概念應(yīng)用到養(yǎng)老院，養(yǎng)老院的所有房間都裝有多種測量儀器、觸摸式顯示屏、數(shù)碼攝像機(jī)等，并與局域網(wǎng)相連，這樣每個居住者的體溫、血壓等多項數(shù)據(jù)可以傳送到護(hù)理中心，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療護(hù)理。美國麻省理工學(xué)院的實(shí)驗室正在研究“智能房間”，通過生物傳感器探測人的行為來自動控制和調(diào)節(jié)居住系統(tǒng)。日本大型住宅公司MISAWA HOME為解決購房者對房屋防盜系統(tǒng)的不滿意，新近推出“保全住宅”該住宅內(nèi)部采用指紋辯識門禁系統(tǒng)，另設(shè)有隱藏式防盜室，當(dāng)遇到小偷闖入時屋主可躲進(jìn)去緊急避難，防盜室設(shè)有兩道厚重的門，其中內(nèi)門只要從里面上鎖后，外部無法靠人力打開。防盜室內(nèi)裝設(shè)電話專線，電話線埋在地下，另外還可在屋內(nèi)放置一個機(jī)器人，畝以依歹徒恐嚇的聲音來反應(yīng)，并出聲求救，發(fā)揮報警求救功能6。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 在我國，智能化住宅和智能化家居雖然起步比較晚，但發(fā)展速度很快。80年代，我國居住條件非常困難，根本談不上智能化的問題。80年代初所建成的住宅，其電器設(shè)計內(nèi)容僅在以下方面:樓房照明系統(tǒng)、高層供水泵控制系統(tǒng)和消防泵控制系統(tǒng)。用戶電量的計量和收費(fèi)，采用房管部門或住戶輪流抄表收費(fèi)的方式。生活用水的計量則主要是按戶或按人口數(shù)收費(fèi)。弱電系統(tǒng)也是從80年代開始才陸續(xù)設(shè)置電話配線和公用電視天線系統(tǒng)。80年代末90年代初，我國家庭基本實(shí)現(xiàn)電器化，住宅內(nèi)的弱電系統(tǒng)有所增加，如對講系統(tǒng)等。到了90年代末，電腦、有線電視、機(jī)頂盒、移動通信等數(shù)字化通信產(chǎn)品開始走進(jìn)家庭。 2000年9月7-8日，由信息產(chǎn)業(yè)部組織，在四川省綿陽市召開了國家經(jīng)貿(mào)委2000年國家技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)專項計劃“家庭信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究及產(chǎn)品開發(fā)”項目工作會議。2002年由建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心和中國建筑科學(xué)研究院主編的居住區(qū)智能化系統(tǒng)配置與技術(shù)要求(審查稿)己送審，等待批準(zhǔn)。建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心正在牽頭編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“居住區(qū)智能化產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)要求”。 2002年建設(shè)部科學(xué)技術(shù)委員會智能建筑技術(shù)開發(fā)推廣中心組織編制了建設(shè)行業(yè)智能建筑試點(diǎn)項目住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)工程驗收評估標(biāo)準(zhǔn)作為建設(shè)行業(yè)智能建筑試點(diǎn)項目住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)工程驗收評估標(biāo)準(zhǔn)。西南交通大學(xué)科技公司開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)智能控制數(shù)據(jù)終端(Intelligent ControlNetwork Data Terminal，簡稱NDT)系統(tǒng)，是一個基于計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的智能住宅控制系統(tǒng)，可以穩(wěn)定運(yùn)行在多種寬帶網(wǎng)絡(luò)平臺上。它包括住宅樓宇防盜報警、貴重物品防盜報警、多重判斷防誤報功能、火災(zāi)報警、煤氣泄露報警、緊急求助、防脅持秘密報警、小區(qū)電子公告、遠(yuǎn)程家用電器控制、電話自動報警功能、Internet電子短信、家用設(shè)備報警、水電氣多表自動抄收等功能，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成整個住宅小區(qū)的集中管理控制系統(tǒng)。二、設(shè)計目的及意義：本設(shè)計是基于ARM9的智能家居監(jiān)控模塊開發(fā)與實(shí)現(xiàn)，我們采用ARM9 內(nèi)核的S3C2410處理器為控制芯片，再將Linux系統(tǒng)移植到硬件平臺上，然后設(shè)計好相應(yīng)的驅(qū)動程序和應(yīng)用程序，最后將軟件下載到硬件平臺來對家電進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)主要有GSM通訊模塊和ARM9系統(tǒng)板兩個部分組成。