基于ARM9的无线智能监控系统设计

1、基于ARM9的无线智能监控系统设计专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： LSC 学 号 ： 指 导 教 师 ： 一、研究背景及国内外现状：1.1 研究背景21世纪是信息技术高速发展的时代，社会的信息化唤起了人们对住宅智能化及家居智能化的要求，智能住宅己成为中国房地产市场的主流。计算机行业和家电行业、电信行业、安防监控行业的互相渗透、互相融合，使信息时代的未来家居生活逐步成为现实。建设部要求根据不同消费者的需要，推动家居数字化、建筑智能化，到2010年全国大中城市60%的住宅要实现智能化由此可见中国智能家居市场潜力巨大。 智能家居(Smart Home)，又称智能住宅。通俗地说，是利用先进的计

2、算机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备(如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电)通过家庭网络连接到一起。一方面，智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识别方式控制家用设备;另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户控制也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，即提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性。1.2 国内

3、外研究现状1.2.1 国外研究现状 20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，开始出现了住宅电子化(HE,Home Electronics)的概念。80年代中期，将家用电器、通讯设备与安防设备的功能综合为一体，形成了家居自动化概念(HA，HomeAutomation) 。 80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安防设备通过总线技术进行连接、控制与管理的商用系统，这在美国称为智慧屋(WH,Wise Home)，在欧洲称为时髦屋(SH,Smart Home)。当时日本正处于房产市场低迷时期，日本建设省在推进智能建筑概念时，抓住用于住宅总线技术的契机，提出

4、了家庭总线系统概念(HBS,Home Bus System)。而随着技术的继续发展和生物识别技术的实用化普及，智能家居的概念才真正体现了其本意，在好莱坞科幻电影中看到的那种高度智能化的家居系统正在走进我们的生活。 日本松下公司正在把“数码家庭”的概念应用到养老院，养老院的所有房间都装有多种测量仪器、触摸式显示屏、数码摄像机等，并与局域网相连，这样每个居住者的体温、血压等多项数据可以传送到护理中心，实现远程医疗护理。美国麻省理工学院的实验室正在研究“智能房间”，通过生物传感器探测人的行为来自动控制和调节居住系统。日本大型住宅公司MISAWA HOME为解决购房者对房屋防盗系统的不满意，新近推出“

5、保全住宅”该住宅内部采用指纹辩识门禁系统，另设有隐藏式防盗室，当遇到小偷闯入时屋主可躲进去紧急避难，防盗室设有两道厚重的门，其中内门只要从里面上锁后，外部无法靠人力打开。防盗室内装设电话专线，电话线埋在地下，另外还可在屋内放置一个机器人，亩以依歹徒恐吓的声音来反应，并出声求救，发挥报警求救功能6。1.2.2 国内研究现状 在我国，智能化住宅和智能化家居虽然起步比较晚，但发展速度很快。80年代，我国居住条件非常困难，根本谈不上智能化的问题。80年代初所建成的住宅，其电器设计内容仅在以下方面:楼房照明系统、高层供水泵控制系统和消防泵控制系统。用户电量的计量和收费，采用房管部门或住户轮流抄表收费的方

6、式。生活用水的计量则主要是按户或按人口数收费。弱电系统也是从80年代开始才陆续设置电话配线和公用电视天线系统。80年代末90年代初，我国家庭基本实现电器化，住宅内的弱电系统有所增加，如对讲系统等。到了90年代末，电脑、有线电视、机顶盒、移动通信等数字化通信产品开始走进家庭。 2000年9月7-8日，由信息产业部组织，在四川省绵阳市召开了国家经贸委2000年国家技术创新重点专项计划“家庭信息化网络技术研究及产品开发”项目工作会议。2002年由建设部住宅产业化促进中心和中国建筑科学研究院主编的居住区智能化系统配置与技术要求(审查稿)己送审，等待批准。建设部住宅产业化促进中心正在牵头编制行业标准“居

7、住区智能化产品应用技术要求”。 2002年建设部科学技术委员会智能建筑技术开发推广中心组织编制了建设行业智能建筑试点项目住宅小区智能化系统工程验收评估标准作为建设行业智能建筑试点项目住宅小区智能化系统工程验收评估标准。西南交通大学科技公司开发了网络智能控制数据终端(Intelligent ControlNetwork Data Terminal，简称NDT)系统，是一个基于计算机网络的智能住宅控制系统，可以稳定运行在多种宽带网络平台上。它包括住宅楼宇防盗报警、贵重物品防盗报警、多重判断防误报功能、火灾报警、煤气泄露报警、紧急求助、防胁持秘密报警、小区电子公告、远程家用电器控制、电话自动报警功能

