基于CC3200的智能家居安防系統設計

趙　艷，汪春梅

(上海師范大學 信息與機電工程學院，上海 200234)

基于CC3200的智能家居安防系統設計

趙艷，汪春梅

(上海師范大學 信息與機電工程學院，上海 200234)

摘要:設計了一款以德州儀器公司的首款單芯片無線微控制器SinpleLink WiFi CC3200為核心，與人體紅外感應系統相結合的智能家居安防系統。設計結合Yeelink云和APP，利用CC3200片上WiFi系統傳輸安防信息，與手機、PC等建立通信，實現紅外報警和實時監控。該系統設計基于CC3200的優越性能，使系統成本低、功耗低并有良好的可擴展性，因此具有一定的研究意義。

關鍵詞:智能家居； 安防系統； CC3200； 紅外感應； Yeelink

隨著社會的不斷發展和人們生活水平的不斷提高，人們開始關注生活條件的安全性和可靠性，對家庭安全的要求越來越高，與此同時，傳統的機械或單靠人力控制操作的安防系統在實際使用中暴露出各種弊端和不足，已經無法滿足人們的需求。隨著科技的發展以及計算機技術的普及，智能家居不再是只出現在高科技展覽會里的表演或者是富豪們炫富的手段，它已經逐步走進人們的生活。

安全防范技術是智能家居系統中必不可少的技術，在小區及戶內可視對講、家庭監控、家庭防盜報警、與家庭有關的小區一卡通等領域有廣泛的應用[1]。本文以家庭局域網為背景，基于SinpleLink WiFi CC3200，實現智能家居安防系統的設計。

1CC3200簡介

CC3200是美國德州儀器公司(Texas Instruments，TI)研發的業界第一個具有內置WiFi連通性的單片微控制器(Micro Controller Unit，MCU)[2]。針對物聯網應用的SimpleLinkCC3200器件是一款集成了高性能ARM Cortex-M4的無線MCU，用戶可以使用單個集成電路完成整個應用的開發。借助片上WiFi、互聯網和穩健的安全協議，沒有WiFi經驗的用戶也可以完成開發。

CC3200由應用微控制器、WiFi網絡處理器和電源管理子系統組成。ARM Cortex-M4處理器內核子系統包含一個工業標準的80 MHz的ARM Cortex-M4內核以及豐富的片上外設，諸如并行的Camera接口，I2S，SD/MMC，UART，SPI，I2C和4通道的ADC。WiFi網絡處MAC，實現快速、安全的與互聯網連接，CC3200支持AP、Station與WiFi直連模式，并且支持WPA2個人、企業安全和WPS 2.0，Internet-on-a-Chip WiFi模塊包括嵌入式TCP/IP與TLS/SSL協議棧、HTTP服務器以及多種Internet協議。電源管理子系統包含集成的DC-DC轉換器，支持多種電源電壓以及多種低功耗模式。

CC3200主要應用在云連通性、互聯網網關、家庭自動化、工業控制、家用家電、安防系統、智能插座與儀表測量等。

2智能家居安防系統的硬件設計

如圖1所示智能家居安防系統由處理器模塊、無線通信模塊、電源模塊和人體紅外感應系統組成。其中處理器模塊、無線通信模塊和電源模塊采用CC3200芯片，簡化了系統的硬件設計。

圖1　智能家居安防系統框圖

智能家居安防系統硬件部分采用模塊化的設計方式，將電路分為CC3200核心板和各功能不同的擴展板，實現同一核心板和不同擴展板的配合使用。這樣的好處在于針對不同的應用場景選用不同的擴展板，而不必對核心板進行修改。CC3200的核心板使用TI公司針對CC3200器件推出的評估套件CC3200LaunchPad開發板[3]，通過CC3200LaunchPad開發板上的兩排20-pin引腳與擴展板連接。安防系統的擴展板實現人體紅外感應功能，電路設計包括人體紅外感應電路、聲音報警電路設計。

2.1CC3200LaunchPad開發板

CC3200LaunchPad是一個基于ARM Cortex-M4F MCU的開發平臺，不僅充分展現了CC3200 WiFi特色，突出其物聯網應用的亮點，同時還提供了可編程的LED、按鍵以及板上開發系統。CC3200LaunchPad開發板能夠擴展豐富的外設諸如：圖形顯示、音頻編解碼、天線選擇、環境傳感器等，其加長的外擴接口可方便實現擴展模塊的疊加。CC3200LaunchPad的外形布局框圖如圖2所示。

