家居监控

家居监控（精选7篇）

家居监控 篇1

0 引言

当前物联网技术迅猛发展，给家居监控系统带来了新的思路。家庭失火也是现实生活中经常出现的家庭灾害，随着人们生活水平和质量的提高，对家居的安全性和便捷性要求也随之提高[1,2]，比如自动调节室内温湿度。因此家居监控系统应用前景广阔、潜在市场需求巨大，且发展迅猛而受到厂商的广泛关注。

基于Zig Bee的无线网络技术具有高性能、低功耗等特点，短距离传输成本低，维护简单[3]，其在家居监控中的使用性能要优于现有的有线或其他无线技术。因此，本文采用基于ZigBee的无线传输技术，针对家居监控实际情况，设计了一种基于Zig Bee的家居无线监控系统。该系统具有可靠性高，可扩展性强，方便操作等特点。并可根据家居的各自特点，进行定制安装，达到个体和规范化相结合的特点和优势，进而使家居监控应用更为广泛。

1 关键技术

1.1 ZigBee技术

Zig Bee是一种无线通信技术，可工作在2.4 GHz、868 MHz和915 MHz3个频段上，分别具有最高250、20和40 kbit/s的传输速率，具有低功耗、网络容量大、成本低、安全可靠等特点。Zig Bee的网络拓扑结构有三种:星型网络拓扑、网状网络拓扑、簇状网络拓扑(如图1所示)，其支持的物理设备包括网络协调器或路由以及作为网络终端节点的半功能节点，这符合家庭网络通信的需要[4]。

1.2 传感器技术

传感器作为信息获取的重要手段，与通信技术和计算机技术共同构成信息技术的三大支柱[5]，是现代信息系统和各种装备不可缺少的信息采集手段。将三种技术进行融合，能够对部署在监控区域内的信息进行实时采集、传输和处理。

传感器技术是众多学科相互交叉的综合性高新技术密集型前沿技术之一。传感器通常由感知电路和信号电路组成，感知电路感知数据，也就是对气体、温湿度、光等数据的采集，经过积分电路、放大电路，再经过滤器进行过滤，最后通过A/D转换器转换为数字信号。用于家居安全的传感器一般有烟雾传感器、温度传感器等。

感烟传感器:在火灾初期，物质多处于阴燃阶段，所以产生大量烟雾，所以在家居监控场合能起到预报警的作用。感烟传感器分为离子感烟和光电感烟两种，光电传感器全部由光电元件和电子元器件组成，从而成为开发研究和推广重点，本监控系统将采用S801光电感烟探测器[6]。

温度传感器:在家居监控中，需要对室内温度进行测量，从而对家居设备进行控制。本监控系统采用一种新型的可编程数字温度传感器(DS18B20)，不需复杂的信号调理电路和A/D转换电路就可以直接与单片机完成数据采集和处理，实现方便、精度高、功耗低、可组网、抗干扰能力强，可根据不同需要用于各种温度监控及其他各种温度测控系统中。

2 系统总体设计

本系统由家庭环境感知的终端节点、协调器节点和信息处理层构成，本系统的整体结构如图2所示。

终端节点由各类低功耗的具有Zig Bee节点的传感器组成，如烟雾传感器、温度传感器，还包括各类继电器。

本系统的Zig Bee无线传感网络采用星型拓扑网络，主要一个Zig Bee协调器和若干个Zig Bee终端/路由节点组成，其中协调器是网络的核心，由它主导无线网络的建立，监督网络的正常运行。协调器和终端节点之间采用自组织方式组建无线传感网络。

协调器与上位机通过RS-232相连，实时将无线传感网内节点的感知数据上传给上位机，同时接收并转发上位机发送的控制数据。

然后，将上位机与路由器相连组成家庭智能网关。上位机在数据下行侧与协调器通过RS-232串口通信接口相连;路由器在数据上行侧与服务器相连，实现无线传感网和互联网间的网关功能。

服务器端主要用于存放家居环境数据，然后将数据通过Web站点发布出去。同时，如果用户要控制某个家居设备，则通过该服务器写入数据，由网关将数据转给被控设备。这样远程用户就可以通过各类远程终端访问该Web站点，从而实现对家居的监控。

在Zig Bee无线传感网络的建立过程中，需要先由协调器初始化网络并建立自己的网络，同时给网络指定不同的个域网网络标志符PANID(Personal Area Network ID)，不同的Zig Bee网络通过不同的PANID来识别彼此间的区别，避免干扰。当终端节点设备启动之后，在发现网络后会自动加入网络，从而实现家居设备的自组网过程。

3 系统硬件设计

本系统要实现功能需要有各类硬件支持，而无线传感网硬件主要关注的是各类传感器的选择与无线传输设备的设计。在硬件设计中，考虑到低功耗要求，这里选择芯片CC2530[7,8]。CC2530是TI公司以C51为内核的Zig Bee芯片，它支持国际802.15.4标准以及Zig Bee、Zig Bee PRO和Zig BeeRF4CE标准，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点。具有低功耗、低成本、低速率、时延短、高容量、高安全等特点，其传输距离在10～100 m，在增加RF发射功率后，传输距离可达1～3 km。

3.1 终端节点模块的硬件设计

终中端节点模块是系统的最低层设备，以CC2530为心，是带传感器的网络子节点。该节点的硬件结构框图如图3所示。CC2530需要实现的功能以及外围模块主要有3个部分:通过A/D口控制传感器模块进行数据采集;控制无线RF模块完成数据收发;控制继电器的开闭。

节点模块包括:电源、外接模块、继电器、射频天线和LED显示等模块组成。

(1)射频天线模块该模块外围电路采用无巴伦的阻抗匹配网络，天线使用50欧鞭状负极性天线;无线RF的外围电路连接与CC2530芯片有对应的引脚接口，引脚25对应RF＿N，引脚26对应RF＿P。

(2)继电器模块利用CC2530输出的电信号通过驱动电路控制继电器中的电磁线圈的闭和开，从而控制家居设备电源电路的闭合与开路。

(3)LED显示模块该模块由发光二极管和分压电阻组成，用于显示组网状态。

(4)电源模块电源模块中，采用电池方式供电。为了得到可靠的稳定电压，选用三端可调正稳压器集成DC-DC变换器LM317，它的输出电压范围是1.2 V至37 V，负载电流最大为1.5 A。使用简单，仅需两个外接电阻能使得输出电压变为2.4 V，以提供给系统供电;此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好;LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

(5)外接模块外接模块设计相应的驱动电路及信号处理电路。由于大部分传感器是电流输出型，针对这个特点，设计电流电压转换电路。电路采用∏型电路实现电流4～20 MA转换为0.4～2 V电压。

