基于物聯(lián)網(wǎng)的家居安保系統(tǒng)設(shè)計

覃曼萍

河池學(xué)院 廣西 宜州 546300

引言

隨著科技的發(fā)展，越來越多的新型技術(shù)投入到人們的生活中，家居安保的研究和應(yīng)用受到越來越多的重視，新一代的家居安保系統(tǒng)也在不斷完善和豐富，例如湖南信息學(xué)院的陶曾杰等人設(shè)計了具有通知提示、App開門、破門提醒和錄音留言等功能的智能安保門鈴[1]，韶關(guān)學(xué)院的宋玉春等人設(shè)計了一種具有遠(yuǎn)近程控制、可選設(shè)防和人臉識別等功能的多功能家居安保系統(tǒng)[2]。綜上，本設(shè)計從實際應(yīng)用出發(fā)，針對傳統(tǒng)家居安保系統(tǒng)存在的布線煩瑣、監(jiān)測盲區(qū)、網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定和成本高等不足[3-5]，將家居安保與遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合，設(shè)計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的家居安保系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本家居安保系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備組成，采用硬件兼容性設(shè)計，由人體熱釋電紅外線傳感器、紅外傳感器、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、電池、天線、網(wǎng)絡(luò)串口透傳芯片和網(wǎng)口組成，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如，圖1所示。其中，網(wǎng)絡(luò)串口透傳芯片和網(wǎng)口功能僅在協(xié)調(diào)器模式使能，負(fù)責(zé)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)交互控制。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設(shè)計

本設(shè)計的主控核心采用TI公司針對遠(yuǎn)端控制優(yōu)化的IEEE 802.15.4 SoC芯片CC2533，該芯片在消費電子、醫(yī)療保健和樓宇安防等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，其具有高效功耗、無線通信、強(qiáng)大的RF性能、高達(dá)96KB的可編程Flash和低成本等特點[6]，其應(yīng)用電路圖如圖2所示。可見，CC2533芯片的應(yīng)用電路所需的物料很少，主要包括兩個晶體振蕩電路、RF天線匹配電路、復(fù)位電路和管腳擴(kuò)展接口。在本家居安保系統(tǒng)中，CC2533主控核心除了使用外設(shè)接口控制各類傳感器外，最重要的功能是實現(xiàn)Zig Bee無線通信和協(xié)調(diào)器模式的互聯(lián)網(wǎng)通信。

圖2 CC2533應(yīng)用電路圖

本家居安保系統(tǒng)的硬件設(shè)計還包括人體熱釋電紅外線傳感器、紅外對射傳感器、溫濕度傳感器和煙霧傳感器等多個傳感器。其中，人體熱釋電紅外線傳感器采用高靈敏度的HC-SR501模塊，用于檢測房間的入侵者；紅外傳感器由一對抗干擾、安裝靈活的紅外線發(fā)射與接收管構(gòu)成的開關(guān)檢測模塊，用于檢測門窗是否關(guān)閉；溫濕度傳感器使用單總線、小體積和低功耗的DHT11模塊，用于檢測環(huán)境的溫度和濕度；煙霧傳感器采用環(huán)境甲烷和煙霧等較敏感的MQ-2傳感器模塊，用于檢測煙霧和可燃性氣體；網(wǎng)絡(luò)串口透傳芯片選用具有低功耗、自帶傳輸層和物理層、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包和串口數(shù)據(jù)雙向透明傳輸?shù)腃H9120芯片。

3 軟件設(shè)計與測試

家居安保系統(tǒng)的軟件設(shè)計工作包括協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備的主控芯片軟件程序，其流程圖如圖3所示。在系統(tǒng)及其各功能模塊初始化后，主控芯片CC2533執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)度查詢，處理各種事件，如收發(fā)無線數(shù)據(jù)、系統(tǒng)休眠和各類傳感器信息采集等任務(wù)。其中，虛線框所示是協(xié)調(diào)器設(shè)備所特有的以太網(wǎng)收發(fā)通信的軟件流程，其實現(xiàn)了整體系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)交換功能，方便系統(tǒng)信息上報、用戶遠(yuǎn)程查看和控制系統(tǒng)。

圖3 主控軟件流程圖

在設(shè)計好的硬軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行家居安保系統(tǒng)測試與調(diào)試，測試內(nèi)容主要包括：節(jié)點自動加入網(wǎng)絡(luò)測試、傳感器數(shù)據(jù)采集傳輸和系統(tǒng)整體調(diào)試等，測試結(jié)果表明本系統(tǒng)具有自動加入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的能力、傳感器正常工作且穩(wěn)定性好、網(wǎng)絡(luò)覆蓋較為理想、可通過手機(jī)或服務(wù)器下達(dá)各種指令控制和功耗較低等特點。

4 結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，新型家居安保產(chǎn)品朝著低成本、實用性強(qiáng)、操作簡易和監(jiān)測全面的方向發(fā)展，本文設(shè)計了一種以CC2533芯片為主控核心，采用人體熱釋電紅外線傳感器、紅外對射傳感器、溫濕度傳感器和煙霧傳感器等多個傳感器實時采集所處環(huán)境的外人入侵、門窗設(shè)防、溫濕度、可燃性氣體和煙霧等安保信息和狀態(tài)，具有Zig Bee無線組網(wǎng)、安保信息聯(lián)網(wǎng)上報和遠(yuǎn)程監(jiān)測的家居安保系統(tǒng)。本文分析了該家居安保系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計內(nèi)容，經(jīng)過整體調(diào)試和測試，家居安保系統(tǒng)運行穩(wěn)定、操作簡單、成本低和傳感信息豐富，可用于智能家居安保領(lǐng)域。