基于STM32的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

羅杰

摘要設(shè)計以STM32單片機為核心的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)以傳感器技術(shù)和3G通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，完成設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和服務(wù)器端的通訊，實現(xiàn)對室內(nèi)電器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。實驗結(jié)果表明：該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，且具有很強的可擴展性，市場前景廣闊。

關(guān)鍵詞遠(yuǎn)程監(jiān)控；STM32單片機；3G通訊；傳感器技術(shù)

智能家居（smart home，home automation）是以住宅為平臺，融合了建筑、網(wǎng)絡(luò)通訊、信息家電、設(shè)備自動化、傳感器等技術(shù)，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。

近年來，隨著人們生活水平的提高和傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。智能家居逐漸成為了未來居家生活的發(fā)展方向。與此同時，開發(fā)一款實用且廉價的智能家居系統(tǒng)便顯得迫在眉睫。

本文以STM32開發(fā)板作為核心設(shè)計出一套為智能家居準(zhǔn)備的監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)以傳感器，3G通訊等技術(shù)為基礎(chǔ)。通過傳感器采集室內(nèi)數(shù)據(jù)，達到監(jiān)測目的，再通過3G通訊完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。用戶通過任意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（手機、電腦、智能手表等）登錄服務(wù)器，均可獲得室內(nèi)各種實時數(shù)據(jù)變化，必要時，可直接對設(shè)備下達任意數(shù)據(jù)采集指令，達到實時監(jiān)控的目的。

1智能家居硬件平臺

對于一個嵌入式系統(tǒng)，硬件顯得尤為重要，它直接決定了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、節(jié)能性。此系統(tǒng)選擇以下硬件設(shè)備：

1）控制器，STM32F103ZET6微處理器。STM32F103ZET6是一款基于ARId Cortex M3 32bit的RISC的內(nèi)核，工作頻率可達72MHz，內(nèi)置高速存儲器（64K內(nèi)存），豐富的外置接口（I/0，A/D，D/A，SPI...）。

2）通訊模塊，GPRS sim808。SIM808模塊是一個完整的四頻段GSM/GPRS模塊相結(jié)合GPS衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。可實現(xiàn)低功耗語音、DTMF、短信、GPRS數(shù)據(jù)傳輸，更將GSM、GPS、藍牙三合一。

3）攝像頭模塊，0V7670。0V7670 CAMERACHIP圖像傳感器模塊，通過SCCB總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位影響數(shù)據(jù)。該模塊VGA圖像最高達到30幀/秒。設(shè)備可以完全控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。所有圖像處理功能過程包括伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等都可以通過SCCB接口編程。

4）濕度傳感器DHT11。DHT11是一款濕溫度一體化的數(shù)字傳感器。DHT11輸入信號來自于模塊內(nèi)的電阻式測濕元件和NTC測溫元件，自帶數(shù)據(jù)校驗，僅通過一個I/0與控制器通訊。

5）煙霧傳感器MQ-2。MQ-2傳感器是一款可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等探測的搞性價比傳感器，具有DO開關(guān)信號（TTL）輸出和AO模擬信號輸出兩種輸出方式。

2智能家居系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)

此系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)器遠(yuǎn)程登錄并完成身份認(rèn)證，查看服務(wù)器中屬于自己的設(shè)備上傳的實時狀態(tài)信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過服務(wù)器向設(shè)備下達各種指令，從而達到控制的目的。

本系統(tǒng)的工作方式如下：1）身份驗證。用戶可通過任意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備登錄服務(wù)器登錄界面，輸入信息。而后右服務(wù)器將信息穿向后臺進行驗證。2）數(shù)據(jù)采集。設(shè)備端默認(rèn)執(zhí)行的主循環(huán)，不斷的采集數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶的設(shè)定，將對應(yīng)的狀態(tài)信息傳遞給控制器。3）指令接受。由服務(wù)器發(fā)起的鏈接，根據(jù)制定的Modbus協(xié)議，發(fā)送對應(yīng)的指令。并由設(shè)備端解析并執(zhí)行且返回回復(fù)楨。4）短信控制。當(dāng)采集數(shù)據(jù)聯(lián)系低于閾值時，系統(tǒng)將自動通知用戶，起到預(yù)防作用。

3智能居家系統(tǒng)模塊設(shè)計

整個智能家居系統(tǒng)以STM32微處理器為核心，使用c語言進行裸機開發(fā)，使用中斷在各個子模塊進行切換。

3.10V7670模塊軟件設(shè)計

攝像是本系統(tǒng)重要的功能之一，0V7670模塊程序參考0V7670開發(fā)手冊，采用SCCB協(xié)議進行通訊。1）初始化。初始化時鐘，配置SCCB總線，復(fù)位SCCB總線，配置0V7670存儲器，初始化FIFO等。2）開始攝像。通過相關(guān)寄存器配置，開始攝像。講數(shù)據(jù)線拉高，進行數(shù)據(jù)采集，沒一次時鐘跳變，讀取一次數(shù)據(jù)，講兩次數(shù)據(jù)（每次數(shù)據(jù)均為8位數(shù)據(jù)）按先后順序合為一個16位的像素點，存入SRAM。3）相應(yīng)中斷。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出發(fā)送照片的請求時，拉低數(shù)據(jù)線，停止接受數(shù)據(jù)，講一張完整的照片從SRAM中讀取到發(fā)送緩存區(qū)，等待發(fā)送。4）發(fā)送照片。通訊模塊根據(jù)MODBUS協(xié)議中的不定長楨進行發(fā)送。

3.2SIM808通訊模塊軟件設(shè)計

SIM808集成了AT指令控制，控制器可以通過AT指令對模塊進行連接服務(wù)器，發(fā)送信息（檢測信息和要求信息）。

4結(jié)論

本文基于STM32設(shè)計的智能家居系統(tǒng)，將底層設(shè)備，服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫，用戶，有機的聯(lián)系在一起。該系統(tǒng)具有高性能，穩(wěn)定性強、低功耗、環(huán)保、成本低等一系列優(yōu)點。系統(tǒng)實驗階段運行穩(wěn)定，其實驗結(jié)果將為以后的智能家居提供一個新的方向。