3.2 协调器节点模块硬件设计

协调器节点模块主要是通过Zig Bee网络的建立，实现指令的发送和数据的接收、转发，通过上位机与服务器进行通信。为了方便人机交互和实时显示还设计了键盘接口和液晶接口电路，如图4所示。因此，主要由以下几个模块组成:电源、射频天线、LCD显示模块;RS-232通信模块;界面操作模块。

(1)RS-232通信模块该通信模块采用MAX3232芯片，该芯片采用专有低压差发送器输出级，利用双电荷泵在3 V至5.5 V电源供电时能够实现真正的RS-232性能，器件仅需四个0.1 u F的外部小尺寸电荷泵电容。MAX3232确保在120 kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平。

(2)LCD显示模块该模块用于显示网络节点的工作状体，采用液晶LCD12864，为128×64点阵液晶，同时利用带字库的控制芯片st7920，数据传输模式采用SPI总线传输。

(3)按键模块该模块按键电路采用3×4的矩阵键盘，用于输入0到9、删除和发送，该模块采用A/D读取模式。

4 系统软件设计

本系统采用TI公司CC2530提供支持的免费Zig Bee协议栈，采用C作为编程语言，在Z-Stack通用模板的基础上，通过调用API来实现整个系统的软件设计。

利用全球共用的公共频率2.4 GHz作为通信频段，数据传输速率为250 kbit/s。通信冲突采用IEEE802.15.4协议中的载波检测多路访问碰撞避免机制(CSMA-CA)来避免，任何时候一个设备想要发送信息，都要先执行一条空闲信道评估(CCA)指令来确保该信道没有被其他设备所使用，然后才开始发送信息。

4.1 协调器软件设计

在基于Zig Bee的无线网络中，协调器对网络组建、节点加入、数据收发等功能进行统一调度。它作为无线传感器网络的协调器，负责网络标识符的选取，并允许加入网络，实施节点绑定;同时接收传感器节点的环境数据，并进行预处理;还通过RS232串口将数据传输到PC端进行数据分析和处理。因此，协调器节点应该一直处于活跃的工作状态，时刻收发无线数据和串口数据。其具体程序流程如图5所示。

协调器工作时，先启动监测网关，开始建立一个新的网络过程，并对串口进行初始化。

初始化完毕后，协调器进入一个无限循环。在此循环中，协调器首先判断是否有串口指令，然后响应指令，并将指令广播发送到终端节点;若无串口指令，则侦听无线信息数据，若侦听到无线的数据经校验判断确定是有效数据，则将该数据通过串口发送到PC端。

4.2 终端节点软件设计

终端节点能自动加入网络，发出组网请求，等待协调器对组网响应，完成组网操作;如果没有发现协调器节点，它将周期性地继续搜索。组网成功后，终端路由将具有和协调器一样的收发功能，终端节点主要功能是通过传感器采集数据以及接受控制指令对继电器进行控制。

考虑到传感器数据采集节点对能耗的要求，节点不能一直不停地对家居环境参数进行采集，因此，本系统为传感器节点设计了周期采集和睡眠两种工作模式。当节点完成组网后，应用层收到消息，通过上位机人工设置睡眠定时器和采集次数N，此后节点将进入睡眠状态并实现低功耗工作直到睡眠时间到，从而使得功耗大大降低。在周期采集模式下，采集数据的节点将按照设定的时间间隔和采集次数对家居环境数据进行采集和上传，当采集发送指定的次数到了后，传感器节点自动进入睡眠模式。

如果终端是控制节点，则循环接收从协调器发送过来的命令信息，若接收到的是命令并且是发给自身节点的命令，则启动控制节点进行设备控制。其软件流程过程如图6所示。

5 实验及结果分析

在厨房和卧室内分别布置4个终端节点，对房间的温度、光照、火焰、烟雾进行监控，协调器和上位机布置在客厅，对环境数据进行分析和处理，并对室内不同距离的数据传输进行测试。温度测试时，将温度传感器放入不同温度的水中与温度计进行比较，测试光照时采用在晚上开关灯的方式。

对室内进行数据传输测试时，随机选取了4组数据，其测试结果如表1所示。

实验结果表明当终端节点与协调器节点越近，数据传输越快速准确，当相隔10米以上时，由于室内障碍物较多，对信号消弱较大，所以设计距离在10米内较为合适。运行60分钟后，可以发现，距离较远的终端节点既要采集数据又要负责数据包转发，功耗也相对较大些。

另外温度传感器所测的温度平均误差为1.2%，在可接收的范围内，感知精度较高。

测试烟雾浓度、火焰时，把点燃的烟放到感烟传感器，点燃蜡烛放到火焰传感器，感烟、火焰传感器采集数据上传到上位机，上位机发现该传感器的值偏离了正常范围，其将在对应位置显示红色并跳出警告框以提醒用户，同时给主人手机发报警信息。上位机界面如图7所示。

6 结语

针对目前人们对家居安全和智能的需求，本文利用物联网技术，构建了一种家居监控系统，采用CC2530作为无线通信模块，系统对终端节点和中心协调器软硬件设计进行了详细介绍。最后，通过运行系统进行测试，对室内的温度、烟雾等数据进行了实时采集与处理，实验表明该系统灵敏度高、成本低、功耗小，如采集到数据超出正常值，会出现警告并发信息到主人手机。考虑到系统的推广，各个节点的设计需要考虑低能耗、低成本，并且界面需要设计得更智能化和人性化，这是下一步研究和改善的方向。

摘要：针对目前人们对家居监控的应用需求和特点,设计一种低功耗的基于ZigBee的无线家居监控系统。系统的节点分为终端节点和协调器节点,采用TI公司的低功耗射频芯片CC2530作为通信模块。重点介绍节点的硬件设计和软件流程的设计。系统实现了温度、光照、烟雾以及火焰的检测,监测到异常能及时预警。通过实验结果证明该系统功耗小、成本低、使用方便稳定,测量精度较高,能满足家居监控的需要。

关键词：ZigBee,CC2530,无线传感网络,家居监控

参考文献

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[4]王龙山,马珺.基于物联网的家居综合监测系统[J].电子技术应用,2013,39(2):78-81.

