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用以太网来设计智能家居监控系统案例说明

发布者:采集侠
来源:网络整理 日期:2016-08-25 09:58 浏览()

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子信息技术与计算机控制技术与一体,信息化强,智能家居监控系统设计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,我们以32 位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。

智能家居监控系统设计

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 摄像头进行家居监控,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,不仅可以实现对温度、有害气体的采集,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芯片相连进行通讯,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。

智能家居监控系统设计

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。

智能家居监控系统设计

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,工作频率最高可达到 266MHz,拥有高效的信号处理能力,片上集成丰富的资源,高达24 个外部中断源,能够满足多路中断处理,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 芯片通过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交换。图4为微控制器的内部机构图。

智能家居监控系统设计

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,两者之间的信息交互需要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。将采集到各单元传感器通过n RF24L01 发送到主控芯片并由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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