实用智能家居系统

1、作者：Embeder- PAGE 28 -作者：Embeder- PAGE 1 -实用智能家居系系统静态监控系系统(ARMM7+Cammera+ZZIGBEEE+CDMAA)应用成员名单：引言近几年，“智能能家居”这一概念逐逐渐进入普通通居民的视野野，家庭安全监监控作为“智能家居”一个重要组组成部分，更是普通居居民所普遍关关注的问题。随着社会的发展展，生活水平的的提高，工作压力也也在逐渐增加加，这就使得人人们不得不在在家庭与工作作之间奔波，这不但带来来了不便，也给家庭安安全留下了隐隐患。此时，家庭安全监监控就显得有有必要了，它可以为人人们带来方便便，解决家庭安安全问题，解决人们的后后顾之忧。但

2、专业的监控设设备昂贵，普通居民很很难消费得起起，而静态监控控在功能实现现上虽然比不不上专业监控控，但对于普通通的家庭用户户已经够用，而且成本远远比专业要低低，适合普通家家庭用户使用用。本设计方案从安安全管理、远程管理和无线通信管管理基础的三三方面来构建建各系统。低低成本、易使使用、扩展强强、美观时尚尚为本系统特特点。关键字： ARRM7，CDDMA，Caamera，ZZigBeee，智能家居居目录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc156551810 1硬件设计 PAGEREF _Toc156551810 h 4 HYPERLINK l _Toc156551811

3、1.1ARMM7 系统板板 PAGEREF _Toc156551811 h 4 HYPERLINK l _Toc156551812 1.1.1规规格介绍 PAGEREF _Toc156551812 h 4 HYPERLINK l _Toc156551813 1.2摄像系系统 PAGEREF _Toc156551813 h 5 HYPERLINK l _Toc156551814 1.2.1规规格介绍 PAGEREF _Toc156551814 h 5 HYPERLINK l _Toc156551815 1.2.2初初始化 PAGEREF _Toc156551815 h 5 HYPERLINK l

4、 _Toc156551816 1.2.3大大致工作流程程 PAGEREF _Toc156551816 h 6 HYPERLINK l _Toc1565518817 1.2.11CPLD的功功能 PAGEREF _Toc156551817 h 6 HYPERLINK l _Toc156551818 1.2.2单单片机的功能能 PAGEREF _Toc156551818 h 7 HYPERLINK l _Toc156551819 1.3传感器器 PAGEREF _Toc156551819 h 8 HYPERLINK l _Toc156551820 1.3.1规规格介绍 PAGEREF _Toc15

5、6551820 h 8 HYPERLINK l _Toc156551821 1.3.2红红外热释电传传感器原理 PAGEREF _Toc156551821 h 8 HYPERLINK l _Toc156551822 1.3.3离离子烟雾传感感器工作原理理 PAGEREF _Toc156551822 h 8 HYPERLINK l _Toc156551823 1.3.4门门窗磁式传感感器工作原理理 PAGEREF _Toc156551823 h 9 HYPERLINK l _Toc156551824 2传输通信 PAGEREF _Toc156551824 h 9 HYPERLINK l _Toc

6、156551825 2.1ZiggBee无线线传输 PAGEREF _Toc156551825 h 9 HYPERLINK l _Toc156551826 2.1.1规规格介绍 PAGEREF _Toc156551826 h 10 HYPERLINK l _Toc156551827 2.1.2ZZigBeee PAGEREF _Toc156551827 h 10 HYPERLINK l _Toc156551828 2.1.3ZZigBeee 协议栈 PAGEREF _Toc156551828 h 10 HYPERLINK l _Toc156551829 2.1.4ZZigBeee 无线传输输模

7、块 PAGEREF _Toc156551829 h 11 HYPERLINK l _Toc156551830 2.1.5ZZigBeee 硬件设计计 PAGEREF _Toc156551830 h 12 HYPERLINK l _Toc156551831 2.2CDMMA部分 PAGEREF _Toc156551831 h 12 HYPERLINK l _Toc156551832 2.2.1规规格介绍 PAGEREF _Toc156551832 h 12 HYPERLINK l _To2.2.22CDMA功能能描述 PAGEREF _Toc156551833 h 13