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家居监控 篇2

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,主要用于近距离无线连接。早在2004年就被列为当今世界发展最快、市场前景最广阔的十大最新技术之一。ZigBee是一种无线连接技术的商业化命名,主要用于解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用[1]。而红外技术因兴起早、技术简单等优点先在家电遥控市场先入为主,当前家电遥控基本都采用红外。

基于ZigBee与红外技术的无线家居监控系统,采用便捷、易扩展、低成本、低功耗方案实现家居的无线监控。本系统通过传感器监测节点将收集的信息传送到监视主机,监视主机可通过“网关-CC2430无线模块-学习型红外模块”发出命令控制当前的红外遥控的家电,也可通过“网关-CC2430无线模块”[2]实现对未来ZigBee控制型家电的控制,从而以便捷、低成本的方式实现对家居的照明、温/湿度、安全和电器的智能监控。另外,只需将监视主机接入远程网络,该系统便能实现对家居的远程实时监控。

本文重点介绍基于ZigBee技术的遥控家电与现行常用红外遥控家电的兼容[3]和集成及对家居环境的实时监测[4]等方面的研究,最终实现基于ZigBee网络的智能家居[5]。针对ZigBee技术本身的低功耗、低成本和低时延、易扩展等优势,保证了信息传输和反馈的及时性,并提高了家电遥控设备系统扩展的整体性能。

1 系统架构

系统组成如图1所示,监控系统主要包括监视节点、传感器检测节点[5]、红外中转控制节点。监视节点能够建立并维护ZigBee网络[6],同时负责与监控主机的通信。一旦监控主机接入远程网络,该系统即可升级实现远程实时监控。传感器检测节点负责采集家庭光照、温度、空气质量等环境信息。红外中转控制节点可根据采集的信息通过红外线实时控制空调、灯光等传统红外型家电,而对于未来的ZigBee控制型家电,通过CC2430模块便可实现兼容控制。

2 硬件设计

2.1 CC2430无线收发模块

CC2430是一颗真正的系统芯片(SoC)CMOS解决方案,它结合一个高性能2.4 GHz DSSS射频收发器核心和一颗小巧高效的8051控制器。图2为CC2430的一种典型应用电路[7]。该电路使用了一个非平衡天线,这样可使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C341和电感L341,L321,L331以及一个PCB 微波传输线组成,整个结构满足RF输入/输出匹配电阻50 Ω的要求。32 MHz的晶振电路由1个32 MHz的石英谐振器(XTAL1)和2个电容(C191和C211)构成;32.768 kHz的晶振电路由1个32.768 kHz的石英谐振器(XTAL2)和2个电容(C441和C431)构成。

2.2 传感器监测节点

监测节点的硬件结构采用CC2430作为微处理器,采用DS18B20作为温度传感器、TPS851作为光敏传感器、TGS2600作为空气质量传感器探测家居环境情况。检测节点电路图设计如图3所示。

2.3 红外控制节点

红外控制节点以CC2430作为微处理器,采用一体化的红外接收头接收红外信息,以24C64作为存储模块存储学习到得红外编码,考虑到红外发射的距离和有效性,电路红外发射管加入了2个三极管进行两级发大。红外收发部分电路设计如图4所示。

3 系统软件设计

3.1 监视节点

监视节点既要完成ZigBee网络的建立和维护,包括新节点的加入和原有节点的退出管理[8];也要读取并处理监测节点的信息:读取温度、光敏、空气质量传感器的信息并作出相应的反应;还要发送控制命令到控制节点:根据通过传感器读取的居室信息控制相应的家电。监测节点的软件流程图如图5所示。

3.2 传感器监测节点

传感器监测节点的软件设计主要是对温度传感器、光敏传感器、空气质量传感器的驱动函数的编写,限于篇幅在此不作过多阐述。

3.3 红外控制节点

红外信号的接收和编码发射是红外控制节点的研究重点,处理思想是:不管遥控器编码[9]是什么格式,把原遥控器所发出的信号进行精确测量并缓存,对缓存高低电平、时宽等特征参数进行分析并识别分类,对提取系统码及参数进行编号存储,当需要发射时,再读出储存器内系统码与特征参数并附加上用户的操作码发射出去。此方式的工作过程分以下几步完成:对原始发射信号波形采集到主控MCU的RAM中、分析信号、存储信号、发射信号。

红外信号接收流程图如图6所示。接收信号波形的测量,需采用较高速主控制芯片,对原始信号的进行精密采集,同时采用了比较大的RAM作为信号的缓存。分析判别信号主要是对采集到的信号进行分析,比如对信号的发送周期、引导码电平时间、数据编码高低电平的时间、编码位数据等参数进行细致分析,判断出编码类别,提取出特征参数便于下一步的存储。

红外信号发射流程图如图7所示。

信号还原发射是根据编码类型查表率获得特征参数,再调用发射函数将存储的系统码附加上用户的操作码调制发射出去。

4 结 语

目前,市场上基于ZigBee技术的家居电器[10]还只处在设计或者小范围生产的阶段,而红外遥控型家电占据着大部分市场。着眼于ZigBee本身的技术优势和未来发展趋势,结合当前占据主要市场的红外遥控型家电,本文作者研究开发了基于ZigBee与红外的无线家居监控系统。测试表明:该套系统操作性强,可靠性高,成本相对较低,具有非常广阔的市场应用前景。由于现有的技术研究尚不成熟,进行的只是一些初步的技术尝试,还有一些亟待完善的地方,比如,如何实现远距离的无遥控设备的控制,如何真正实现家居的智能化,如何在家庭中建立一个小型的智能控制局域网等,这样使得其功能更加完善。作者未将就这一部分进行更深入的探究。

参考文献

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[9]蔡明文.红外遥控编码的惟一性研究[J].兰州工业高等专科学校学报,2008,15(4):1-3.

家居监控 篇3

视频监控系统是指为实现指定应用场所的安全, 并实现对相关情况了解而进行的对视频数据采集、传输及管理的系统。该体系具备便捷性和直观性, 因此已被应用于多个社会生活领域内。随着宽带技术的不断发展以及4G网络的不断普及, 网络视频监控系统的视频数据通过网络传输也已经走进了人们的生活, 将网络视频监控应用于家庭, 可以使用户远程实时查看家居内的视频监控信息, 并且为家庭遭遇恶意入侵提供必要的证据。因此本文设计了基于Linux的智能家居视频监控系统。本文以基于ARM-Cortex A9处理器的FS4412开发平台作为图像处理采集以及处理单元, 并在开发平台上移植Linux操作系统, 并搭建嵌入式web服务器即boa以及视频流服务器Mjpg-streamer, 把摄像头采集到的图像数据压缩后, 再通过内部总线送到web服务器, 实现在网页端的实时查看功能。

2系统总体介绍

本系统核心处理器采用基于ARM Cortex A9架构的三星Exynos 4412。这款处理器采用32nm HKMG (高K金属栅极技术) 制程, 支持双通道LPDDR2 1066, 具有高性能、低功耗的优良特性。摄像头采用的是OV 3640, 本系统通过FIMC操作摄像头。摄像头采集到的图像数据格式为YUYV格式, 由于本设计需要将图片保存在本地以及进行网络传输显示到网页上, 需要将YUYV格式的图像转换为mjpg格式, 因此在开发平台上还进行了jpeg库的移植。通过在FS4412开发平台上搭建的Mjpg-streamer视频流服务器, 可以将图片保存到本地或传输显示到网页, 网页的实现是通过构建的web服务器即boa来完成。

