基于ARM及GPRS的智能家居系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1、基于ARM及GPRS的智能家居系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) HYPERLINK / 豆豆網(wǎng) HYPERLINK / 技術(shù)應(yīng)用頻道2009年05月11日 【字號(hào)： HYPERLINK javascript:SetFont(12px); 小 HYPERLINK javascript:SetFont(14px); 中 HYPERLINK javascript:SetFont(16px); 大】 HYPERLINK javascript:window.external.AddFavorite(this.location.href,%20this.document.title) 收藏本文關(guān)鍵字： HYPERLINK /s

2、earch.php?key=%CD%BC%CF%F1%B4%AB%B8%D0%C6%F7 圖像傳感器 HYPERLINK /search.php?key=%CE%DE%D6%BD%BC%C7%C2%BC%D2%C7 無紙記錄儀 HYPERLINK /search.php?key=%B1%E4%C6%B5%C6%F7 變頻器 HYPERLINK /search.php?key=Nios%20II Nios II HYPERLINK /search.php?key=CMMB CMMB本文針對(duì)目前國(guó)國(guó)內(nèi)智能家居居系統(tǒng)的局限限性，提出一一種基于GPPRS無線技技術(shù)的智能家家居系統(tǒng)，不不僅能對(duì)小區(qū)區(qū)多個(gè)

3、住宅內(nèi)內(nèi)的安全狀況況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)監(jiān)控，還實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了“三表”（即水表、電電表、燃?xì)獗肀恚┑倪h(yuǎn)程抄抄送。0 引言言 近年來，隨隨著網(wǎng)絡(luò)通訊訊技術(shù)，電子子技術(shù)，計(jì)算算機(jī)技術(shù)的迅迅猛發(fā)展，人人們對(duì)生活質(zhì)質(zhì)量提出了更更高的要求，現(xiàn)現(xiàn)代化的家居居環(huán)境也備受受人們的關(guān)注注。目前，國(guó)國(guó)內(nèi)的智能家家居系統(tǒng)主要要集中在對(duì)單單個(gè)住宅分散散的子系統(tǒng)的的控制上，這這些子系統(tǒng)功功能上比較單單一，很難實(shí)實(shí)現(xiàn)信息共享享，不便于進(jìn)進(jìn)行集中管理理。本文針對(duì)對(duì)目前國(guó)內(nèi)智智能家居系統(tǒng)統(tǒng)的局限性，提提出一種基于于GPRS無線線技術(shù)的智能能家居系統(tǒng)，不不僅能對(duì)小區(qū)區(qū)多個(gè)住宅內(nèi)內(nèi)的安全狀況況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)監(jiān)控，還實(shí)現(xiàn)現(xiàn)了“三表”（即水表、電電表、

4、燃?xì)獗肀恚┑倪h(yuǎn)程抄抄送。1GPRRS技術(shù)簡(jiǎn)介介 GPRSS（Generral Paacket Radioo Servvice），即即通用無線分分組業(yè)務(wù)，是是一種基于GGSM系統(tǒng)的的無線分組交交換技術(shù)，面面向用戶提供供移動(dòng)分組的的IP或者X.255連接。與GSSM電路交換換數(shù)據(jù)相比，GPRS在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載和支持上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：資源共享，頻帶利用率高，用戶只有在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才占有系統(tǒng)資源；數(shù)據(jù)傳輸率高，GPRS采用分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶能同時(shí)占用多個(gè)無線信道，同一無線信道又可由多個(gè)用戶共享。理論上，GPRS最高傳輸率可達(dá)171.2kbit/s；支持X.25協(xié)議和IP協(xié)議，可與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)網(wǎng)