8、 HYPERLINK l _Toc156551834 2.2.3CCDMA硬件件设计描述(部分) PAGEREF _Toc156551834 h 13 HYPERLINK l _Toc156551835 2.2.3.11电源设计 PAGEREF _Toc156551835 h 13 HYPERLINK l _Toc1565518336 2.2.33.2响铃及耳麦麦的设计 PAGEREF _Toc156551836 h 14 HYPERLINK l _Toc156551837 3软件模块 PAGEREF _Toc156551837 h 14 HYPERLINK l _Toc156551838 3

9、.1系统结结构图 PAGEREF _Toc156551838 h 14 HYPERLINK l _Toc156551839 3.2基本功功能及其框架架 PAGEREF _Toc156551839 h 15 HYPERLINK l _Toc156551840 3.2.1通通过系统的人人机交互介面面进行操作 PAGEREF _Toc156551840 h 15 HYPERLINK l _Toc156551841 3.2.2通通过服务器以以访问网页的的形式进行操操作 PAGEREF _Toc156551841 h 16 HYPERLINK l _Toc156551842 3.2.3当当家中出现异异常

10、情况时系系统反映流程程图 PAGEREF _Toc156551842 h 16硬件设计ARM7 系统统板规格介绍处理器：STRR710F-ZZ2T6，内内含（2566+16）KB Fllash、64KB SRAM；EMI外扩：2256K116 SRAAM IA661LV255616ALL；2M16 FFlash SST399VF16002；10M以太网接接口（CS89000A）；USB2.0通通信接口（DDevicee）；1个RS2322异步串行接接口（UARRT0，可直直对连做RSS232通信信实验）；2个TTL异步步串行接口（UUART1，用用于接ZiggBee。UUART2，用用于接CD

11、MMA）；162字符LLCD；5个LED指示示灯（一个电电源、一个SSTANDBBY、三个通通用）；1个复位按钮（RESET）；1个唤醒按钮（WAKE-UP）；5个通用按钮；20脚JTAGG调试接口（高高速程序下载载、调试，并并支持Flaash烧写）；电源接口（+55V/2A）具体见原理图和和PCB图摄像系统摄像系统母图规格介绍视频解码芯片(SAA71111)JPEG压缩芯芯片（ZR360660）AVR单片机(ATmegga16L)CPLD（Laatticee:ISPLLSI20664）SRAM(5112K*8)初始化系统上电后，先先分别对SAAA71111，ZR360060初始化化。对SAA

12、A7111的的初始化很简简单，用AVVR单片机的的两个IO口作为总线的的串行时钟线线SCL和串行行数据线SDDA，根据I2C总线的时时序特性用软软件编程模拟拟总线接口。对对ZR360060的初始始化是通过ZZR360660的主控制制器接口完成成的。AVRR单片机通过过ZR360060的两位位地址线AAADR1:00，片选信信号，读写信号，以及数据总总线DATAA7:0直接对ZR336060内内部的4个寄存器操操作。将ZRR360600的工作模式式设置为:视频同步从从模式，8bbit代码主主模式，166bit视频频总线宽度。 SAAA71111初始化部分分原理图ZR360600主机接口大致工作流

13、程 当AVR接收到到传输图像数数据的命令时时，通知CPPLD，并将将ZR360060的CBUSYY信号拉高，系系统各个部分分开始同步运运行。模拟视频信号从从SAA71111的AI22口输输入，经过AAD转换和亮亮色分离产生生YUV4:2:2数字字信号，并从从VPO115:0口口输出到ZRR360600的视频接口口。同时输入入到ZR366060视频频接口的还有有行同步信号号HS，场同步信号号VS，奇偶场场指示信号RRTS0以及及系统时钟LLLC(277MHz)和和象素时钟(13.5MHzz)。ZR360060对YUV信号进进行压缩，从从代码接口的的CODE7:0输输出标准的JJPEG码流流以及C

