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本文利用S3C6410主控板、STM32、wifi模塊、GSM模塊及多種移動(dòng)終端設計一個(gè)智能家居系統，使分立的設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組成一個(gè)相互聯(lián)系、協(xié)同操作的整體，實(shí)現家居環(huán)境監視、防盜自動(dòng)報警、燈具自動(dòng)控制、燃氣泄漏遠程報警等功能，使用效果良好。 隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對家居的安全、舒適、便利等方面要求也逐步提高，現代家居向著(zhù)高度智能化、人性化的智能家居方向發(fā)展。智能家居又稱(chēng)智能住宅，它是融合了自動(dòng)化控制系統、計算機網(wǎng)絡(luò )系統和網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò )化智能化的家居控制系統。智能家居作為一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)消費潛力巨大。本文以三星公司S3C6410處理器為核心，利用S3C6410主控板、STM32、wifi模塊、GSM模塊及多種移動(dòng)終端設計一個(gè)智能家居系統，使分立的設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)介質(zhì)構成一個(gè)整體，實(shí)現了家居環(huán)境監視、防盜自動(dòng)報警、燈具自動(dòng)控制、燃氣泄漏遠程報警等功能，使家居更安全、更舒適、更方便。 1系統整體方案 智能家居系統總體結構如圖1所示，包括4個(gè)子系統：數據采集與自動(dòng)控制系統、數據監控系統、攝像頭監控系統和遠程報警系統。其中，數據采集子節點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感模塊NRF24L01將數據發(fā)送到集中處理節點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)自動(dòng)控制任務(wù)，集中處理節點(diǎn)的數據通過(guò)RS232發(fā)送到S3C6410主控板進(jìn)行數據的處理;使用wifi模塊建立局域網(wǎng)，將數據發(fā)送到局域網(wǎng)的安卓移動(dòng)終端;使用GSM模塊將報警信號發(fā)送到移動(dòng)終端，同時(shí)將攝像頭安裝在S3C6410主控板上，使用路由器建立局域網(wǎng)，可在終端上打開(kāi)瀏覽器，監視攝像頭。 圖1 系統總體方案 1.1數據采集與自動(dòng)控制系統 數據采集與自動(dòng)控制原理如圖2所示。數據采集與自動(dòng)控制系統對家居環(huán)境主要參數(溫濕度、自然環(huán)境光照狀態(tài)、燃氣狀態(tài)，紅外感應狀態(tài))進(jìn)行采集和自動(dòng)控制，此系統包含3個(gè)采集和自控節點(diǎn)。溫濕度通過(guò)溫濕度傳感器DHT11進(jìn)行采集，自然光照狀態(tài)通過(guò)光敏電阻電路進(jìn)行檢測，燃氣狀態(tài)通過(guò)煙霧傳感器模塊進(jìn)行檢測，樓梯口情況通過(guò)紅外感應傳感器進(jìn)行檢測;系統有3個(gè)節點(diǎn)，節點(diǎn)1包括室內溫濕度采集，樓梯口情況檢測與樓梯燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，廚房煙霧狀態(tài)檢測與廚房排氣扇自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制;節點(diǎn)2有浴室的煙霧狀態(tài)檢測與排氣扇的自動(dòng)控制;節點(diǎn)3包括室外溫濕度的采集，自然光照狀態(tài)的檢測與院子燈的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。數據采集集中處理節點(diǎn)(無(wú)線(xiàn)傳感器模塊NRF24L01)收集分立節點(diǎn)數據，在集中節點(diǎn)上裝有一個(gè)液晶顯示屏來(lái)顯示采集到的溫濕度等數據，同時(shí)通過(guò)串口發(fā)送到S3C6410主控板。 圖2 數據采集與自動(dòng)控制方案 圖3 數據監視方案 1.2數據監視系統 系統的數據監視有兩類(lèi)終端，分別是主控板顯示屏和移動(dòng)安卓終端。數據監視原理如圖3所示。S3C6410利用串口接收來(lái)自數據采集系統的數據，并進(jìn)行相應處理。主控板上安裝液晶顯示屏，用來(lái)顯示采集對象的圖標和數據;顯示屏的應用程序采用QT開(kāi)發(fā)工具C++開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使用Linux系統進(jìn)行調用。主控板上安裝wifi模塊，通過(guò)此模塊建立wifi局域網(wǎng);移動(dòng)安卓終端裝載有安卓系統，監視應用程序利用Eclipse開(kāi)發(fā)工具用java語(yǔ)言進(jìn)行設計;監視數據從wifi模塊向外傳送，在局域網(wǎng)范圍內，只要連接上建立的局域網(wǎng)絡(luò )就可進(jìn)行數據的監視。 1.3攝像頭監視系統 攝像頭可在很多設備進(jìn)行監視，只要此設備裝有瀏覽器即可。攝像頭監視方案如圖4所示。攝像頭安裝在主控板上，利用程序進(jìn)行驅動(dòng);這里利用網(wǎng)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)路由建立的局域網(wǎng)進(jìn)行攝像頭數據的傳送;可在電腦上連上網(wǎng)線(xiàn)對攝像頭進(jìn)行監視，也可連接路由建立的局域網(wǎng)進(jìn)行監視，同時(shí)可在移動(dòng)終端上連接路由建立的局域網(wǎng)進(jìn)行監視。