3系统硬件设计

本系统FS4412开发平台芯片采用的是三星Exynos 4412四核处理器, 其基于ARM Coterx A9架构, 主频为1433MHz, 最高可达1.6GHz, 性能强劲且功耗低。板载的DDR3 SDRAM高达1GB, ROM采用了4GB的eM MC, 较传统的Nand Flash多了一个主控IC, 提供了标准接口并管理内存。本系统的硬件设计框图如图1所示。

本系统中摄像头采用的OV3640, 它是一个能提供单片VGA摄像头和影像处理器的所有功能的图像传感器, 支持整帧输出、子采样、取窗口等模式, 支持8位图像分辨率, 支持的数据格式有很多种, 包括RAM RGB、RGB565/555.444、YUV422/420、YCb Cr422等格式, 本系统采用的摄像头数据输出格式为YUV422。

4系统软件设计

4.1 linux交叉编译环境的建立

搭建嵌入式开发平台, 主要工作有:搭建linux交叉编译环境、移植bootloader、移植linux内核、制作根文件系统等。

本课题的代码是在基于X86体系架构的PC端linux开发环境下编写的, 然而最终代码是要运行在基于ARM Cortex-A9的开发平台上的, 因此需要搭载交叉编译环境。本课题使用的是arm-none-linux-gnueabi-gcc编译工具链。我们对从互联网上获得的交叉编译器执行解压操作, 并将其实现于对应文件中的储存, 而后对环境变量进行新增。修改文件/etc/bash.bashrc并添加如下内容:

Export PTAH=$PATH:/home/linux/toolchain/gcc-4.6.4/bin然后重启配置文件

$source/etc/bash.bashrc

4.2 bootloader的移植

在嵌入式操作系统中, BootL oader是在操作系统内核运行之前运行。可以初始化硬件设备、建立内存空间映射图, 从而将系统的软硬件环境带到一个合适状态, 以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。本系统采用的BootL oader为uboot, u-boot是一种普遍用于嵌入式系统中的Bootloader。将下载好的uboot拷贝到相应的文件夹下, 解压uboot源码并进入目录, 修改顶层Makefile, 在Makefile中需要添加代码, 指定交叉编译工具链, 然后指定产品CPU, 并且在添加了三星提供的初始引导加密后, 编译生成的u-boot就能被引导运行。

4.3 linux内核的移植

操作系统的核心是内核, 内核的职责有:进程调度、内存管理、提供文件系统、创建和终止进程、对设备的访问、联网、提供系统调用应用编程接口。

4.3.1将下载好的内核压缩包拷贝到相应的文件夹下, 并解压

$ tar xvf linux-3.14.tar.xz

4.3.2修改内核顶层目录下的Makefile, 指定本系统所用体系架构以及所使用的交叉工具编译链。

ARCH?=arm

CROSS_COMPILE?=arm-none-linux-gnueabi-

4.3.3导入默认配置

$make exynos_defconfig

4.3.4配置内核

$ make menuconfig

该命令执行时会弹出一个菜单, 我们可以对内核进行详细的配置。

4.3.5编译内核:

$ make u Image

通过上述操作我们就能够在arch/arm/boot目录下生成一个u Image文件, 这就是经过压缩的内核镜像。

4.4嵌入式web服务器

本课题采用boa作为嵌入式web服务器, boa服务器需要很少的资源即可实现很快的速度。本课题通过CGI实现在网页端与FS4412开发平台的交互。

CGI:通用网关接口 (Common Gateway Interface) 是一个Web服务器主机提供信息服务的标准接口。通过CGI接口, Web服务器就能够获取客户端提交的信息, 转交给服务器端的CGI程序进行处理, 最后返回结果给客户端。

4.5 mjpg-streamer视频流服务器

摄像头采集到的数据格式是YUYV, 本课题需要将YUYV数据保存为图片, 且经过网络传输显示到网页上, 因此需要移植jpeg库。

$tar xvf jpegsrc.v8b.tar.gz

$cd jpeg-8b

$./configure--prefix=/home/david/Exynos4412/test/mjpg-streamer/jpeg

--host=arm-none-linux-gnueabi

--prefix用来指定编译后软件的安装路径;

--host用来指定编译时使用的工具链;

输入make命令即可将jpeg库安装成功, 然后将编译好的库文件拷贝到根文件系统中。

然后需要移植视频流服务器Mjpg-streamer。首先修改makefile文件, 修改完毕后需要修改v4l2uvc.c源代码, 经过上述一系列操作后, 就可以在网页上查看摄像头采集到的数据。

5结论

本系统以基于ARM Cortex-A9处理器的FS4412为开发平台, 在开发平台上移植Linux操作系统, 通过搭建的Mjpg-streamer视频流服务器以及嵌入式web服务器, 实现了将摄像头采集到的数据上传到网页及保存到本地的功能。经过测试, 本系统达到了预期效果, 具有一定的价值, 如图3-5所示。

摘要：结合实际, 针对基于Linux的智能家居视频监控系统进行了论述。

家居监控 篇4

智能家居是以住宅为平台,利用网络、通信及控制技术管理家中设备，来创造一个高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。

智能家居在我国起步较晚，目前家居网络的应用复杂而分散，没有统一的标准，大体而言可分为高层的信息娱乐网络和底层的数据采集与控制网络。在底层以微控制器为核心作为智能家居网络结点是目前家居网络的主要实现方式。本文正是基于这种方式用NXP公司的ARM7微控制器LPC2478实现了智能家居监控系统。系统可以采集多路模拟量和开关量经处理后可以为本地用户或通过CAN总线为远程用户，如物业管理中心提供实时家居环境状态信息。一旦家居环境状态改变，用户可迅速做出反应，最大限度地减少安全事故的发生。

1 系统方案

本系统主控采用ARM微控制器中的LPC2478，它有512K字节的程序存储空间，丰富的片上资源，片上具有LCD控制器和两个CAN接口，它非常适合低功耗、低成本的嵌入式设计。图一中有8个模拟量输入，由于在实际家居状态监控数据中模拟量较少，加之LPC2478片上有可复用8路10位模数转换器，所以本系统直接以其片上资源实现A/D功能。所采集的模拟量经微控制器处理之后通过PA口输出到LCD显示模块(LCM1)进行本地显示，以及经CAN1口输出到远程主机，同时也可以通过UART0以RS-232串行通信方式传送到本地PC机。开关量经过总线隔离驱动芯片(74HC245)输入到微控制器的P0～P2口，微控制器处理之后经P3口输出到8D锁存器74HC573中，然后经过驱动电路控制如照明、空调等仅需要开关的家用电器，开启用逻辑“1”表示，关闭用逻辑“0”表示。与此同时微控制器同样经CAN1口输出到远程主机。键盘电路用于设置系统的工作状态及对采集量进行本地显示。

