基于無線網(wǎng)絡的智能家居安防系統(tǒng)

1、基于無線網(wǎng)絡的智能家居安防系統(tǒng)李子云 *作者簡介：李子云（1992），男，江蘇鎮(zhèn)江人，在讀本科生，主研方向：無線網(wǎng)絡技術。*（東南大學 吳健雄學院 江蘇 南京 210096）摘要：設計了一種無線網(wǎng)絡的智能家居安防控制系統(tǒng)。利用各種傳感器及攝像頭對無線網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域監(jiān)控，集成GPRS模塊使用戶遠程控制網(wǎng)絡主控節(jié)點，完成與無線網(wǎng)絡交互獲得各監(jiān)控子節(jié)點監(jiān)控狀況。實踐表明系統(tǒng)低成本，性能穩(wěn)定，易于擴展，有廣闊的市場前景。關鍵詞：無線網(wǎng)絡 智能家居 安防系統(tǒng) GPRS模塊中圖分類號：TP274 文獻標識碼：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 引言隨著經濟社會的快速發(fā)展，人們的生活水平提高到一個新的層次，對生活環(huán)境的要求越來越高。正在興起的基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能家居使人們逐漸邁入以數(shù)字化和網(wǎng)絡化為平臺的智能化社會1,2。安防系統(tǒng)是智能家居中的一個重要組成部分3。目前它正朝著前端一體化、視頻數(shù)字化、監(jiān)控網(wǎng)絡化、系統(tǒng)集成化的方向發(fā)展。利用GPRS技術4、嵌入式技術5,6及無線網(wǎng)絡技術7,8、傳感器技術9、數(shù)字視頻10技術等，設計并實現(xiàn)了一種基于無線網(wǎng)絡技術的智能家居安防系統(tǒng)。利用無線網(wǎng)絡技術布點方便的優(yōu)勢，覆蓋用戶住宅，節(jié)點由無線模塊、環(huán)境監(jiān)測

5、傳感器及外圍器件組成，由主控節(jié)點進行控制，在發(fā)現(xiàn)警情后拍攝現(xiàn)場，并將圖像信息及警情信息發(fā)送至主控節(jié)點。主控節(jié)點利用GPRS模塊遠程通知用戶手機。同時，用戶可以通過手機或互聯(lián)網(wǎng)遠程控制系統(tǒng)對所屬節(jié)點進行相應控制。實踐表明，該智能家居系統(tǒng)具有成本低、功耗低、布點方便等特點，有很強的推廣價值和廣闊的市場前景。1系統(tǒng)設計基于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)點及分節(jié)點構成的無線網(wǎng)絡所組成，如圖1所示。系統(tǒng)由主控節(jié)點及各分節(jié)點構成的無線網(wǎng)絡組成，主控節(jié)點主要完成對分節(jié)點的控制及人機交互功能，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

6、主要完成對發(fā)生警情的現(xiàn)場進行監(jiān)控功能，根據(jù)需要配備門磁傳感器、煤氣探測器、紅外傳感器等設備，感知警情的發(fā)生，再控制攝像頭模塊對現(xiàn)場拍攝，由CC1101模塊完成圖像數(shù)據(jù)的傳輸。主控節(jié)點收到數(shù)據(jù)后由GPRS模塊將圖片發(fā)送至用戶手機對現(xiàn)場進行確認。系統(tǒng)預留了Internet接口，使得用戶可以通過網(wǎng)絡對系統(tǒng)進行控制。系統(tǒng)預留了智能家居控制接口，使系統(tǒng)可以實現(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)硬件設計由于系統(tǒng)需要處理數(shù)字圖像及相關無線通訊等大量的數(shù)據(jù)，因此，系統(tǒng)選取由意法半導體公司生產的基于32位處理器芯片 STM32F103XX增強型。該系列內最大具有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)絡內大量數(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500kbps，靈敏度達到-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模塊電路圖為了實現(xiàn)方便的人機交互功能，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、驅動ILI9325，支持320×240分辨率，同時內置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，高效利用芯片資源而采用ZLG7290A模塊，可連接多達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的高性能高穩(wěn)定工業(yè)級GPRS模塊GTM900，它支持標準的AT命令及增強AT命令,通過UART 接口與外部 CPU 通信, 主要能實現(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，為防止意外情況突然斷電而為系統(tǒng)設計備用電池模塊，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)控數(shù)據(jù)存儲，以日后備份，系統(tǒng)設計SD卡模塊，使用STM32自帶SPI接口控制SD卡讀寫，最大讀寫速度達到2M/S，使用CLK控制時鐘信號,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)軟件設計為實現(xiàn)無線網(wǎng)絡通信功能，本系統(tǒng)采用狀態(tài)機機制控制無線網(wǎng)絡中的節(jié)點運行狀態(tài)。無線網(wǎng)絡中的節(jié)點狀態(tài)分為休眠狀態(tài)、等待狀態(tài)、運行狀態(tài)。節(jié)點進入休眠狀態(tài)后依靠

10、現(xiàn)場各傳感器信號激活，進入運行狀態(tài)對現(xiàn)場監(jiān)控。并將進入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)將監(jiān)控狀況發(fā)送給主控節(jié)點，而主控節(jié)點如果處于“繁忙”狀態(tài)時，將會使無線節(jié)點處于等待狀態(tài)，處于等待狀態(tài)的無線節(jié)點會由于主控節(jié)點的主動調用而處于運行狀態(tài)，狀態(tài)轉換如圖4所示。圖4 無線網(wǎng)絡分節(jié)點狀態(tài)轉換圖主控節(jié)點平時處于空閑狀態(tài)，每隔一段時間將進入自檢狀態(tài)，向監(jiān)控的子節(jié)點發(fā)送問詢指令，子節(jié)點收到指令將向主控節(jié)點應答以確保子節(jié)點仍處于監(jiān)控狀態(tài)，否則將向用戶發(fā)出警報信息監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)盲點。由于用戶按下鍵盤、手機通信、子節(jié)點出現(xiàn)警情等事件，主控節(jié)點將處于運行狀態(tài)，多個事件同時請求，將事件分為不同優(yōu)先級，優(yōu)先處理高優(yōu)先級事件，將其他事件屏蔽。

11、分節(jié)點訪問主控節(jié)點而無應答時，開啟載波檢測功能，載波存在表明主控節(jié)點在與其他節(jié)點通信，則隔一段時間后再次請求通信。4結論設計了一種基于無線網(wǎng)絡智能家居安防控制系統(tǒng)。利用無線網(wǎng)絡容易布點的優(yōu)勢代替有線安防系統(tǒng)對區(qū)域進行監(jiān)控，由資源豐富的STM32系列單片機對無線節(jié)點控制，因而利于監(jiān)控參數(shù)后期擴展。利用主控節(jié)點對分節(jié)點進行控制，為此設計了彩屏、GPRS、鍵盤等與用戶交互的工具，使系統(tǒng)操作簡單，方便。目前，實踐表明系統(tǒng)低成本，性能穩(wěn)定，易于擴展，有廣闊的市場前景。參考文獻:1 Guy Dewsbury. The social and psychological aspects of smart ho

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