圖2　CC3200LaunchPad的外形布局框圖

2.2人體紅外感應電路設計

人體紅外感應電路包括熱釋電紅外傳感器D203S、紅外傳感信號處理器BISS0001[4]。熱釋電紅外線傳感器D203S是一種新型敏感元件，它由高熱電系數材料配以濾光鏡片和阻抗匹配用場效應管組成。它能以非接觸方式檢測到人體發出的紅外輻射，將其轉化成電信號輸出，并可有效抑制人體輻射波長以外的外干擾輻射如陽光、燈光、及其反射光。如圖3所示紅外傳感信號處理器BISS0001是由運算放大器、電壓比較器、狀態控制器、延遲時間定時器、封鎖時間定時器及參考電壓源等構成的數模混合專用集成電路，用于接收D203S的信號并進行處理。

圖3　人體紅外感應電路圖

熱釋電紅外線傳感器以非接觸形式檢測人體輻射的紅外線能量的變化，并將其轉化成電壓信號輸出，由紅外傳感信號處理器BISS0001進行信號放大處理。當人體進入感應范圍時，電平輸出管腳輸出高電平，當人離開感應范圍時，電平輸出管腳輸出低電平，MCU通過檢測GPIO口電平變化來判斷室內是否有人。本紅外模塊的工作電壓范圍是3.3～5 V，BISS0001的輸出引腳電平輸出高電平為3.3 V，低電平為0 V，工作溫度在-20～+70 ℃之間，測量角度通過菲涅爾鏡進行擴大。

2.3聲音報警電路設計

如圖4所示聲音報警電路[5]包括蜂鳴器、三極管、電阻組成。

圖4　聲音報警電路圖

聲音報警電路與CC3200的GPIO_00接口連接，人體紅外感應傳感器檢測到熱量表明有人入室，低電平觸發，蜂鳴器報警，此時CC3200LaunchPad上的LED D5、D6、D7點亮。

3智能家居安防系統的軟件設計

TI公司針對CC3200LaunchPad開發板推出的軟件開發平臺CC3200 SDK，提供了一個簡單易用的軟件框架，指導用戶使用MCU外設驅動和WLAN網絡服務，加快用戶的開發進程。項目工程在CCS(CCS6.0.1.00040或者更新版本)中編譯調試。

本系統中的軟件設計包括人體紅外感應報警程序設計以及通過云和APP實現手機實時監測的軟件設計。

3.1人體紅外感應程序設計

根據硬件電路和工作原理分析可知紅外報警系統主程序流程如圖5所示。

圖5　紅外報警系統主程序流程圖

MCU檢測到紅外熱釋電傳感器的入侵信號，經過MCU的程序處理，驅動報警點亮指示燈，主要程序部分如下：

void main()

{

BoardInit()；//板子初始化

PinMuxConfig()；//為LED和UART配置引腳

#ifndef NOTERM

InitTerm()；

#endif //NOTERM

DisplayBanner(APPLICATION_NAME)；

GPIO_IF_LedConfigure(LED1|LED2|LED3)；//配置3個LED燈

GPIO_IF_LedOff(MCU_ALL_LED_IND)；

while(1)

{

if(MAP_GPIOPinRead(GPIOA0_BASE， 0x1))

GPIO_IF_LedOn(MCU_ALL_LED_IND)；

else

GPIO_IF_LedOff(MCU_ALL_LED_IND)；

}

}

3.2云和APP的開發

本文采用開放的公共物聯網接入平臺Yeelink[6]，實現APP、云、路由器、傳感器終端設備完整的物聯網WiFi應用[7]。

在Yeelink官網(http：//www.yeelink.net/)注冊帳號，然后手機下載、安裝Yeelink APP；在Yeelink用戶中心添加新設備“智能家居”和傳感器“紅外報警”。

進入CCS，在工程main()中，查找一下宏定義：

#define PREFIX_BUFFER

"GET /v1.1/device/274349/sensor/310484/datapoints HTTP/1.1 "

#define POST_BUFFER2

"Host：api.yeelink.net Accept： */* U-ApiKey：

1b3afc43146b4dc7994458de06ed1274 "

根據Yeelink中“我的設備”→“管理設備”更改CCS代碼中的設備編號與傳感器編號：

根據Yeelink中“賬戶”→“我的賬戶設置”更改CCS代碼中如圖6所示的API KEY。

圖6API KEY

3.3CC3200 WiFi網絡配置

在本文中，SimpleLink CC3200作為Station(無線終端)使用，它能夠連接無線熱點，然后通過這個熱點使用Internet服務。

CC3200設置為STA模式僅需3步：首先通過調用sl_Start()函數，啟動SimpleLink；其次通過調用sl_WlanConnect()函數，連接AP；然后運行sl_NetCfgGet API函數或查詢SL_NETAPP_IPV4_IP，ACQUIRED_EVENT NetApp Event以獲取設備的IP地址。