2 系统软硬件设计

下位机软件设计主要可分为数据采集模块、通信模块、键盘及LCD控制模块、开关量输出控制模块，限于篇幅只介绍数据采集模块的具体实现方式。ARM微控制器应用轮询方式进行模拟量和开关量的采集。通过设置定时器/计数器0中断，每次中断时间20毫秒，用于模拟量(AI)采样定时;定时器/计数器1中断，中断时间250毫秒，每次中断时扫描开关量输入(DI)状态。主程序开始时进行定时/计数器0、定时/计数器1、AD、DI等的初始化，初始化主要是设置定时器的中断方式(设置定时器0溢出中断，定时器1比较中断)，外部中断INT0、INT1中断方式(INT0下降沿产生异步中断请求，INT1上升沿产生异步中断请求);AD、DI处于可以接收模拟量和开关量的状态。然后程序进入循环状态，等待上位机控制信息的到来，如果有控制信息到来便把相应的标志位置1，主程序跳转到相应的服务程序产生相应操作。

(1)定时器0中断服务程序

定时器0中断主要完成模拟量的数据采集与平均值计算，其程序流程图如图二所示。具体为：定时器0中断时间为20毫秒，用于AD采样计时;当AD采样次数满15次后判断采样结束标志，如果采样结束则计算平均值然后在LCD上进行显示后，产生AD中断，最后中断返回。

(2)定时器1中断服务程序

定时器1主要完成扫描开关量输入状态，其中断程序流程图如图三所示。具体为：中断时间为250毫秒，如果有开关量输入，则置开关量输入标志为1，然后中断返回。

上位机监控管理软件设计采用分层结构，三个功能模块从下至上依次分布在三层之中。由下向上三层依次为底层、通信层和图形用户界面层(GUI层)，如图四所示。

本文主要完成的是图四中虚线框内的部分，底层由程序设计语言本身来实现。这里直接引用Visual Basic 2005中的SerialPort类。

本系统主要应用的是串行通信协议，这个协议是定义在物理层之上的，其具体协议行为发生在底层，不必关心它，只需对它的参数进行相应的设置。另外，为完成系统的功能要求还须自定义一个数据帧或命令帧格式。所以这里通信层中的通信协议包括了两方面的内容：一个是串行端口参数设置，另一个就是自定义的数据帧或命令帧。

串行端口设置参数主要有以下几个：波特率、数据位、奇偶校验位、停止位以及编码方式。本系统中的波特率设置为19200 bit/s;数据位设置为8位;由于通信距离较近，所以没有奇偶校验;停止位设为1位;编码方式采用ASCII码方式。这里的设置通过对Visual Basic 2005中SerialPort类中的公共属性BaudRate、DataBits、Parity、StopBits、Encoding的设置即可完成。

Visual Basic 2005中的SerialPort类用于控制串行端口文件资源。它具有如下特性：提供同步I/O和事件驱动的I/O，对管脚和中断状态的访问以及对串行驱动程序属性的访问。

本系统中只引用了它其中的4个方法，分别是Open方法、Close方法、Write方法、ReadLine方法和一个接收数据的DataReceived事件。Open方法用于打开计算机的串行端口，在本系统中使用方法如下：

3 结束语

基于ARM核心的微控制器无论在运算速度还是系统实现成本上都优于传统的8位单片机。本文利用NXP公司ARM7微控制器LPC2478设计完成了家居网络的底层监控系统。本系统充分利用LPC2478的丰富片上资源，如LCD控制器、CAN总线接口，辅之简单的外围电路实现监控系统的硬件部分。整个监控电路板的实现成本及功耗体积相比8位单片机实现方案，大大缩小，很适合家居智能化的工程实施。另外，本文还提出了PC机监控管理软件的通信层结构及实现细节，可以为家居智能化改造提供技术基础。

摘要：本文提出了一种基于ARM微控制器的智能家居监控系统,采用CAN总线方式进行远程数据通信监控操作,结合监控管理软件平台对家居环境状态进行有效监控,降低事故的发生率。本系统硬件实现方案相比基于8位单片机方案具有很高的成本优势,硬件结构简单,很适合智能家居推广与应用。

关键词：ARM,智能家居,CAN总线,Visual Basic 2005

参考文献

[1]马建明.数据采集与处理技术(第二版)[M].西安:西安交通大学出版社,2005.

[2]吴成东,谢昆,马斌,傅小菲,郑君刚.智能小区网络通信控制终端系统研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2006,21(04):753-755.

[3]H.Van Dyke Parunak,Industrial and practical applications of DAI,Multiagent Systems:A Modern Approach to Distributed Artificial Intelligence[M],Cerhard Weiss,editor,The MIP Press,Cambridge,Mas-sachusetts,1999:377-421.

家居监控 篇5

近年来,视频监控系统已在制造企业、物业管理、无人职守终端、银行、交通、仓库等领域得到广泛应用。当家庭中有特别需要关注的物体和区域时,家庭的主人可在其所处的家庭环境中安装摄像头,通过网络远程观察其状况,当发生意外情况时也可通过网络监控事态的进展[1]。随着智能移动终端的广泛普及,同时由于其特有的便携性和易于接入网络的特性,移动终端成为动态监控和现场监控的理想选择。

本文设计的视频监控系统客户端设备为Android平板电脑,该客户端从IP摄像机获取实时的监控图片,根据不同场景用不同算法来判断家中有无人员出入,标注关注对象并智能跟踪,辨别各房间的照明情况及电视、计算机等家电的使用情况,可同时实现4路智能监控。

1 监控平台介绍

1.1 客户端平台介绍

客户端采用Android智能操作系统,Android是Google公司于2007年11月5日发布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称。该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成,底层Linux内核只提供基本功能,其他的应用软件则由各公司自行开发,部分程序以Java编写[2]。

2011年初数据显示,仅正式上市2年的Android操作系统已超越称霸10年的Symbian系统,跃居全球最受欢迎的智能手机平台。现在,Android系统不仅应用于智能手机,也在平板电脑市场急速扩张。同时,Android智能手机操作系统具有5大优势[3]:开放性、摆脱运营商的束缚、丰富的应用选择、开发商不受任何限制和无缝结合的Google应用。

