嵌入式智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

   摘要: 采用嵌入式系統(tǒng)和GPRS 通信技術(shù)相結(jié)合的方式，搭建了一個(gè)智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)。通過本系統(tǒng)，可以對(duì)室內(nèi)的溫度、煙霧、人體熱釋進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過短信和遠(yuǎn)程登錄方式，實(shí)現(xiàn)家居遠(yuǎn)程安防監(jiān)控。

　　1  引言

　　隨著人們生活條件的日益改善，生活變得越來越舒適，對(duì)家庭安全防護(hù)的意識(shí)也越來越強(qiáng)，其中包括用電安全、用氣安全、家庭反盜、小孩和老人的看護(hù)等等。隨之而來的是，智能家居系統(tǒng)悄悄地走入了我們的生活中。智能家居系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將各種與家居生活有關(guān)的子系統(tǒng)(如照明、安防、家電等)有機(jī)地結(jié)合，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。

　　2  系統(tǒng)的功能

　　系統(tǒng)主要針對(duì)普通家居用戶設(shè)計(jì)，使用戶能夠進(jìn)行家居安防的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。具體功能有以下三點(diǎn):

　　( 1) 家居安全防范: 當(dāng)室內(nèi)的溫度高于已設(shè)定的值或檢測(cè)到室內(nèi)的煙霧濃霧偏高或特殊角落有異常動(dòng)靜，則系統(tǒng)會(huì)以不同的方式向安防用戶報(bào)警，如: 向手機(jī)終端發(fā)送短信、產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)等。此外，在門禁部分，一旦不法分子連續(xù)三次輸入密碼有誤，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給用戶發(fā)送短信同時(shí)室內(nèi)會(huì)響起一段報(bào)警信號(hào)。

　　( 2) 家居狀況實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè): 溫感、煙感、人體熱釋電等傳感器能將采集的數(shù)據(jù)(數(shù)字量)實(shí)時(shí)的顯示在LCD液晶顯示屏，讓安防用戶隨時(shí)了解室內(nèi)的狀態(tài)，也可以讓安防用戶通過網(wǎng)絡(luò)在線查看，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能; 用戶可以通過萬能遙控器主動(dòng)地查詢室內(nèi)的溫度，煙霧狀態(tài)，特殊地方人員的動(dòng)靜; 或者通過WEB 服務(wù)器了解室內(nèi)的狀況。

　　( 3) 門禁訪問: 當(dāng)有客人來訪時(shí)，客人可以在門禁處點(diǎn)擊LCD液晶顯示屏進(jìn)入客人界面獲得相應(yīng)的幫助。如: 給房主發(fā)送短信、查看日歷、獲得He lp文檔功能等。

　　3  系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)以m in i4020開發(fā)板為主平臺(tái)，51單片機(jī)進(jìn)行輔助控制; 電機(jī)模塊、GPRS 模塊、LCD1602、萬能遙控器為輔助硬件支撐; 溫、煙、人傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù); m ini4020與單片機(jī)之間采用ZT- TR43U 無線通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

　　3.1  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　從圖1中可清楚地看出，本系統(tǒng)主要有m in i4020主控臺(tái)和51單片機(jī)從控臺(tái)兩大部分組成。還有一些擴(kuò)展模塊: GPRS模塊，主要用來發(fā)送報(bào)警信息; 電機(jī)模塊，用來模擬智能開門; 溫度傳感器、煙霧傳感器、人體熱釋電傳感器模塊，用來采集室內(nèi)信息; 萬能遙控模塊，用來控制智能撤/布防。其中，51單片機(jī)部分置于室內(nèi)，主要用來將傳感器采集過來的數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊發(fā)送到主控臺(tái); m in i4020主控平臺(tái)置于室外門禁處，主要用于將從控部分傳過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，一旦有異常情況發(fā)生，便啟動(dòng)GPRS實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

圖1  系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　3.2  系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　( 1)主程序。

　　系統(tǒng)在開機(jī)時(shí)首先檢測(cè)外圍設(shè)備并加載驅(qū)動(dòng)程序，之后啟動(dòng)操作系統(tǒng)。當(dāng)前面的所有初始化工作做完之后就開始加載監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)大多都是后臺(tái)程序，系統(tǒng)運(yùn)行起來就開始進(jìn)行檢測(cè)，讀取串口數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。啟動(dòng)流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)啟動(dòng)流程圖

圖3 溫度、煙霧、人體熱釋電報(bào)警流程圖[!--empirenews.page--]

　　( 2)溫度、煙霧、人體熱釋電報(bào)警。

　　溫度、煙霧、人體熱釋電報(bào)警流程類似，如圖3。溫度傳感器、煙霧傳感器、人體熱釋電傳感器放在室內(nèi),51單片機(jī)將各傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過無線通信傳輸給門禁處的M IN I4020，M IN I4020將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，一旦有異常情況發(fā)生，便啟動(dòng)GPRS實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

　　3.3  LCD液晶顯示屏顯示部分

　　此界面分為兩部分，一是主人界面，二是客人界面。點(diǎn)擊主人界面則進(jìn)入圖6所示的密碼界面，此界面利用了一個(gè)隨機(jī)算法，實(shí)現(xiàn)了按一次按鈕改變鍵盤位置這一功能，輸入正確密碼后進(jìn)入圖7所示的示值界面，在這個(gè)界面里顯示了三個(gè)傳感器的值并能實(shí)時(shí)更新，還可修改密碼，點(diǎn)擊后則進(jìn)入圖8所示的修改密碼界面。返回上電界面進(jìn)入圖9所示的客人界面，此界面里可以按門鈴按鈕，會(huì)在室內(nèi)響起音樂提示主人有客到訪，若無人響應(yīng)，客人還可以通過按短信按鈕進(jìn)入圖10所示的短信界面，點(diǎn)擊空白處就可編輯內(nèi)容，再點(diǎn)擊發(fā)送就會(huì)發(fā)送短信讓主人知道，以便主人作出相應(yīng)的處理。在客人等待期間，可以查看下面四個(gè)小工具。

圖4  上電界面

圖5  密碼界面

圖6  示值界面

圖7  修改密碼界面

圖8  客人界面

圖9  短信界面

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　　3 4  PC機(jī)用戶界面顯示部分

　　客戶隨時(shí)可以登錄自己的電腦來獲取房間內(nèi)的信息，可以實(shí)時(shí)查看溫感、煙感、人感、門禁情況，如下圖所示。

圖10  PC機(jī)用戶界面圖 

 圖11  PC機(jī)上溫感查看界面圖

　　4  結(jié)束語

　　本系統(tǒng)先在虛擬機(jī)上運(yùn)行程序，觀察運(yùn)行結(jié)果并調(diào)試，待修改完善后燒入開發(fā)板運(yùn)行調(diào)試。下圖為系統(tǒng)成品圖，成本大約1千元人民幣左右，成本較低，性能良好。

系統(tǒng)成品圖

　　本系統(tǒng)充分利用了人們普遍使用的通信工具，以嵌入式系統(tǒng)結(jié)合GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，使人們隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)對(duì)家居安防的遠(yuǎn)程監(jiān)控，拓展了人們的生活空間。其具有較好的穩(wěn)定性和通用性，成本低廉，應(yīng)用前景廣闊，可用于小區(qū)、中小型企業(yè)設(shè)備管理系統(tǒng)等場(chǎng)所。