CC3200作為一個Station，連接一個AP(比方路由器)，如果連接上，它會嘗試獲取“www.ti.com”的IP地址并去Ping這個地址，返回“0”代表連接正常，如果返回其他值則說明沒有可以使用的Internet連接。

AP的配置信息存放在common.h中，需要根據當前路由器的設置改變如下參數：

1)#define SSID_NAME，默認值為“cc3200demo”，改為當前路由器的SSID；

2)#define SECURITY_TYPE，默認值為“SL_SEC_TYPE_OPEN”，這個選項有OPEN、WEP、WPA三種選擇，根據當前路由器的安全類型進行更改；

3)#define SECURITY_KEY，默認值為“”(此項為空，默認沒有密碼)，改為當前路由器的密碼。重新保存common.h。

4智能家居安防系統測試

通過CC3200 LaunchPad上面的2個20-pin擴展接口，連接紅外報警模塊的擴展板，將CC3200 LaunchPad與PC連接，在CCS中編譯、下載、運行HumanInfrared程序。將紅外報警模塊面對墻壁，然后通過手機APP登錄Yeelink APP，滑動“我的Yeelink”列表的“智能家居”，點擊“紅外報警”，查看曲線走向，之后將紅外報警模塊對著人，刷新頁面，查看如圖7所示的曲線變化，此時蜂鳴器報警，CC3200 LaunchPad開發板上的3個LED燈點亮，達到設計要求。

圖7　Yeelink APP 紅外報警實時監測圖(截圖)

本文設計基于CC3200的智能家居安防系統，主要是實現了紅外報警和手機實時查看是否有人進入房間。基于CC3200的優越性能，使系統成本低、功耗低，并具有良好的可擴展性，不僅滿足普通家庭的需求，還可應用于倉庫安全管理等，因此具有一定的研究意義，同時系統對于使用移動終端實時控制安防系統的實現，還需要進一步的改進和研究。

致謝：

論文成果要感謝汪春梅老師的指導。

參考文獻：

[1]王君.嵌入式智能家居安防監控系統的設計[J].微計算機應用，2010，31(10)：45-49.

[2]陳穎瑩.芯片上的網絡 TI SimpleLink WiFi讓聯網如此簡單[J].電子技術應用，2014，23(7)：2.

[3]CC3200[EB/OL/].[2015-11-20].http：//www.ti.com.cn/product/cn/CC3200.

[4]王青峰，魏平俊，方向前.智能家居安防系統防盜探測器的設計[J].中國高新科技企業，2007(3)：111-112.

[5]劉淑祺，施國梁.基于熱釋電紅外傳感器的報警系統[J].國外電子元器件，2005(3)：18-20.

[6]卞曉曉，方為建，李凡.基于Yeelink的遠程室內空氣檢測系統設計與開發[J].電腦編程技巧與維護，2015(10)：26-27.

[7]武一，張圣鵬，丁涵.基于Android和云平臺的智能家居系統設計與實現[J].電視技術，2015，39(22)：27-30.

Design of home intelligent security control based on CC3200

ZHAO Yan，WANG Chunmei

(CollegeofInformationandMechanicalandElectricalEngineering，ShanghaiNormalUniversity，Shanghai200234，China)

Abstract:In this paper ，an intelligent household security system has been designed based on the first single chip wireless MCU-SimpleLink WiFi CC3200 of Texas Instruments and the human body infrared sensing system. Infrared alarm and real-time monitoring have been achived ，which combines with Yeelink Cloud and APP， then exploits the WiFi System-on-Chip of CC3200 to transport security information and also establish communication with mobile phone，PC and so on. Based on the superior performance of CC3200， the design makes the system low-cost， low power consumption and good extensibility， so it has the research significance.

Key words:intelligent household； security system； CC3200； PIR sensor； Yeelink

中圖分類號：TP368

文獻標志碼：A

DOI：10.16280/j.videoe.2016.06.009

基金項目：上海市教育委員會科研創新項目(14ZZ121)

作者簡介：

趙艷(1991— )，女，碩士生，主研通信信號處理與模式識別；

汪春梅(1969— )，女，碩士生導師，主要研究方向為通信信號處理與模式識別。

責任編輯：時雯

收稿日期：2015-12-14

文獻引用格式：趙艷，汪春梅.基于CC3200的智能家居安防系統設計[J].電視技術，2016，40(6)：44-47.

ZHAO Y，WANG C M. Design of home intelligent security control based on CC3200 [J].Video engineering，2016，40(6)：44-47.