1.2 IP摄像机介绍

IP摄像机是一种可产生数字视频流,并将视频流通过有线或无线网络进行传输的设备,其不需要额外的软硬件,便可以将活动的数字图像直接传输到互联网上,使在世界各地的计算机都可以通过浏览器观看实时活动数字图像。IP摄像机支持TCP/IP,SMTP E-mail,HTTP以及其他Internet协议,支持诸如Windows,Unix,Mac及OS/2等多种操作系统[4]。

该设计采用海康威视公司的DS-2DM1-502型网络中速智能球型摄像机,支持客户端通过HTTP协议下载监控图片和H.264码流。

2 程序设计原理及实现

2.1 客户端设计原理

该设计采用Android系统的平板电脑为客户端,客户端的软件流程如图1所示。

系统的具体实现大体分为两部分:与IP摄像机连接,获取所需视频流;根据监控场景做出相应判断及响应。

2.1.1 获取监控视频

客户端通过Wi Fi与IP摄像机连接,登录IP摄像机后,选择监控频道,可同时实现4路智能监控,即可以观察家中的基本情况:家中有无人员进出,是否有人在家,对监控中出现的对象进行关注跟踪,辨别各房间照明情况以及电视、计算机等家电的使用情况等。客户端实现方法为启用多线程控制4路监控任务,使每路监控任务具有相对独立性,以便更换频道。

多线程的具体实现方法有两种,分别是继承Thread线程类和实现Runnable接口[5]。客户端若采用继承Thread线程类的方法,则不能继承除线程类之外的其他类,而界面子线程必须继承View视图类,所以本设计采用第二种方法。监控实现中,每一路画面都是一个单独的线程,也是一个完整的视图,它是实现了Runnable接口且继承View类的类对象。因此每个对象之间相互独立,每路监控画面相互独立,可以灵活选择监控频道,以便后台控制管理。

界面实现上,主界面为4路监控窗口,初始选择监控频道后便可通过HTTP协议获取监控图片序列,根据场景进行算法处理,并播放智能监控画面。

2.1.2 程序优化

客户端需要根据不同场景调用不同的智能监控算法对发生的事件进行判断与识别,这一过程包含了大量的图像处理运算,如灰度化、背景建模差分、中值滤波和形态学运算等。Android操作系统的开发语言为Java,但是纯Java编程的图像处理程序在Android手机上的运行速度是其很大的问题。通过JNI(Java Native Interface)技术在Java程序中调用C程序模块,明显地提高了应用程序的运行速度。笔者截取了40帧作为观察对象,程序各主要运算步骤的平均运行时间如表1所示,从中可以看出运行时间缩短到了原来的1/18~1/17。

ms

2.2 功能与实现

该设计的智能监控系统具有3大功能:管理家中所有摄像头,可灵活选择监控点;执行多种不同智能算法;能够和其他联网设备联动,实现智能家居控制。

笔者用不同的实际场景对该系统进行了测试,系统的功能描述与实验结果如下。

1)多路监控

获取实时监控图片,同屏显示最多4路经后台算法处理后的智能监控画面,如图2所示。若需更换监控频道,可点击监控界面右侧的路数列表,即可弹出频道选择栏,进行频道更换,以便更全面地实时监控家中情况,如图3所示。

2)入侵检测

如图4所示,该系统利用运动物体检测和识别算法,实现对特定区域的入侵检测,从而判断人员进出情况,并在有陌生人入侵时启动报警。报警形式为弹出提示信息,并在该监控频道窗口外围添加不停闪烁的红色边框。

3)家电使用情况监测

该系统可检测各房间的照明情况,如某房间长时间无人活动或在室内光线充足时,将弹出提示信息提醒用户远程控制智能家电,关闭不必要的照明设备,如图5所示。

该系统也可根据计算机显示器或者电视屏幕的画面亮度与明暗变化和屋内有无人员来判断计算机和电视是否有人使用,并通知用户进行处理,如图6所示。

4)对象跟踪

用户可根据需求,选中监控画面中出现的对象作为感兴趣目标,该系统将执行运动检测程序,对该对象的运动范围进行实时圈定,方便监控管理,如图7所示。

3 总结

该智能监控系统允许用户选定多个摄像机进行监视,从而能够全面及时地远程观察家中情况,并且可在异常情况发生时自动发出警报以提醒用户家中发生危险。另外,当家中无人或在某一房间无人员活动时,系统也可提醒用户关掉不需要工作的家电以节约能源,这一功能体现了监控系统与物联网的融合。此智能监控系统具有良好的便携性,功能较为完善。

摘要：目前,远程视频监控系统已成为智能家居的重要组成部分。智能监控系统基于Android操作系统平台,以平板式计算机作为客户端,通过HTTP协议从IP摄像机下载监控图片,并利用多种算法对家中各房间或不同角度的情况进行智能监控。

关键词：Android,客户端,服务器,智能监控,智能家居

参考文献

[1]原林,于伸.嵌入式技术在智能家居控制系统中的应用[J].自动化技术与应用,2006,25(1):72-74.

[2]靳岩,姚尚朗.Android开发入门与实战[M].北京:人民邮电出版社,2009:10.

[3]E2Ecloud工作室.深入浅出Google Android[M].北京:人民邮电出版社,2009:3.

[4]深圳市华信诚科技有限公司.网络摄像机常见问题集锦[EB/OL].(2011-03-11)[2011-06-20].http://www.hxctech.com/zhichi/1091.htm.

家居监控 篇6

1.1 智能家居系统组成

智能家居系统包含的主要子系统有家居布线系统、家庭网络系统、智能家居中央控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统、背景音乐系统如TVC平板音响、家庭影院与、多媒体系统、家庭环境控制系统等八大系统。其中智能家居中央控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统是必备系统。家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统为可选系统。目前最主要关注的是以下两个系统:

(1) 家居布线系统对于一个智能住宅需要有一个能支持语音、数据、多媒体、家庭自动化、保安等多种应用的布线系统这个系统也就是智能化住宅布线系统。

(2) 家庭安防系统家庭安防系统包括如下几个方面的内容:门磁开关、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外微波探测报警等。

1.2 基于SimpliciTI协议组网原理

SimpliciTI是最新推出的一种短距离、低数据速率简易无线网络协议, 具有源代码公开、灵活性大、成本低、开发周期短等特点, 特别适用于小型无线网络, 并且支持各种低功耗应用, 其采用一种基于周期性同步和信道预测的PSCP-FA网络接入机制使其通信效果好, 组网简便灵活。