14、CSS，CWE等信号号。这些信号号均输入到CCPLD中。CPLDD通过CWE脉冲产产生SRAMM的写地址，将将压缩数据存存储到SRAAM中。需要要传输JPEEG图像时，AVVR产生一个个合适的脉冲冲CRD，输入到CPLLD中，作为为AVR从SRAM中读读取数据时的的地址，同时时也作SRAAM的读信号号。SRAMM中的数据经经CPLD送到到AVR的IO口，然后后由AVR的PA口直接将将数据送到ZZIGBEEE。当AVR接收到到中止数据传传输的命令时时，通知CPPLD，并将将ZR360060的CBUSYY信号复位，中中止SRAMM的读写操作作。此时，SSAA71111仍处于工工作状态，ZZR360

15、660处于等待待状态(等待CPLDD给出STARRT和FRAMEE信号)，整个系统统等待下一次次命令。CPLD的功能能 CPLDD子图ZR360600向SRAM中写写数据时的地址发生生器当ZR360660的代码接接口向外传输输数据的时候候(CBUSSY=1)，代码接口输输出JPEGG压缩码流COODE7:0，以及CCS，COE，CWR，ACK等信号号。这些信号号都输入到CCPLD中。CPLDD内部将实现现一个计数器器功能，其中中，CWR作为计计数脉冲。计计数值作为SSRAM的地地址，将COODE7:0的数据据顺序存储到到SRAM中。同同时，CWRR还作为SRAAM的写信号号。单片机从SRAAM

16、中读数据据时的地址发生生器当单片机需要从从SRAM中读读取数据的时时候，单片机机的某一个IIO口产生一一个合适的脉脉冲信号CRRD，CPLD以该该信号作为计计数脉冲，产产生另外一个个读数据的地地址，将SRRAM中的数数据顺序读取取到单片机中中。同时，CCRD还作为为SRAM的读读信号。合理分配SRAAM的总线控控制权当ZR360660向SRAM中写写数据的时候候，SRAMM的三总线必必须交给ZRR360600控制；当AVVR单片机需需要从SRAAM中读取数数据的时候，SRAM的三总线的控制权必须交由AVR。在这个过程靠CPLD来实现。ZR360600工作状态控控制ZR360600有很多种工工作

17、状态，在在这个系统中中必须交替处处于三种状态态：睡眠状态态，空闲状态态，压缩状态态。系统上电电后ZR366060要在在在睡眠状态态锁定缩相环环(SLEEEP=0)，然然后SLEEEP=1进入入空闲状态，在在空闲状态完完成初始化，然然后等待压缩缩启动信号SSTART，然后扫描FRRAME，开始进入压压缩状态开始始压缩数据。压压缩完一场后后END=00，当ZR360060检测到到END=00后停止压缩缩，又处于空空闲状态。单片机的功能 Atmmega166L子图系统的初始化系统的初始化主主要时指SAAA71111和ZR360060的初始始化。AVRR单片机通过过SCL，SDA对SAA71111进行

18、初初始化； 通过ZR366060的主主机接口对ZZR360660进行初始始化；控制系统的启动动单片机负责接收收ZIGBEEE发送过来来的命令并启启动系统开始始工作；发送数据给ZIIGBEE单片机的PA口口分时复用。初初始化时作为为ZR360060主机接接口的数据线线，之后作为为和ZIGBBEE传输数数据的通道。传感器传感器系统是智智能家居的反反馈的终端，包包括识别人（红外热释电电传感器），门窗防盗盗（门磁传感感器），火报报警（烟雾温温度传感器）。在本系统中，每个传感器与无线节点相连，传感器的数据由ZigBee无线节点回送。规格介绍红外热释电传感感器离子烟雾传感器器磁式传感器红外热释电传感感器原

19、理人体有恒定的体体温，一般在在37，所以会发发出特定波长长为10m左右的红外外线。被动式式红外探头就就是靠探测人人体发射的110m左右的红外外线而进行工工作的。人体体发射的100m左右的红外外线，通过菲菲涅尔滤光片片增强后，聚聚集到红外感感应源上。红红外感应源泉泉通常采用热热释电元件。这这种元件在接接收到人体红红外辐射温度度发生变化时时将会失去电电荷平衡，向向外释放电荷荷，后续电路路经检测处理理后产生报警警信号。上图为双元热释释电红外检测测元件LHII968的内内部电路。它它由两个双元元热释电陶瓷瓷，感应红外外信号，再经经场效应管放放大输出。DD端的电阻和和S端的电容具具有抗电磁干干扰能力。信