5、絡(luò)進(jìn)行互通互連；用戶永遠(yuǎn)在線且按流量、時(shí)間計(jì)費(fèi)，通信成本低。由此可見，將GPRS技術(shù)應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是最理想的選擇。2系統(tǒng)功功能及總體結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)21系統(tǒng)統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能能 該系統(tǒng)主主要是針對(duì)普普通住宅小區(qū)區(qū)家庭用戶而而設(shè)計(jì)的，它它可以對(duì)小區(qū)區(qū)內(nèi)用戶住宅宅內(nèi)安全狀況況進(jìn)行集中監(jiān)監(jiān)控和管理，同同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了了門禁及抄表表功能。用戶戶可以根據(jù)自自己需要進(jìn)行行監(jiān)控狀態(tài)、監(jiān)監(jiān)控參數(shù)的設(shè)設(shè)置。系統(tǒng)實(shí)實(shí)現(xiàn)了以下功功能：（1）家居居安防監(jiān)控：當(dāng)小偷闖入入住宅或者有有火災(zāi)、燃?xì)鈿庑孤┑任＜奔笔录l(fā)生時(shí)時(shí)，監(jiān)控終端端能實(shí)時(shí)地監(jiān)監(jiān)測(cè)到險(xiǎn)情，向向監(jiān)控中心發(fā)發(fā)送告警信息息，監(jiān)控中心心則以GSMM短信的方式式通知戶

6、主（2）家居安全全狀況遠(yuǎn)程實(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控與查查詢：主人離離家在外，可可通過發(fā)送手手機(jī)短信的方方式來查詢家家中安全狀況況信息。（3）現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)圖像抓拍功功能：在設(shè)防防狀態(tài)下，當(dāng)當(dāng)紅外傳感器器或者門磁觸觸發(fā)告警時(shí)，系系統(tǒng)將啟動(dòng)圖圖像抓拍器，對(duì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拍拍攝，所拍攝攝的圖像通過過GPRS網(wǎng)絡(luò)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)控控中心的主機(jī)機(jī)上進(jìn)行備份份。用戶也可可以通過發(fā)送送送機(jī)短信的的方式來啟動(dòng)動(dòng)圖像抓拍的的功能。（4）“三三表”遠(yuǎn)程自動(dòng)抄抄送與門禁功功能：可以定定時(shí)或主動(dòng)讀讀取用戶家中中的水表、電電表、煤氣表表的用量，并并根據(jù)相應(yīng)價(jià)價(jià)格計(jì)算費(fèi)用用。當(dāng)有刷卡卡開門事件時(shí)時(shí)，判斷卡合合法則允許進(jìn)進(jìn)入。22系統(tǒng)統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)智能家居系

7、系統(tǒng)由監(jiān)控終終端，GSMM短信收發(fā)模模塊，監(jiān)控主主機(jī)三部分組組成。監(jiān)控終終端硬件采用用ARM7平臺(tái)臺(tái)，軟件采用用嵌入式實(shí)時(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VVxWorkks。監(jiān)控主主機(jī)是一臺(tái)運(yùn)運(yùn)行監(jiān)控管理理軟件的PCC機(jī)，一般置置于小區(qū)的物物業(yè)管理中心心。圖1是整個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)架構(gòu)圖。圖1 系系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)工作時(shí)時(shí)，監(jiān)控終端端循環(huán)檢測(cè)安安裝在室內(nèi)的的門磁、紅外外、煙霧、燃燃?xì)獗O(jiān)測(cè)等傳傳感器，當(dāng)檢檢測(cè)到有異常常情況發(fā)生時(shí)時(shí)，終端控制制警笛發(fā)出告告警聲音，提提醒戶主及物物業(yè)管理人員員有險(xiǎn)情發(fā)生生并采取防范范措施。另外外，監(jiān)控終端端還通過GPPRS網(wǎng)絡(luò)向向監(jiān)控中心發(fā)發(fā)送告警信息息。當(dāng)終端檢檢測(cè)到門磁或或紅外告警時(shí)時(shí)，將啟動(dòng)圖圖像

8、抓拍器，對(duì)對(duì)用戶室內(nèi)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)續(xù)拍照，拍攝攝到的圖像終終端先進(jìn)行緩緩存，再通過過GPRS網(wǎng)絡(luò)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控控主機(jī)，監(jiān)控控主機(jī)將圖像像以文件的形形式進(jìn)行備份份。監(jiān)控終端還還循環(huán)接收監(jiān)監(jiān)控主機(jī)下發(fā)發(fā)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求求命令，終端端對(duì)這些命令令進(jìn)行解析。如如果是查詢傳傳感器及門磁磁狀態(tài)，監(jiān)控控終端對(duì)相應(yīng)應(yīng)傳感器的狀狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)，向監(jiān)控主主機(jī)返回傳感感器的狀態(tài)信信息；如果是是查詢水表、電電表或者煤氣氣表的用量命命令，監(jiān)控終終端根據(jù)“三表”的RS-4885協(xié)議，構(gòu)構(gòu)造查詢幀命命令,發(fā)送相應(yīng)的的查詢命令，將將“三表”返回的數(shù)據(jù)據(jù)按照系統(tǒng)的的通信協(xié)議打打包，通過終終端上內(nèi)置的的GPRS模塊塊發(fā)送到監(jiān)控控主機(jī)。監(jiān)