8、、Internet电子短信、家用设备报警、水电气多表自动抄收等功能，通过计算机网络构成整个住宅小区的集中管理控制系统。二、设计目的及意义：本设计是基于ARM9的智能家居监控模块开发与实现，我们采用ARM9 内核的S3C2410处理器为控制芯片，再将Linux系统移植到硬件平台上，然后设计好相应的驱动程序和应用程序，最后将软件下载到硬件平台来对家电进行本地和远程控制。系统主要有GSM通讯模块和ARM9系统板两个部分组成。而系统软件主要完成各个模块之间交互通信的功能。 智能家居与普通家居相比，它不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间，还由原来的被动静止结构转变为具有能动智

9、慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。智能家居是数字家庭的一部分，只有将智能控制和上网功能集成起来，才形成真正意义上的数字家庭。数字家庭涉及的领域将综合生活中的娱乐、工作、投资理财、学习、医疗、教育等，是实现家庭内部、家庭和社会的实时性沟通的综合系统。数字家庭伴随着无线而产生，也使无线技术得到了充分的应用和体现。三、智能家居基本模块及解决方案首先对智能家居系统的功能模块做了系统的分析，提取出四个最基本的功能模块，然后在比较国内外各种实现技术的优缺点的基础上，确定课题各模块的

10、选型，最终提出一套自己的智能家居解决方案。3.1 智能家居的基本功能模块目前的智能家居行业，首先，处于一个初始发展时期，国际社会暂时还没有形成一个公认的标准;其次，智能家居的应用场所一家庭住宅或住宅小区，不同的实际环境也对智能家居提出了不同的要求与解决办法;此外，居民都希望能够对智能家居进行个性化配置，满足自身的特殊需求。这样的形势，致使开发商在实施智能家居时的方式、范围及侧重点也不尽相同。有些用户比较注重家电的智能控制，而有些用户可能更加关心家庭安全防范，还有些用户则希望建立相对全面的智能家居系统，满足多方面的需求。功能模块见下图。图3.1 功能模块图图3.1是根据课题充分分析现有的智能家居

11、解决方案，结合自己的调查研究，从中提取出四个最为基本的功能模块:家庭对外通信模块、家庭网关模块、家庭安全防范模块、家庭设备自动控制模块，并在此基础上确定自己的智能家居解决方案。传统的智能家居系统是为了满足住户方便性的要求，一般是为了实现家用电器的远程控制的目的，所以只包括“家庭对外通信模块”、“家庭网关模块”、“家庭自动控制模块”，随着近年来盗窃等现象的愈演愈烈，用户又提出了家庭安防的要求，而近年来通信、计算机、自动化等技术的不断发展使这种要求能够成为现实。所以课题的解决方案中考虑到了用户对家庭安防的需要，在传统模块划分的基础上增加了“家庭安防模块”。下文结合国内外功能模块的实现方式，将对各模

12、块做详细分析与评述，最终提出自己实现各个模块的技术路线。3.2 家庭对外通信模块智能家居的最终目的都是为“满足人们对舒适、方便、高效和符合绿色环境保护的需求”，其中“方便”要求家庭内部系统能够通过家庭对外接口，实现家庭外部的远程控制。家庭对外通信模块的作用在于此，它在智能家居系统中扮演着非常重要的角色。具体来讲，该模块的功能是提供一个家庭内部与外部的通信链路，通信的内容是数据信息或指令信息，常用的通信媒介有电话、GSM短信、Internet等。随着新技术的发展，家庭对外通信模块从功能和方式上得到了丰富:功能上，过去只是完成简单指令信息的单方传输，现在更多的是提供数据信息的通信，包括通信交流、商