20、信号从S端引出经前前级放大，通通过47F电容后再次次放大，与设设定门限电压压进行比较，获获得报警输出出信号。477F电容能够除除直流成分，从从而消除了使使用环境（阳阳光、灯光、火火源泉等）对对探测器的影影响，后面再再加一延时触触发电路以便便主人设防与与撤防。现在在已有专用集集成芯片BIISS00001实现以上上功能。为了了适应主人进进门时撤防的的需要，设计计一报警延时时电路。延时时长度须满足足：当人以11m/s的速度从从探测器的正正前方移动00.2m，不产生生报警；但移移动3m应报警，测测试速度应能能检测0.33m/s或更宽的的速度范围。离子烟雾传感器器工作原理图3(a)是单单电离室的结结构图

21、，P11和P2是一对电极，在在电极之间放放有放射性物物质241 Am，不断断放出a射线，高速速运动的a离子撞击极极板间的空气气分子，将其其电离为正离离子和负离子子，从而使电电极之间原来来不导电的空空气具有了导导电性。如果果在极板P 和P2之间加上上一个电压EE，极板间原原来杂乱无章章的正负离子子，在电场的的作用下作有有规则的运动动，从而在极极板间形成电电离电流， 施加的电压压越高，则电电离电流越大大，当电离电电流增加到一一定值时，将将不再增加，此此电流称为饱饱和电流，如如图3(b)所示。为了减少温度、湿湿度等环境条条件变化对电电离电流带来来的影响，以以提高传感器器工作的稳定定性，将两个个电离室

22、串接接起来与电源源相接，上面面的一个为补补偿电离室，下下面的一个为为检测电离室室，在结构上上检测电离室室做成烟雾容容易进入的型型式，而补偿偿电离室做成成烟雾很难进进入、而空气气又能慢慢进进入的型式。当当有火灾发生生时，烟雾进进入检测电离离室，由于烟烟离子的阻挡挡作用，一方方面使电离后后的正负离子子在电场中的的运动速度降降低，另一方方面使a射线的电离离能力降低，从从而使检测电电离室的电离离电流减小，这这一现象，相相当于补偿电电离室的等效效电阻未变，而而检测电离室室的等效电阻阻变大，从而而使A点的电位升升高。显然烟烟雾浓度越大大，烟离子的的阻挡作用越越强，A点电位越高高。这一电压压信号经由TT1、

23、T2组成的跟跟随电路，传传送给模数数转换电路，实实现对烟雾浓浓度的采样。采采用离子源作作为烟敏元件件的突出特点点是电流消耗耗极低，只有有数百nA，适合在在总线系统中中使用 。图4中的Rt为自检电电阻器，由于于离子源等效效电阻很高(一般在10MMO以上)，只要适当当选择Rt，就可使使Rt上的压降降在正常情况况下近似为00.对探测器器进行自检时时，一个逻辑辑高电压加到到Rf上，使传传感器输出升升高，单片机机根据自检前前后的模数数转换结果，可可判断出模数转换及传传感器两个模模块的功能是是否正常。门窗磁式传感器器工作原理门窗磁式传感器器一般案卷在在门内侧的上上方。它由两两部分组成：较小的部件件为永磁体

24、，内内部有一块永永久磁铁，用用来产生恒定定的磁场；较较大的是门窗窗磁式传感器器主体，内部部有一个常开开型的干簧管管。当永磁体体和干簧管靠靠得很近时（小小于5mm），门窗磁式式传感器处于于工作守候状状态；当永磁磁体离开干簧簧管一定距离离后（大于8mm），门窗磁式式传感器立即即产生报警信信号。传输通信ZigBee无无线传输ZigBee 作为传输无无线传输协议议，在系统中各各个模块互联联互通采用。在在ARM7主主板上，Jeennic55121 MModulee作为网络协协调器，组建建整个星型网网络核心，负负责节点管理、动态组组网与数据传传输；对于传传感器、摄像像机等数据发发送设备，作作为精简功能能节