9、控控主機(jī)接收到到終端發(fā)送的的數(shù)據(jù)后，先先對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)進(jìn)行解析。若若是告警信息息，則監(jiān)控主主機(jī)將根據(jù)不不同的告警播播放相應(yīng)的告告警提示音，提提醒管理員作作出處理。當(dāng)當(dāng)有告警發(fā)生生時(shí)，監(jiān)控主主機(jī)通過RSS232接口口輸出AT指令，控控制外置GMMS模塊向系系統(tǒng)預(yù)先設(shè)置置好的住宅主主人的手機(jī)號(hào)號(hào)碼發(fā)送告警警短信，通知知戶主家中有有警情發(fā)生。同同時(shí)，監(jiān)控主主機(jī)還將把告告警事件以日日志的形式記記錄下來，以以便事后對(duì)告告警信息進(jìn)行行查詢；當(dāng)接接收到的數(shù)據(jù)據(jù)幀是抄表命命令返回的數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)機(jī)將把數(shù)據(jù)寫寫入到系統(tǒng)數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)時(shí)，在顯示界界面上彈出一一個(gè)新窗口，顯顯示戶主信息息、查詢時(shí)間間、表的用量量、相應(yīng)費(fèi)

10、用用等信息。3系統(tǒng)硬件設(shè)設(shè)計(jì) 監(jiān)控終端端的原理圖如如圖2所示。 HYPERLINK /2009_05_11/1242043501_ddvip_4075.jpeg 圖片看不清清楚？請(qǐng)點(diǎn)擊擊這里查看原原圖（大圖）。圖2 終端原理圖圖終端硬件采采用的是嵌入入式硬件平臺(tái)臺(tái)，CPU選用三三星公司的基基于ARM77TDMI內(nèi)內(nèi)核的S3CC440X微微處理器，該該處理器是三三星公司專為為PDA和一般般應(yīng)用開發(fā)提提供的高性價(jià)價(jià)比和高性能能的解決方案案。經(jīng)過性能能與成本的綜綜合考慮,GGPRS模塊塊選用明基公公司的 M222模塊。該該模塊可工作作在三種頻率率下：9000/18000/19000MHz。支支持語(yǔ)音

11、通信信，具有GPPRS、USSD和CSD三種數(shù)數(shù)據(jù)方式及SSMS和FAX功能；內(nèi)嵌TCPP/IP協(xié)議議，軟件支持持標(biāo)準(zhǔn)AT 指令并遵循循3GPP 27.077/27.005規(guī)范。 S3C444B0的IO口的D口擴(kuò)展了三三個(gè)按鍵，它它們是設(shè)防鍵鍵、開門鍵、消消告警鍵。按按下設(shè)防鍵，CPU檢測(cè)到IO口為低電平，系統(tǒng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)。該狀態(tài)下，系統(tǒng)將循檢測(cè)門磁及所有已經(jīng)安裝的傳感器。由于選用的傳感器輸出電平為0V或12V,而S3C44B0的外圍接口電平為0V3.3V，傳感器的輸出需經(jīng)光耦隔離后連接至CPU的IO引腳。采用光耦隔離還有一個(gè)作用：在雷雨天氣，傳感器輸出導(dǎo)線很容易引入雷電，導(dǎo)線上會(huì)有瞬時(shí)高壓脈

