摘要：本文利用S3C6410主控板、STM32、wifi模塊、GSM模塊及多種移動終端設計一個智能家居系統(tǒng)，使分立的設備通過無線和有線網絡組成一個相互聯(lián)系、協(xié)同操作的整體，實現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)視、防盜自動報警、燈具自動控制、燃氣泄漏遠程報警等功能，使用效果良好。

隨著科學技術的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對家居的安全、舒適、便利等方面要求也逐步提高，現(xiàn)代家居向著高度智能化、人性化的智能家居方向發(fā)展。智能家居又稱智能住宅，它是融合了自動化控制系統(tǒng)、計算機網絡系統(tǒng)和網絡通訊技術于一體的網絡化智能化的家居控制系統(tǒng)。智能家居作為一個新生產業(yè)，市場消費潛力巨大。本文以三星公司S3C6410處理器為核心，利用S3C6410主控板、STM32、wifi模塊、GSM模塊及多種移動終端設計一個智能家居系統(tǒng)，使分立的設備通過無線和有線介質構成一個整體，實現(xiàn)了家居環(huán)境監(jiān)視、防盜自動報警、燈具自動控制、燃氣泄漏遠程報警等功能，使家居更安全、更舒適、更方便。

1 系統(tǒng)整體方案

智能家居系統(tǒng)總體結構如圖1所示，包括4個子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集與自動控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)和遠程報警系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)采集子節(jié)點通過無線傳感模塊NRF24L01將數(shù)據(jù)發(fā)送到集中處理節(jié)點，進行相關自動控制任務，集中處理節(jié)點的數(shù)據(jù)通過RS232發(fā)送到S3C6410主控板進行數(shù)據(jù)的處理;使用wifi模塊建立局域網，將數(shù)據(jù)發(fā)送到局域網的安卓移動終端;使用GSM模塊將報警信號發(fā)送到移動終端，同時將攝像頭安裝在S3C6410主控板上，使用路由器建立局域網，可在終端上打開瀏覽器，監(jiān)視攝像頭。

1.1 數(shù)據(jù)采集與自動控制系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集與自動控制原理如圖2所示。數(shù)據(jù)采集與自動控制系統(tǒng)對家居環(huán)境主要參數(shù)(溫濕度、自然環(huán)境光照狀態(tài)、燃氣狀態(tài)，紅外感應狀態(tài))進行采集和自動控制，此系統(tǒng)包含3個采集和自控節(jié)點。溫濕度通過溫濕度傳感器DHT11進行采集，自然光照狀態(tài)通過光敏電阻電路進行檢測，燃氣狀態(tài)通過煙霧傳感器模塊進行檢測，樓梯口情況通過紅外感應傳感器進行檢測;系統(tǒng)有3個節(jié)點，節(jié)點1包括室內溫濕度采集，樓梯口情況檢測與樓梯燈自動開關控制，廚房煙霧狀態(tài)檢測與廚房排氣扇自動開關控制;節(jié)點2有浴室的煙霧狀態(tài)檢測與排氣扇的自動控制;節(jié)點3包括室外溫濕度的采集，自然光照狀態(tài)的檢測與院子燈的自動開關控制。數(shù)據(jù)采集集中處理節(jié)點(無線傳感器模塊NRF24L01)收集分立節(jié)點數(shù)據(jù)，在集中節(jié)點上裝有一個液晶顯示屏來顯示采集到的溫濕度等數(shù)據(jù)，同時通過串口發(fā)送到S3C6410主控板。

1.2 數(shù)據(jù)監(jiān)視系統(tǒng)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視有兩類終端，分別是主控板顯示屏和移動安卓終端。數(shù)據(jù)監(jiān)視原理如圖3所示。S3C6410利用串口接收來自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并進行相應處理。主控板上安裝液晶顯示屏，用來顯示采集對象的圖標和數(shù)據(jù);顯示屏的應用程序采用QT開發(fā)工具C++開發(fā)語言進行開發(fā)，使用Linux系統(tǒng)進行調用。主控板上安裝wifi模塊，通過此模塊建立wifi局域網;移動安卓終端裝載有安卓系統(tǒng)，監(jiān)視應用程序利用Eclipse開發(fā)工具用java語言進行設計;監(jiān)視數(shù)據(jù)從wifi模塊向外傳送，在局域網范圍內，只要連接上建立的局域網絡就可進行數(shù)據(jù)的監(jiān)視。

1.3 攝像頭監(jiān)視系統(tǒng)

攝像頭可在很多設備進行監(jiān)視，只要此設備裝有瀏覽器即可。攝像頭監(jiān)視方案如圖4所示。攝像頭安裝在主控板上，利用程序進行驅動;這里利用網線或無線路由建立的局域網進行攝像頭數(shù)據(jù)的傳送;可在電腦上連上網線對攝像頭進行監(jiān)視，也可連接路由建立的局域網進行監(jiān)視，同時可在移動終端上連接路由建立的局域網進行監(jiān)視。多終端監(jiān)視，方便靈活實用。

1.4 遠程報警系統(tǒng)

燃氣是家居安全的一大隱患，這里利用GSM模塊和移動終端建立燃氣遠程報警系統(tǒng)，方案如圖5所示。當燃氣出現(xiàn)泄漏時，觸發(fā)GSM模塊動作，遠程通知用戶及時處理。