25、点，只构构成无线网络络终端，由核核心节点负责责其网络的加加入管理。规格介绍Jennic ZigBeee Moddule 55121LP2985 fixedd-outpput vooltagee reguulatorrTSL25500 Lightt SenssorSHT11 TTemperraturee and Humiddity SSensorrZigBeeZigBee是是一种高可靠靠的无线数据据传输网络，采采取了IEEEE 8022。15。4强有力的无无线物理层所所规定的全部部， 同时增加了逻逻辑网络、网网络安全和应应用层。与以以已有的无线线传输方式相相比：市场名/标准GPRS/GSSM 1

26、xRRTT/CDDMA Wi-Fi/8802。11bBluetoooth/ 802。15。1 ZigBee/802。15。4应用重点广阔范围 声音音，数据Web， Emmail， 图像电缆替代品监测 控制系统资源16MB+ 1MB+ 250KB+ 4KB -322KB 电池寿命(天)1至7 0.5 至5 1 至7 100 至1，000+ 网络容量1327255 / 665，000 带宽(KB/ss) 64 -1288+ 11，000+ 72020 -2500 传输距离(米)1，000+ 1 -100 1 -10+ 1 -100+ 特点覆盖面大， 质质量速度， 灵活性性价格便宜， 方方便可靠，

27、低功耗耗， 价格便宜ZigBee新新兴的近距离离、低复杂度度、低功耗、低低数据速率、低低成本的无线线网络技术，应用于智能家居系统，能有效发挥它低成本、低功耗和丰富而便捷的优点。在本套系统中中，低速率室内无无线连接传输输部分使用ZZigBeee技术，ZiggBee技术术可靠保密性性充分满足智智能家居的安安全与人性化化。以下为各各节点的技术术概要:节点名摄像头红外传感器烟雾传感器门窗传感器用户触点结点数（用户需需求）110530120520110工作有效时间(天)（有线供电）200+节点所需速率（Kb/s)20505室内有效距离1-401-100可行性满足非常好由于家庭构建建的特点，以以基于ARM

28、M7(STRR710ZFF)中央控制制为核心，各各反馈采集子子系统返回信信息，子系统统的互联互通通要求不高，采采用ZigBBee一点对对多点的树状状结构。ZigBee 协议栈完整的ZigBBee协议栈栈由物理层、介介质访问控制制层、网络层层、安全层和和高层应用规规范组成。如如图所示，ZZigBeee协议栈的网网络层、安全全层和应用程程序接口等由由ZigBeee联盟制定定。其中安全全层（Seccurityy）主要实现现密钥管理、存存取等功能。应应用程序接口口负责向用户户提供简单的的应用软件接接口（APII），包括应应用子层支持持（Appllicatiion Suub-layyer Suuppor

29、tt，APS）、ZigBBee设备对对象（ZiggBee DDevicee Objeect，ZDO）等，实现现应用层对设设备的管理。ZigBee 无线传输模模块ZigBeee采用Jennnic 公公司的JN55121无线线模块，JNN5121是是低功耗低价价格的适应IIEEE8002。15。4协议的无无线微控制芯芯片。JN55121使用用硬件MACC和安全加密密加速硬件AAES，整合合的电源控制制设备使该系系统极低的电电源消耗。单芯片集合无线线收发器和无线传感器网络微控制器高效低功耗微控控制器负责控制和和传感器硬件MAC 保保证低功耗用户设备扩展ZigBee 硬件设计Jennic 5121 原

30、理图传感器模块使用集成光感芯芯片TSL22550D与与温感芯片，在在每个节点均均可返回数据据。同时，传传感器芯片可可根据市场与与用户需求更更改添加。CDMA部分规格介绍选用AnyDAATA公司的的CDMA集集成模DTGGS-8000，该模块具有有体积小(333mm*53mm*22。8mm)，接口丰富，可直接通过过UART接接口与CPUU通信。电器参数:供电电压:DDC 4。5V10%Batteery 3.44。3V工作电流:最大大时为520mAA，空闲时为90mA。串行波特率率:1152200bpssCDMA功能描描述CDMA部分主主要由CDMMA moddule DDTGS-8800构成。具有以下功功能：发送紧急短信至至指定手机，通知主人家家庭情况。可接听电话，使使主人及时监监听家庭中的的动静，判断是否有有意外发生。以上功能通过AAT指令完成成。