多終端監視，方便靈活實(shí)用。 圖4 攝像頭監視方案 圖5 遠程報警方案 1.4遠程報警系統 燃氣是家居安全的一大隱患，這里利用GSM模塊和移動(dòng)終端建立燃氣遠程報警系統，方案如圖5所示。當燃氣出現泄漏時(shí)，觸發(fā)GSM模塊動(dòng)作，遠程通知用戶(hù)及時(shí)處理。 2系統硬件設計 基于S3C6410的智能家居系統由采集自控系統，多終端監視系統構成;所有的節點(diǎn)通過(guò)有線(xiàn)介質(zhì)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )構成一個(gè)整體;主控板采用S3C6410配用板和核心板;硬件的主要設計在數據采集部分，數據采集使用STM32處理器，再加上外圍的傳感器、控制電路組成。 2.1家居溫濕度硬件設計 溫濕度采集模塊的核心是溫濕度的采集，采用集成溫濕度傳感器DHT11，要注意DHT11輸出的數字量是串行數據，有特定的數據格式，需要用STM32的通用IO口來(lái)“模擬”這個(gè)串行口與DHT11進(jìn)行通信。 2.2紅外狀態(tài)硬件設計 紅外感應系統包括熱釋電人體紅外模塊電路和自動(dòng)開(kāi)燈模塊電路。熱釋電人體紅外模塊電路采用RE200B型的熱釋電人體紅外探測頭，利用專(zhuān)門(mén)的高性能傳感信號處理集成電路BISS0001對RE200B的信號進(jìn)行處理，然后將信號傳到STM32進(jìn)行處理。 2.3自然光照狀態(tài)硬件設計 家居的自然光照狀態(tài)數據采集和自控系統包括光明電阻探測電路、自動(dòng)開(kāi)燈電路兩部分。光照狀態(tài)探測器選用光敏電阻傳感器，當光照值達不到設定的要求時(shí)，其阻值迅速變大，從而傳感器電路輸出信號，自動(dòng)控制開(kāi)燈電路。光敏電阻采集到的信號經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器后連接到STM32，由STM32進(jìn)行處理。 2.4燃氣泄漏狀態(tài)硬件設計 家居燃氣泄漏系統包括燃氣泄漏探測器電路、自動(dòng)開(kāi)關(guān)排氣扇控制模塊電路兩部分。燃氣泄漏探測器選用MQ-7型氣敏傳感器，當元件接觸還原性氣體時(shí)，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高;可用于可燃性氣體的檢測。燃氣泄漏探測器硬件電路如圖6所示，MQ-7采集到的信號經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器后連接到STM32，由STM32進(jìn)行處理。 圖6 燃氣泄漏探測器電路 3系統軟件設計 軟件系統包括數據采集和自控、主控板監控和安卓監控等三部分。采集數據和自控部分在KEIL平臺利用C語(yǔ)言進(jìn)行設計;主控板監控部分利用QT平臺用C++進(jìn)行設計;安卓監控部分利用Eclipse開(kāi)發(fā)工具用java語(yǔ)言進(jìn)行設計;這些軟件系統實(shí)現采集、控制、傳送、顯示的功能。 3.1采集數據和自控系統軟件設計 家居采集數據部分對溫濕度、紅外感應狀態(tài)、自然光照狀態(tài)、燃氣狀態(tài)進(jìn)行周期性采集;自控部分包括院子燈、排氣扇、樓梯燈的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制。軟件統一使用keil開(kāi)發(fā)工具用C語(yǔ)言進(jìn)行設計。數據采集和自控任務(wù)流程圖如圖7所示。 圖7 數據采集和自控任務(wù)流程圖 3.2主控板監控系統軟件設計 主控板周期性接收來(lái)自數據采集部分的數據，并進(jìn)行顯示、控制、傳送任務(wù)，這些任務(wù)通過(guò)軟件來(lái)完成。軟件使用QT平臺用C++高級語(yǔ)言進(jìn)行設計，并用Linux系統進(jìn)行調用。系統會(huì )自動(dòng)傳送數據并在液晶屏上顯示，同時(shí)會(huì )根據數據進(jìn)行顯示圖標的變化，若燃氣發(fā)生泄漏還會(huì )進(jìn)行聲音報警。 3.3安卓監控軟件設計 安卓終端通過(guò)連接wifi局域網(wǎng)絡(luò )，接收來(lái)自主控板傳送的數據;軟件設計利用Eclipse開(kāi)發(fā)工具用java語(yǔ)言進(jìn)行設計;可以利用軟件將接收到的數據顯示在安卓設備顯示屏上，若燃氣發(fā)生了泄漏還會(huì )進(jìn)行聲音報警。 4系統設計注意事項 系統設計時(shí)需注意以下問(wèn)題：1)在使用STM32時(shí)，因為使用的IO口較多，軟件配置IO口要特別注意正確配置它的模式。2)因為使用的IO口較多，程序處理部分也較多，要特別注意檢查，避免多個(gè)功能重疊使用同一個(gè)IO口。3)使用無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊NRF24L01時(shí)，寫(xiě)接收通道地址，P0和P1通道是40位地址，但P2-P5只有8位地址，其高32位地址與P1通道相同，因此只要寫(xiě)一個(gè)字節地址就可。4)切記在配置NRF24L01無(wú)線(xiàn)收發(fā)器時(shí)發(fā)送和接受的模式不能搞混，與收發(fā)頻率要設置相同。5)配置內核要耐心和細心，否則容易出問(wèn)題。6)STM32是一款小管腳較多的貼片芯片，焊芯片時(shí)要特別注意。7)各傳感器在使用前都要調整它的靈敏度，否則會(huì )出現測試不了的情況。 5結束語(yǔ) 課題應用S3C6410主控板、STM32、wifi模塊、GSM模塊、各種移動(dòng)終端等設計一個(gè)智能家居系統，使分立的設備通過(guò)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)介質(zhì)組成一個(gè)整體，使之擁有家居環(huán)境監視，多終端攝像頭監視，燈具自動(dòng)控制，燃氣泄漏遠程報警等豐富功能，真正讓用戶(hù)感到家居的安全、舒適和便利。 |