而系統(tǒng)軟件主要完成各個模塊之間交互通信的功能。 智能家居與普通家居相比，它不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間，還由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。智能家居是數(shù)字家庭的一部分，只有將智能控制和上網(wǎng)功能集成起來，才形成真正意義上的數(shù)字家庭。數(shù)字家庭涉及的領(lǐng)域?qū)⒕C合生活中的娛樂、工作、投資理財、學(xué)習(xí)、醫(yī)療、教育等，是實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部、家庭和社會的實(shí)時性溝通的綜合系統(tǒng)。數(shù)字家庭伴隨著無線而產(chǎn)生，也使無線技術(shù)得到了充分的應(yīng)用和體現(xiàn)。三、智能家居基本模塊及解決方案首先對智能家居系統(tǒng)的功能模塊做了系統(tǒng)的分析，提取出四個最基本的功能模塊，然后在比較國內(nèi)外各種實(shí)現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，確定課題各模塊的選型，最終提出一套自己的智能家居解決方案。3.1 智能家居的基本功能模塊目前的智能家居行業(yè)，首先，處于一個初始發(fā)展時期，國際社會暫時還沒有形成一個公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn);其次，智能家居的應(yīng)用場所一家庭住宅或住宅小區(qū)，不同的實(shí)際環(huán)境也對智能家居提出了不同的要求與解決辦法;此外，居民都希望能夠?qū)χ悄芗揖舆M(jìn)行個性化配置，滿足自身的特殊需求。這樣的形勢，致使開發(fā)商在實(shí)施智能家居時的方式、范圍及側(cè)重點(diǎn)也不盡相同。有些用戶比較注重家電的智能控制，而有些用戶可能更加關(guān)心家庭安全防范，還有些用戶則希望建立相對全面的智能家居系統(tǒng)，滿足多方面的需求。功能模塊見下圖。圖3.1 功能模塊圖圖3.1是根據(jù)課題充分分析現(xiàn)有的智能家居解決方案，結(jié)合自己的調(diào)查研究，從中提取出四個最為基本的功能模塊:家庭對外通信模塊、家庭網(wǎng)關(guān)模塊、家庭安全防范模塊、家庭設(shè)備自動控制模塊，并在此基礎(chǔ)上確定自己的智能家居解決方案。傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)是為了滿足住戶方便性的要求，一般是為了實(shí)現(xiàn)家用電器的遠(yuǎn)程控制的目的，所以只包括“家庭對外通信模塊”、“家庭網(wǎng)關(guān)模塊”、“家庭自動控制模塊”，隨著近年來盜竊等現(xiàn)象的愈演愈烈，用戶又提出了家庭安防的要求，而近年來通信、計算機(jī)、自動化等技術(shù)的不斷發(fā)展使這種要求能夠成為現(xiàn)實(shí)。所以課題的解決方案中考慮到了用戶對家庭安防的需要，在傳統(tǒng)模塊劃分的基礎(chǔ)上增加了“家庭安防模塊”。下文結(jié)合國內(nèi)外功能模塊的實(shí)現(xiàn)方式，將對各模塊做詳細(xì)分析與評述，最終提出自己實(shí)現(xiàn)各個模塊的技術(shù)路線。3.2 家庭對外通信模塊智能家居的最終目的都是為“滿足人們對舒適、方便、高效和符合綠色環(huán)境保護(hù)的需求”，其中“方便”要求家庭內(nèi)部系統(tǒng)能夠通過家庭對外接口，實(shí)現(xiàn)家庭外部的遠(yuǎn)程控制。家庭對外通信模塊的作用在于此，它在智能家居系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色。具體來講，該模塊的功能是提供一個家庭內(nèi)部與外部的通信鏈路，通信的內(nèi)容是數(shù)據(jù)信息或指令信息，常用的通信媒介有電話、GSM短信、Internet等。隨著新技術(shù)的發(fā)展，家庭對外通信模塊從功能和方式上得到了豐富:功能上，過去只是完成簡單指令信息的單方傳輸，現(xiàn)在更多的是提供數(shù)據(jù)信息的通信，包括通信交流、商務(wù)、娛樂、教育、醫(yī)療保險等;方式上，從電話通信到Internet通信，再到GSM手機(jī)短信通信，越來越體現(xiàn)出通信方法的多樣化和簡便化。 3.3 家庭網(wǎng)關(guān)模塊家庭網(wǎng)絡(luò)就是在家庭內(nèi)部通過適當(dāng)?shù)慕M網(wǎng)技術(shù)把家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway,RG)與其他設(shè)備組成可以進(jìn)行信息交換的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并通過家庭網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)相連，形成面向家庭的業(yè)務(wù)提供平臺。在智能家居的實(shí)現(xiàn)過程中，家庭網(wǎng)關(guān)占據(jù)至關(guān)重要的位置。