12、沖，用光耦將傳感器的輸出與CPU的IO口隔離后，起到保護(hù)CPU的作用。當(dāng)監(jiān)測(cè)到開門鍵按下，電控鎖吸合，門將打開，此時(shí)為合法開門狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生告警。如果是在監(jiān)控狀態(tài)下，門被強(qiáng)行打開，則門磁輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?，CPU檢測(cè)到門磁傳感器輸出高電平，產(chǎn)生告警，CPU控制GPD3口輸出低電平，觸發(fā)警鈴產(chǎn)生告警音。告警發(fā)生時(shí)，CPU通過UART0發(fā)送AT指令來控制GPRS模塊，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)向系統(tǒng)監(jiān)控主機(jī)發(fā)送告警信息，監(jiān)控主機(jī)對(duì)告警信息進(jìn)行分析處理。M22模塊與CPU采用115200bps的波特率進(jìn)行通信。它們之間的接口比較簡(jiǎn)單，只需要將接收和發(fā)送兩個(gè)引腳進(jìn)行連接?？紤]到本系統(tǒng)運(yùn)行過程中需要保存大量的事

13、件日志，如“三表”查詢的數(shù)據(jù)、告警事件日志以及告警抓拍到的50張圖像等，系統(tǒng)擴(kuò)展了大容量的外部存儲(chǔ)器HY57V641620(容量為8MB的SDRAM)，SST39VF1601(2MB的FLASH)。其中SDRAM主要負(fù)責(zé)程序運(yùn)行以及中間數(shù)據(jù)的保存，2MB的FLASH主要負(fù)責(zé)源程序的保存以及一些掉電需要保存的歷史數(shù)據(jù)，事件日志、圖像數(shù)據(jù)等。 圖像抓拍器器的主要作用用是當(dāng)有盜情情發(fā)生時(shí)，進(jìn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)抓拍拍。目前在國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已已經(jīng)有很多該該類型的產(chǎn)品品。我們選擇擇了深圳安信信陽(yáng)光科技有有限公司的彩彩眼 HRMM600GJJ圖像抓拍器器。HRM6600GJ自自帶以太網(wǎng)接接口。HRMM600GJJ在接收

14、到S33C44B00發(fā)來的拍照照命令包后進(jìn)進(jìn)行連續(xù)拍照照，所拍攝的的圖像為靜態(tài)態(tài)JPEG格式式圖象，解析析度為3200240，圖圖像經(jīng)過網(wǎng)口口發(fā)送給ARRM處理器等等待處理。由由于S3C444B0片內(nèi)內(nèi)并不帶以太太網(wǎng)接口，因因此必須擴(kuò)展展一片以太網(wǎng)網(wǎng)接口芯片實(shí)實(shí)現(xiàn)彩眼和 ARM處理理器之間的互互連。這里我我們選用比較較常見的也是是性價(jià)比相對(duì)對(duì)較高的RTTL80199AS作為以以太網(wǎng)接口芯芯片。 SN755LBC1884是RS4855驅(qū)動(dòng)芯片。我我們將S3CC44B0的的第二個(gè)串口口（UARTT1）擴(kuò)展為為系統(tǒng)的RSS485總線線接口。該接接口是CPUU與“三表”及刷卡器等等設(shè)備的通信信接口。C

15、PPU按照主從從模式與“三表”進(jìn)行通信。CCPU定義為為主設(shè)備，“三表”為從設(shè)備。主主從設(shè)備都有有唯一的設(shè)備備地址，通信信時(shí)，主設(shè)備備向指定地址址的從設(shè)備發(fā)發(fā)查詢命令，從從設(shè)備返回當(dāng)當(dāng)前數(shù)據(jù)給主主設(shè)備。4系統(tǒng)軟軟件設(shè)計(jì)4.1終端端軟件傳統(tǒng)的單片片機(jī)程序設(shè)計(jì)計(jì)基本上都采采用順序結(jié)構(gòu)構(gòu)，實(shí)時(shí)性低低且CPU對(duì)資源源的利用率不不高。這里，我我們采用了嵌嵌入式實(shí)時(shí)操操作系統(tǒng)VxxWorkss，它是美國(guó)國(guó)風(fēng)河（WiindRivver）公司司于19833年設(shè)計(jì)開發(fā)發(fā)的一種嵌入入式實(shí)時(shí)操作作系統(tǒng)（RTTOS）。終終端軟件設(shè)計(jì)計(jì)包括針對(duì)系系統(tǒng)硬件平臺(tái)臺(tái)進(jìn)行的操作作系統(tǒng)的移植植和在VxWWorks平平臺(tái)上應(yīng)用程程