2 系統(tǒng)硬件設計

基于S3C6410的智能家居系統(tǒng)由采集自控系統(tǒng)，多終端監(jiān)視系統(tǒng)構成;所有的節(jié)點通過有線介質和無線網絡構成一個整體;主控板采用S3C6410配用板和核心板;硬件的主要設計在數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)據(jù)采集使用STM32處理器，再加上外圍的傳感器、控制電路組成。

2.1 家居溫濕度硬件設計

溫濕度采集模塊的核心是溫濕度的采集，采用集成溫濕度傳感器DHT11，要注意DHT11輸出的數(shù)字量是串行數(shù)據(jù)，有特定的數(shù)據(jù)格式，需要用STM32的通用IO口來“模擬”這個串行口與DHT11進行通信。

2.2 紅外狀態(tài)硬件設計

紅外感應系統(tǒng)包括熱釋電人體紅外模塊電路和自動開燈模塊電路。熱釋電人體紅外模塊電路采用RE200B型的熱釋電人體紅外探測頭，利用專門的高性能傳感信號處理集成電路BISS0001對RE200B的信號進行處理，然后將信號傳到STM32進行處理。

2.3 自然光照狀態(tài)硬件設計

家居的自然光照狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和自控系統(tǒng)包括光明電阻探測電路、自動開燈電路兩部分。光照狀態(tài)探測器選用光敏電阻傳感器，當光照值達不到設定的要求時，其阻值迅速變大，從而傳感器電路輸出信號，自動控制開燈電路。光敏電阻采集到的信號經過過零比較器后連接到STM32，由STM32進行處理。

2.4 燃氣泄漏狀態(tài)硬件設計

家居燃氣泄漏系統(tǒng)包括燃氣泄漏探測器電路、自動開關排氣扇控制模塊電路兩部分。燃氣泄漏探測器選用MQ-7型氣敏傳感器，當元件接觸還原性氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高;可用于可燃性氣體的檢測。燃氣泄漏探測器硬件電路如圖6所示，MQ-7采集到的信號經過過零比較器后連接到STM32，由STM32進行處理。

3 系統(tǒng)軟件設計

軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集和自控、主控板監(jiān)控和安卓監(jiān)控等三部分。采集數(shù)據(jù)和自控部分在KEIL平臺利用C語言進行設計;主控板監(jiān)控部分利用QT平臺用C++進行設計;安卓監(jiān)控部分利用Eclipse開發(fā)工具用java語言進行設計;這些軟件系統(tǒng)實現(xiàn)采集、控制、傳送、顯示的功能。

3.1 采集數(shù)據(jù)和自控系統(tǒng)軟件設計

家居采集數(shù)據(jù)部分對溫濕度、紅外感應狀態(tài)、自然光照狀態(tài)、燃氣狀態(tài)進行周期性采集;自控部分包括院子燈、排氣扇、樓梯燈的實時自動控制。軟件統(tǒng)一使用keil開發(fā)工具用C語言進行設計。數(shù)據(jù)采集和自控任務流程圖如圖7所示。

3.2 主控板監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

主控板周期性接收來自數(shù)據(jù)采集部分的數(shù)據(jù)，并進行顯示、控制、傳送任務，這些任務通過軟件來完成。軟件使用QT平臺用C++高級語言進行設計，并用Linux系統(tǒng)進行調用。系統(tǒng)會自動傳送數(shù)據(jù)并在液晶屏上顯示，同時會根據(jù)數(shù)據(jù)進行顯示圖標的變化，若燃氣發(fā)生泄漏還會進行聲音報警。

3.3 安卓監(jiān)控軟件設計

安卓終端通過連接wifi局域網絡，接收來自主控板傳送的數(shù)據(jù);軟件設計利用Eclipse開發(fā)工具用java語言進行設計;可以利用軟件將接收到的數(shù)據(jù)顯示在安卓設備顯示屏上，若燃氣發(fā)生了泄漏還會進行聲音報警。

4 系統(tǒng)設計注意事項

系統(tǒng)設計時需注意以下問題：1)在使用STM32時，因為使用的IO口較多，軟件配置IO口要特別注意正確配置它的模式。2)因為使用的IO口較多，程序處理部分也較多，要特別注意檢查，避免多個功能重疊使用同一個IO口。3)使用無線收發(fā)模塊NRF24L01時，寫接收通道地址，P0和P1通道是40位地址，但P2-P5只有8位地址，其高32位地址與P1通道相同，因此只要寫一個字節(jié)地址就可。4)切記在配置NRF24L01無線收發(fā)器時發(fā)送和接受的模式不能搞混，與收發(fā)頻率要設置相同。5)配置內核要耐心和細心，否則容易出問題。6)STM32是一款小管腳較多的貼片芯片，焊芯片時要特別注意。7)各傳感器在使用前都要調整它的靈敏度，否則會出現(xiàn)測試不了的情況。

5 結束語

課題應用S3C6410主控板、STM32、wifi模塊、GSM模塊、各種移動終端等設計一個智能家居系統(tǒng)，使分立的設備通過無線和有線介質組成一個整體，使之擁有家居環(huán)境監(jiān)視，多終端攝像頭監(jiān)視，燈具自動控制，燃氣泄漏遠程報警等豐富功能，真正讓用戶感到家居的安全、舒適和便利。