家庭網(wǎng)關(guān)是連接外部公網(wǎng)和家庭私網(wǎng)的關(guān)口，既負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部對公網(wǎng)的訪問和交互，又負(fù)責(zé)用戶從公網(wǎng)上對家庭網(wǎng)絡(luò)的訪問和控制，另外還要負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部設(shè)備的互連、互控等操作，因此，家庭網(wǎng)關(guān)成為智能家居研究的重點(diǎn)。本設(shè)計是選擇三星公司生產(chǎn)的S3C2410芯片作為嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)，它的ARM內(nèi)核是ARM920T。之所以選擇該芯片是基于以下幾點(diǎn)考慮；(1)它帶有MMU，支持Windows CE和大部分的Linux操作系統(tǒng)；(2)它主頻達(dá)到202MHZ，能夠滿足一般家庭網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?3)它具有三通道的UART口，每個UART口都支持IrDAL0協(xié)議，為紅外通信提供接口；(4)它大約有上百個GPIO口可供用戶使用，使多個家用電器的接入網(wǎng)關(guān)成為可能；(5)它還有一個loom的以太網(wǎng)口，使家庭網(wǎng)關(guān)能夠輕松接入Internet。3.4 家庭安全防范模塊安全防范就是保障人們在生產(chǎn)、生活和一切社會活動中人身生命、財產(chǎn)和生產(chǎn)、生活設(shè)施不受侵犯，防止侵害行為的總稱。智能家居在滿足人們舒適、方便生活的同時，也要求為家庭提供安全防范方面的保障。它包含的內(nèi)容有防止入侵、盜竊、破壞、爆炸等，它的原則是“以防為主，打防并舉”，安全防范工作貫徹“人防、技防、物防”相結(jié)合的方針政策。因此，智能家居將家庭安全防范模塊定義為其四個基本要素之一。課題將安全防范的內(nèi)容分為兩部分，分別是家庭內(nèi)部環(huán)境安全、家庭對外非法入侵預(yù)防，這兩方面都體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用。在此提出一套可行的安防方案，可供以后繼續(xù)研究實(shí)踐:(1)住宅內(nèi)部采用被動紅外探測器、可燃?xì)怏w探測器、溫/濕度傳感器；(2)住宅外部可選擇窗磁、門磁開關(guān)、紅外探測器、玻璃破碎探測器、雙鑒探測器等；(3)住宅內(nèi)外部的探測裝置與報警控制器通過無線方式相連；(4)報警控制器與中心控制器通過有線方式相連。3.5 家庭設(shè)備自動控制模塊智能家居的初衷是解決家庭設(shè)備的自動控制問題，將更多的設(shè)備通過某種方式連接，達(dá)到統(tǒng)一、集中控制，為家庭生活帶來方便。因此，現(xiàn)代智能家居的最基本的功能需求體現(xiàn)在家庭設(shè)備的自動控制，家庭設(shè)備自動控制模塊也就成為其最基本的模塊。對不同的家庭設(shè)備，課題給出了不同的解決方案:(1)對于電飯鍋、電燈一類的開關(guān)量家庭設(shè)備，建議采用以繼電器為核心的控制電路控制。具體方案為首先將繼電器、二極管、三極管、限流電阻等連接成一個控制電路，然后將繼電器的一個電源腳接到開發(fā)板的S3C2410芯片的一個GPIO引腳上，繼電器的另一個引腳接VCC，這樣，可以通過燒寫在S3C2410中的程序，來控制GPH1輸出高低電平，進(jìn)而控制繼電器的吸合、斷開，然后由繼電器來控制家用電器的開關(guān)。(2)對于電視機(jī)、空調(diào)一類提供紅外接口的家庭設(shè)備，通過統(tǒng)一的紅外控制器控制;可行的方案是采用紅外模塊，紅外模塊可直接與S3C2410的UART口相連，這樣由S3C2410中的程序來發(fā)送和接收紅外數(shù)據(jù)。可能涉及到的程序有紅外驅(qū)動程序、發(fā)送數(shù)據(jù)程序、接收數(shù)據(jù)程序等。(3)對于信息家電，首先通過網(wǎng)絡(luò)接口接入家庭以太網(wǎng)，如果信息家電支持家電生產(chǎn)廠商的遠(yuǎn)程服務(wù)，智能家居系統(tǒng)便可以減少對它的操作，如果不支持，則需要借助于信息家電提供的以太網(wǎng)交互命令，通過智能家居系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)操作。四、自我評價：在經(jīng)過充分的考察了解和對大量資料的研究后，分析了國內(nèi)外智能住宅的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并結(jié)合我國住宅的實(shí)際情況以及人們的需要，給出了一種智能家居控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計方案。經(jīng)過一段時間的努力，設(shè)計終于接近尾聲，在設(shè)計過程中，我學(xué)到了許多在書本學(xué)不到東西，這些對將來的學(xué)習(xí)和工作都提供了一筆寶貴的財富。由于時間短、實(shí)驗條件有限，更多的是本人能力有限，沒有實(shí)現(xiàn)論文中的全部設(shè)計，但是在不斷的摸索開發(fā)中我漸漸熟悉了嵌入式系統(tǒng)基本的開發(fā)流程，熟悉了一些基本工具的使用，理解了一些基本原理，算是一個小小的入門。設(shè)計過程中，我感覺從事嵌入式開發(fā)這個行業(yè)要