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【干货】基于以太网的智能家居监控系统设计

博康光大?2016年08月04日? 行业动态 ? 747

随着无线通讯、传感器等技术的迅速发展以及人们对安全意识的提高 , 智能家居的设计逐步被深究。智能家居智能家居集电?#26377;?#24687;技术与计算机控制技术与一体 , 信息化强 , 近几年被人们深入研究和突破。

      通过设计在系统上的各类传感器单元获取所需的数据信息 , 如室内温度 , 有害气体检测以及图像监控等 , 能够对家居进行实时有效的监控。但目前 , 智能家居系统设计主要使用繁琐的 PCI 总线采集技术 , 一定程度限制了其方便性等优点。为此 , 以 32 为 ARM 内核的微处理器为核心 ,以太网技术作为无线通信网络, 设计出一种基于以太网网络的智能家居监控系统。

  系统功能架构

  家居监控系统的设计由信息采集传感器模块、无线传输模块、物联网平台与三大部分构成 , 系统总体架构采用模块式的构建模式 , 以便优化整个系统的各部分连接提升总体功能。系统的总体结构图如图 1 所示。图中的传感器单元包括温度传感器、湿度传感器、有害气体检测等模块 , 采用以太网网络负责将采集到的信息传输到终端上位机显示 , 采用最新的 socket 程序库, 提高系统数据在网络传输的稳定性和可靠性 , 实现对数据的采集、传输、显示功能 , 实现智能化、网络化。

    系统硬件设计

  本系统围绕着以 ARM 为内核的 S3C6410 搭建起的微控制器模块, 采用小型的 usb 摄像?#26041;?#34892;家居监控 ,无线通信模块采用以太网技术作为数据的传输和接收通道媒介 , 在家居监控系统中加入各类传感器 , 不仅可以实现对温?#21462;?#26377;害气体的采集 , 而且可控制家电的操控等功能。

        数据传输模块

  无线网络模块设计的是本系统的主要核心部分 , 通过无线网络进行传感器之间的数据传输 , 使得处在无线网络中的各传感器通信布线少 , 提高通信的效率和协调化。系统中 Wi Fi 无线网络主要是实现对视频图像的传输。W5500 是一款通过 SPI 接口实现 Internet 网络连接 ,支持TCP/IP协议处理的无线传输模块。如图2,W5500通过 SPI 串行外部接口与主控器?#37202;?#30456;连进行通讯 , 同时通过网线接与上位机实现通信 , 将 n RF240L1 从温度传感器接收到的数据通过无线网络发送到 W5500, 在通过以太网将数据发送到上位机的 machtalk 服务器中实时显示并记录。系统以基于 8051 为内核基础的增强型2.4GHz 无线收发器 n RF24L01 实现近距离无线通信 ,以无线电波作为载体实现对传感器之间的数据通信。

  各传感器经过内部 A/D 转换后以数字信号通过 I/O 口引脚和 n RF24L01 实现通讯 ,n RF24L01 将采集到的数据打包并发送到接收端 , 其最小系统原理图如图 3 所示。

  主控制器模块

  家居监控系统的主控制器选用具有高性能、低功耗32 位内核 S3C6410, 工作频?#39318;?#39640;可达到 266MHz, 拥有高效的信号处理能力 , 片上集成丰富的资源 , 高达24 个外部中?#26174;?, 能够满足多?#20998;?#26029;处理 , 提高处理器的资源利用率 ,3 路 URAT,I2C、PWM、SPI 等多路通信接口 , 片外存储器的接口拓展有 Nor  Flash、SDRAM, 通过总线方式与微处理器相连 , 拓展储存数 据 空 间 , 并 且 具 有 高 数 据 传 输 的 DAM 通 道。

  S3C6410 ?#37202;?#36890;过 SPI 接口和 RS-232 接口与无线通信模块以及其他传感器单元模块进行数据的?#25442;弧?#22270; 4为微控制器的内部机构图。

  软件设计

  本系统设计的核心部分是以太网无线通信 , 通过yeelink 平台与主控制器相连接 , 两者之间的信息?#25442;?#38656;要 W5500 模块进行桥接。由于访问 machtalk 是通过域名访问的 , 所以需要在程序里面包含 DNS 服务的程序 ,DNS 解析需要一个定时器来定时调用域名解析相关函数 , 还需要配置网络的 IP 地址 ,MAC 地址 , 网关 ,DNS 服务器等。

  系统测试和数据分析

  系统测试以模拟为例进行多次的实时测试。测试结果如图 5。将采集到各单元传感器通过 n RF24L01 发送到主控?#37202;?#24182;由 W5500 通过以太网通信发送到 PC 端的服务器存储并显示。从系统测试的数据分析得出 : 本家居监控系统实时性好 , 稳定性高 , 达到预期的设计目标。

  结  语

  本文设计了基于以太网网络的家居监控系统 , 通过引入多种传感器单元和无线通信模块 , 能够完成数据的采集、传输和处理。引用最新的 socket 程序库对系统中的无线网络进行优化 , 大大提高了数据的安全性和实效性 , 能够检测和监控家居中的设备 , 提高了家居的安全性。整体绕着 ARM 构成的微控制器运转、具有低功耗、数据处理速度高效等特点 , 随着嵌入式和传感器的不断发展 , 智能家居会得到更好的发展与应用


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