16、序的設(shè)計(jì)兩兩部分。操作作系統(tǒng)的移植植的重點(diǎn)也即即難點(diǎn)是BSSP（Boardd Suppport PPackagge）的設(shè)計(jì)計(jì)。VxWoorks本身身提供了針對(duì)對(duì)許多處理器器的BSP，但針針對(duì)S3C444B0的BSP并未提提供。在設(shè)計(jì)計(jì)系統(tǒng)BSPP時(shí)，我們首首先仔細(xì)研究究了其中一種種BSP代碼范范例，了解并并掌握了BSSP的結(jié)構(gòu)，然然后在風(fēng)河公公司針對(duì)ARRM處理器提提供給用戶的的BSP模板的的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)計(jì)了本系統(tǒng)的的BSP，限于于篇幅，對(duì)操操作系統(tǒng)的移移植部分本文文將不作闡述述監(jiān)控終端的應(yīng)用用程序采用模模塊化的設(shè)計(jì)計(jì)思想。由于于VxWorrks支持多多任務(wù)，我們們將每個(gè)功能能模塊以一個(gè)個(gè)任務(wù)來

17、實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。從時(shí)間上上看，各個(gè)任任務(wù)處于并行行運(yùn)行的狀態(tài)態(tài)，極大地提提高了系統(tǒng)對(duì)對(duì)事件響應(yīng)的的速度，有效效地提高了CCPU對(duì)資源源的利用率。終終端應(yīng)用程序序包含五個(gè)任任務(wù)，分別是是：消息處理理任務(wù)、傳感感器檢測(cè)任務(wù)務(wù)、GPRSS通信任務(wù)、RRS485總總線設(shè)備通信信任務(wù)、按鍵鍵檢測(cè)及處理理任務(wù)。除消消息處理任務(wù)務(wù)以外，其它它五個(gè)任務(wù)優(yōu)優(yōu)先級(jí)相同。VxWorks中任務(wù)優(yōu)先級(jí)從0到255，0為最高優(yōu)先級(jí)，255為最低優(yōu)先級(jí)。我們將消息處理任務(wù)優(yōu)先級(jí)設(shè)定為90，其它四個(gè)任務(wù)優(yōu)先級(jí)都設(shè)定為100。這樣可使消息處理任務(wù)盡快的處理其它任務(wù)發(fā)送來的消息，提高系統(tǒng)對(duì)外部事件的響應(yīng)速度。下面分別對(duì)各個(gè)任務(wù)所實(shí)現(xiàn)的功

18、能進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。（1）消息息處理任務(wù)該任務(wù)循環(huán)環(huán)檢測(cè)自己的的消息隊(duì)列，當(dāng)當(dāng)有其它任務(wù)務(wù)發(fā)送來的消消息時(shí)，讀取取消息，對(duì)消消息進(jìn)行解析析，確定事件件類型，然后后調(diào)用事件相相應(yīng)的處理函函數(shù)進(jìn)行處理理。本系統(tǒng)定定義了多種事事件類型，主主要有如下幾幾種事件：傳傳感器告警事事件、設(shè)置終終端參數(shù)事件件、傳感器狀狀態(tài)請(qǐng)求事件件、刷卡開門門事件、水表表數(shù)據(jù)查詢事事件、電表數(shù)數(shù)據(jù)查詢事件件、煤氣表數(shù)數(shù)據(jù)查詢事件件和按鍵設(shè)置置事件。（2）傳感感器檢測(cè)任務(wù)務(wù)在任務(wù)運(yùn)行行的時(shí)間片內(nèi)內(nèi)，首先判斷斷系統(tǒng)當(dāng)前所所的處狀態(tài)，如如果系統(tǒng)處于于設(shè)防狀態(tài)，那那么CPU將對(duì)室室內(nèi)所有已安安裝傳感器進(jìn)進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)測(cè)。如果系統(tǒng)統(tǒng)工作在撤防防狀態(tài)下，那那么只對(duì)煙霧霧、煤氣傳感感器進(jìn)行檢測(cè)測(cè)。當(dāng)任務(wù)檢檢測(cè)到某一傳傳感器的輸出出達(dá)到系統(tǒng)設(shè)設(shè)