2 设计实现

2.1设备组成

首先按照SimpliciTI协议的要求来定义基本设备。在SimpliciTI协议中规定了三种类型的设备, 它们是:Access Point--相当于一个无线接入点的主节点, 负责网络的建立和数据转发等;Range extender--中继器, 负责数据转发以提高通信距离;End device--终端设备, 负责数据接收和发送, 和传感器绑向Access point提供采集数据。根据以上的分工, 我们定义一个家庭安防系统:其中网络中要有以上的设备Access Point一个, Range extender也就是中继两个, End device终端设备为门磁开关一个、紧急求助开关两个、烟雾检测报警三个、燃气泄露报警一个、碎玻探测报警两个、室内温湿度传感器一个。

2.2 基于CC1111的节点设计

CC1111是一种集成USB控制器的1 GHz以下RF片上系统 (SoC) 。CC1111结合了多种器件的优异性能, 其中包括TI业界最佳的RF收发器 (CC1101) 、增强型8051微控制器 (MCU) 、8/16/32 kB系统内可编程闪存以及全速USB控制器, 能够显著提高低功耗无线传感器网络的性能。其它功能包括嵌入式128位AES安全协处理器、出色的接收机选择性与阻塞性能、高灵敏度、高达500 kBaud的可编程数据速率、2.0 V至3.6 V的宽电源电压范围以及四种可降低功耗的灵活电源模式。

在设计该网络节点时三种设备Access Point、Range extender和End device均采用CC1111作为核心, 只是Access Point、Range extender和End device在供电和程序处理中略有不同, 而对于End device其根据所搭接的传感器的不同而硬件上会略有改变。

3 实际系统组成应用

在实际的使用中如图1所示, 第一组小型局域网由中继器和门磁开关、求助开关、碎玻检测、烟雾检测4个终端节点组成;第二组小型局域网由碎玻检测、烟雾检测、燃气检测组成;最后由主节点同时组织温湿度、烟雾、求助开关, 并通过中继组织上述两个小组形成一个完整的无线网络, 最终和集中控制主机通信形成智能家居的安防系统中的网络传感器和防范控制部分。

在这个网路中, 一旦传感器动作, 其立刻上报给主节点控制器, 主节点控制器与集中控制主机按照预先设定进行处理, 或者自动按照最初设定的步骤执行一系列动作然后再逐一上报给主机。主机根据具体要求还可通过互联网和无线基站将消息发到户主的手机和电子邮箱中。实际上, 在此网络中还可以加入对窗帘的控制、红外微波探测报警甚至与家庭的太阳能发电发热系统集中监控的节点和功能, 再加上其它网络系统形成智能家居系统。

4 结束语

智能家居系统具有安全、方便、高效、快捷、智能化和个性化的独特魅力使得智能家居的开发与建设成为21世纪科技发展的必然趋势。而对于无线网络的选择更是突出像SimpliciTI这种体现了低功耗、简单协议的设计构想。随着全球对能源和环境的要求越来越高, 而智能家居在节能方面的效果优势非常明显, 因此具有非常广阔的市场前景。

参考文献

[1]吕红海.基于Android的智能家居无线控制系统的设计与实现.电子科技大学, 2012.

[2]贾灵.物联网/无线传感网原理与实践[M].北京航空航天大学出版社, 2011.

[3]李文仲.CC1110/CC2510无线单片机和无线自组织网络入门与实战[M].北京航空航天大学出版社, 2008.

家居监控 篇7

随着计算机通信技术与微电子技术的快速发展,人们对居住环境的要求也有所提高,智能化和自动化成为理想目标。目前,智能化产品已经逐步进入社会及家庭中,在家电行业中,智能化也是其发展的必然趋势。目前,在智能家居系统设计中,控制中心与终端之间多采用基于总线的有线连接方式,这种连接方式具有布线复杂、线路易腐蚀、维护不方便等缺点。传统智能家居控制中心多采用单片机作为控制核心,随着用户功能需求的增加,由于单片机硬件资源有限,已经不能满足用户的要求。鉴于此,本文提出了基于DSP的智能家居远程监控系统设计方案,并对该方案进行了具体设计。

1系统整体设计方案

本系统是一套以DSP为核心,结合Zigbee无线网络技术、GPRS无线通讯以及以太网技术的智能家电控制方案,具有家用电器远程监控、居家安全远程监视的功能。系统主要由主控设备和远端监控设备组成。主控设备为用户手机,远端监控对每一个监控电器进行模拟量的采集和开关量的检测,在被控对象的运行状态发生改变时把相关的信息以短消息的形式发送到主控设备,主控设备也可发送控制命令到远端监控设备修改当前被控对象的运行状态。整体设计方案如图1所示。

2系统硬件设计

硬件设计主要是远程控制终端的DSP设计。DSP采用TMS320F2812,主要进行了液晶显示、键盘扩展、A/D转换、开关量输入输出接口、GPRS模块连接的RS-232接口设计(图2)。

2.1DSP处理器

本系统采用的DSP为TMS320F2812,该芯片具有高性能静态CMOS技术,集成了32位CPU、片内存储器、外部接口、时钟和系统控制、3个32位CPU定时器、12位A/D转换器等等在内的丰富的硬件资源,可简化外围设备与微处理器的硬件连接程度,提高系统的稳定性、可靠性。该型号DSP程序存储器可反复擦写、重复编程,在产品研发阶段比较方便。

2.2ZigBee无线网络模块

本模块采用用Chipcon公司的CC2430芯片作为无线网络的开发平台。硬件主要由控制中心节点、路由器节点以及各种传感器节点构成,实现对数据的采集,处理和无线信号的收发。它还需要对接收的数据的进行处理,以及通过 RS-232串口与 PC 机连接通信。硬件结构如图3所示。

路由器节点的功能是实现数据的收发。该节点在使用时,可以自由灵活放置,能量主要靠使用电池供电。因此,该节点的硬件电路结构相对简单,主要由电源模块、时钟模块、CC2430、射频天线单元和 LED 显示模块组成,其电路结构如图4所示。

传感器节点在 ZigBee 网络中完成数据的采集与发送。主要由电源模块、时钟模块、电源管理模块、CC2430、射频天线单元、LED 显示模块、信号调理模块、传感器模块组成。其结构如图5所示。

传感器节点的时钟模块、射频天线单元、LED显示模块的硬件功能与路由器节点一致。电源管理单元为传感器模块和信号调理模块提供工作电压,同时进行功耗的控制。数据采集部分由传感器模块和信号调理模块组成,实现对物理信号的采集、信号的转化、处理。

2.3开关控制电路

为远程控制各类家电开关,唯有通过控制继电器两端电压,以达到控制家电的目的,同时又要不妨碍家电的就地开关,于是在设计电路时,引进双联开关模式,可解决就地开关和远程开关相互冲突的问题。具体设计如图6及图7所示。

输入电路主要通过光电隔离器控制继电器两端电压。输入信号为高电平,光电隔离器不导通,继电器两端电压为0V,继电器不动作;当输入信号为低电平时,光电隔离器导通,此时继电器两端电压为12V,继电器动作,开关状态改变。