13、务、娱乐、教育、医疗保险等;方式上，从电话通信到Internet通信，再到GSM手机短信通信，越来越体现出通信方法的多样化和简便化。 3.3 家庭网关模块家庭网络就是在家庭内部通过适当的组网技术把家庭网关(Residential Gateway,RG)与其他设备组成可以进行信息交换的内部网络，并通过家庭网关与外部网络相连，形成面向家庭的业务提供平台。在智能家居的实现过程中，家庭网关占据至关重要的位置。家庭网关是连接外部公网和家庭私网的关口，既负责家庭内部对公网的访问和交互，又负责用户从公网上对家庭网络的访问和控制，另外还要负责家庭内部设备的互连、互控等操作，因此，家庭网关成为智能家居研究的重点

14、。本设计是选择三星公司生产的S3C2410芯片作为嵌入式家庭网关，它的ARM内核是ARM920T。之所以选择该芯片是基于以下几点考虑；(1)它带有MMU，支持Windows CE和大部分的Linux操作系统；(2)它主频达到202MHZ，能够满足一般家庭网关数据传输的需要；(3)它具有三通道的UART口，每个UART口都支持IrDAL0协议，为红外通信提供接口；(4)它大约有上百个GPIO口可供用户使用，使多个家用电器的接入网关成为可能；(5)它还有一个loom的以太网口，使家庭网关能够轻松接入Internet。3.4 家庭安全防范模块安全防范就是保障人们在生产、生活和一切社会活动中人身生命、

15、财产和生产、生活设施不受侵犯，防止侵害行为的总称。智能家居在满足人们舒适、方便生活的同时，也要求为家庭提供安全防范方面的保障。它包含的内容有防止入侵、盗窃、破坏、爆炸等，它的原则是“以防为主，打防并举”，安全防范工作贯彻“人防、技防、物防”相结合的方针政策。因此，智能家居将家庭安全防范模块定义为其四个基本要素之一。课题将安全防范的内容分为两部分，分别是家庭内部环境安全、家庭对外非法入侵预防，这两方面都体现了现代技术在智能家居中的应用。在此提出一套可行的安防方案，可供以后继续研究实践:(1)住宅内部采用被动红外探测器、可燃气体探测器、温/湿度传感器；(2)住宅外部可选择窗磁、门磁开关、红外探测器

16、、玻璃破碎探测器、双鉴探测器等；(3)住宅内外部的探测装置与报警控制器通过无线方式相连；(4)报警控制器与中心控制器通过有线方式相连。3.5 家庭设备自动控制模块智能家居的初衷是解决家庭设备的自动控制问题，将更多的设备通过某种方式连接，达到统一、集中控制，为家庭生活带来方便。因此，现代智能家居的最基本的功能需求体现在家庭设备的自动控制，家庭设备自动控制模块也就成为其最基本的模块。对不同的家庭设备，课题给出了不同的解决方案:(1)对于电饭锅、电灯一类的开关量家庭设备，建议采用以继电器为核心的控制电路控制。具体方案为首先将继电器、二极管、三极管、限流电阻等连接成一个控制电路，然后将继电器的一个电源

17、脚接到开发板的S3C2410芯片的一个GPIO引脚上，继电器的另一个引脚接VCC，这样，可以通过烧写在S3C2410中的程序，来控制GPH1输出高低电平，进而控制继电器的吸合、断开，然后由继电器来控制家用电器的开关。(2)对于电视机、空调一类提供红外接口的家庭设备，通过统一的红外控制器控制;可行的方案是采用红外模块，红外模块可直接与S3C2410的UART口相连，这样由S3C2410中的程序来发送和接收红外数据。可能涉及到的程序有红外驱动程序、发送数据程序、接收数据程序等。(3)对于信息家电，首先通过网络接口接入家庭以太网，如果信息家电支持家电生产厂商的远程服务，智能家居系统便可以减少对它的操作，如果不支持，则需要借助于信息家电提供的以太网交互命令，通过智能家居系统执行相关操作。四、自我评价：在经过充分的考察了解和对大量资料的研究后，分析了国内外智能住宅的现状和发展趋势，并结合我国住宅的实际情况以及人们的需要，给出了一种智能家居控制系统的开发设计方案。经过一段时间的努力，设计终于接近尾声，在设计过程中，我学到了许多在书本学不到东西，这些对将来的学习和工作都提供了一笔宝贵的财富。由于时间短、实验条件有限，更多的是本人能力有限，没有实现论文中的全部设计，但是在不断的摸索开发中我渐渐熟悉了嵌入式系统基本的开发流程，熟悉了一些基本