输出电路主要用于检测电器的开关状态,电阻 R1、R2起分压作用,R1的电阻要远大于R2,这样才能在R2两端得到较小的电压,此电压经整流后作用在光电隔离器两端。若双联开关导通,电器工作,光电隔离器不导通,输出端得到高电压;若双联开关不导通,电器不工作,光电隔离器导通,输出端可得到低电压。用户可以通过输出信号判断电器是否正常工作。

3系统软件设计

3.1GSM短信模块的开发

1) SMS短消息的开发

SMS短消息的发送和接受都是基于AT指令集的。AT指令集是由诺基亚、西门子、WAVECOM,爱立信、摩托罗拉和HP等公司共同为GSM系统研制,由ETSI(European Telecommunication Standards Institute,欧洲通信技术委员会)发布,包含了对SMS的控制。

GSM模块的初始化和短消息设置流程如图8所示。

2) 基于PDU模式的中文短消息收发

收发中文或中英文混合短信息必须采用PDU模式。PDU相当于数据包,包含源、目的地址、保护(有效)时间、数据格式协议类型以及正文。PDU的结构根据短消息是由移动终端发起还是以移动终端为目的而不同。

3) 工作流程

用户通过短信,可以远程监控家庭电器,其具体流程为:用户通过系统验证后,根据得到的温度、湿度等数据以及电器的开关量,来选择需要开启或关闭的电器,并将命令通过短信形式传到主控芯片,主控芯片通过控制继电器以达到开启或关闭家用电器的目的。流程图如下图9所示。

3.2TCP/IP协议的实现

TCP/IP协议栈通过对各层接口函数的调用来实现,主要包括网络接口层模块、ARP模块、IP模块和UDP模块。网络接口模块包括RTL8019AS的驱动,缓冲区的管理和接口调度三方面,屏蔽网络物理细节,为上层软件提供相应的接口函数。ARP模块实现上层协议与底层硬件地址的映射。在链路层协议为以太网协议的时候,实现IP地址到MAC地址的映射。ARP模块处理来自网络的AR卫数据,更新维护AR卫缓存,并为发送数据提供硬件地址绑定。IP模块是整个协议的中心环节,接收来自网络的输入数据报,同时也接收来自上层协议的输出数据报。UDP模块提供不可靠数据传输功能。它不要求对发送的数据进行缓冲,直接将应用层收到的数据加上UDP首部发送出去。相对于TCP协议,UDP有较高的效率,对传输速率没有太大的影响。

在协议的输入处理流程中,进入的数据包首先由下层协议处理,然后按照数据报的类型的不同,分别传给相应的上层协议继续处理。网络接口层在收到数据报以后,先判断以太网地址头中的目的地址是否一致,如果一致,则进行处理。然后根据地址头中的标识FrameTyPe进行报文类型判断如果是IP报文,则传给IP模块。如果是ARP报文,则转入ARP处理模块。IP层收到数据后,同样对IP报头进行处理,根据服务类型的不同,将数据传送给UDP模块进行处理.

在协议的输出处理流程中,A即模块的输出数据报直接传给网络接口模块输出。A即的输出有两种:A好应答和ARP请求。另一方面,UDP模块在应用数据上加上自己的报头,将其传送给IP模块,然后由IP模块加上相应的IP报头,传送给网络接口模块将IP数据报进行以太网数据封装,然后由网络接口层将数据输出。

4系统性能测试

4.1TCP通信测试

本测试主要是检测采用TCP协议后,以太网的通讯情况。将PC机的IP地址设置为:192.168.1.40,同时将PC机的掩码地址设置为:255.255.255.0。设置调试工具UDP_TCP分析,选择“TCP协议-客户端”,将远端IP地址设置为192.168.1.11,远端端口设置为1024。

打开网络抓包软件,全速运行程序,点击测试软件右上端的“建立连接”按纽,如果通讯正常,则显示连接成功信息。UDP_TCP分析软件的连接如图10所示。

建立连接之后,可以在测试软件下方空格处发送数据,在数据发送区域键入“Smart Home”,点击发送数据。数据发送成功将会再右下角显示“发送成功”。UDP_TCP分析软件的数据发送如图11所示。

数据发送成功以后,查看网络抓包软件,将会得到如图12所示的网络数据。

结合图12中第14行的数据,可以分析得到前六个字节02-E0-4C-A0-7E-7A为目的MAC地址,第七至第十二字节00-16-76-64-04-EF为源MAC地址,08-00为IP数据报,45为TCP/IP版本号IPv4和IP首部大小为20字节,00为IP数据包提供优先级能力的设定。在采用抓包软件的同时,本文还采用逻辑分析仪检测以太网的数据传输。PC机和网口的通讯网线中1、2用于发送,3、6用于接收,4、5、7、8是双向线,在检测数据时,将逻辑分析仪的两个测试夹脚分别夹在1和3线上,以获得发送和接收的数据。逻辑分析仪检测到的逻辑如图13所示。

将图13中得到的逻辑加以整理和分析,可以得到表1;从表1中,可以发现,通过逻辑分析仪检测到的时序,与发送的“Smart Home”中的前6个字符转换成的二进制码完全相同。

4.2嵌入式WebServer远程监控系统测试

用户可以通过PC机对智能家居进行远程访问,访问地址为192.168.1.11。当用户在浏览器的访问地址栏中键入正确的地址后,IE将发送HTTP请求。成功建立连接后,浏览器将显示登陆系统,此时需用户输入账号及密码。智能家居远程监控登录系统界面如图14所示。

用户登陆系统后,浏览器将连接实时监控系统,连接成功后,将显示用户家中的智能家居的实时信息,智能家居的实时监控系统界面如图15所示。图15中电灯处于打开状态,电视机处于关闭状态,用户可以通过选择按钮“打开”和“关闭”对家电进行远程控制。家中目前温度为10℃,烟雾和报警装置目前都显示正常,用户也可以通过按键进行重新测量。

5结语

与传统智能家居系统相比,该系统控制中心硬件以DSP处理器为控制核心,使控制中心具有丰富的软硬件资源和可扩展接口,便于系统的开发、调试、维护、升级及扩展,同时也提高了系统的稳定性、可靠性。该系统控制中心与智能终端之间采用ZigBee无线传输方式,避免了有线连接方式布线复杂、线路易腐蚀、维护不方便、影响室内美观等缺点。同时,小区和用户可以同时监控家居安全,小区以安防和实时监控为主,用户以家用电器的开关为主。因此,该系统设计在实际应用中具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]徐峰,刘欣.智能家居远程控制系统设计[J].低压电器,2009,(4):21.

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