嵌入式智能家居安防监控系统的设计

   摘要: 采用嵌入式系统和GPRS 通信技术相结合的方式，搭建了一个智能家居安防监控系统。通过本系统，可以对室内的温度、烟雾、人体热释进行监测，通过短信和远程登录方式，实现家居远程安防监控。

　　1  引言

　　随着人们生活条件的日益改善，生活变得越来越舒适，对家庭安全防护的意识也越来越强，其中包括用电安全、用气安全、家庭反盗、小孩和老人的看护等等。随之而来的是，智能家居系统悄悄地走入了我们的生活中。智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术，将各种与家居生活有关的子系统(如照明、安防、家电等)有机地结合，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。

　　2  系统的功能

　　系统主要针对普通家居用户设计，使用户能够进行家居安防的远程监测。具体功能有以下三点:

　　( 1) 家居安全防范: 当室内的温度高于已设定的值或检测到室内的烟雾浓雾偏高或特殊角落有异常动静，则系统会以不同的方式向安防用户报警，如: 向手机终端发送短信、产生报警信号等。此外，在门禁部分，一旦不法分子连续三次输入密码有误，则系统会自动给用户发送短信同时室内会响起一段报警信号。

　　( 2) 家居状况实施远程监测: 温感、烟感、人体热释电等传感器能将采集的数据(数字量)实时的显示在LCD液晶显示屏，让安防用户随时了解室内的状态，也可以让安防用户通过网络在线查看，从而实现实时监控的功能; 用户可以通过万能遥控器主动地查询室内的温度，烟雾状态，特殊地方人员的动静; 或者通过WEB 服务器了解室内的状况。

　　( 3) 门禁访问: 当有客人来访时，客人可以在门禁处点击LCD液晶显示屏进入客人界面获得相应的帮助。如: 给房主发送短信、查看日历、获得He lp文档功能等。

　　3  系统的设计

　　本系统以m in i4020开发板为主平台，51单片机进行辅助控制; 电机模块、GPRS 模块、LCD1602、万能遥控器为辅助硬件支撑; 温、烟、人传感器实时采集数据; m ini4020与单片机之间采用ZT- TR43U 无线通信接口进行数据交换。

　　3.1  系统硬件设计

　　从图1中可清楚地看出，本系统主要有m in i4020主控台和51单片机从控台两大部分组成。还有一些扩展模块: GPRS模块，主要用来发送报警信息; 电机模块，用来模拟智能开门; 温度传感器、烟雾传感器、人体热释电传感器模块，用来采集室内信息; 万能遥控模块，用来控制智能撤/布防。其中，51单片机部分置于室内，主要用来将传感器采集过来的数据通过无线传输模块发送到主控台; m in i4020主控平台置于室外门禁处，主要用于将从控部分传过来的数据进行实时处理，一旦有异常情况发生，便启动GPRS实现报警功能。

图1  系统硬件结构图

　　3.2  系统软件设计

　　( 1)主程序。

　　系统在开机时首先检测外围设备并加载驱动程序，之后启动操作系统。当前面的所有初始化工作做完之后就开始加载监控系统。监控系统大多都是后台程序，系统运行起来就开始进行检测，读取串口数据，当检测到异常情况时，触发报警信号。启动流程图如图2所示。

图2 系统启动流程图

图3 温度、烟雾、人体热释电报警流程图[!--empirenews.page--]

　　( 2)温度、烟雾、人体热释电报警。

　　温度、烟雾、人体热释电报警流程类似，如图3。温度传感器、烟雾传感器、人体热释电传感器放在室内,51单片机将各传感器检测到的数据通过无线通信传输给门禁处的M IN I4020，M IN I4020将数据进行实时处理，一旦有异常情况发生，便启动GPRS实现报警功能。

　　3.3  LCD液晶显示屏显示部分

　　此界面分为两部分，一是主人界面，二是客人界面。点击主人界面则进入图6所示的密码界面，此界面利用了一个随机算法，实现了按一次按钮改变键盘位置这一功能，输入正确密码后进入图7所示的示值界面，在这个界面里显示了三个传感器的值并能实时更新，还可修改密码，点击后则进入图8所示的修改密码界面。返回上电界面进入图9所示的客人界面，此界面里可以按门铃按钮，会在室内响起音乐提示主人有客到访，若无人响应，客人还可以通过按短信按钮进入图10所示的短信界面，点击空白处就可编辑内容，再点击发送就会发送短信让主人知道，以便主人作出相应的处理。在客人等待期间，可以查看下面四个小工具。

图4  上电界面

图5  密码界面

图6  示值界面

图7  修改密码界面

图8  客人界面

图9  短信界面

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　　3 4  PC机用户界面显示部分

　　客户随时可以登录自己的电脑来获取房间内的信息，可以实时查看温感、烟感、人感、门禁情况，如下图所示。

图10  PC机用户界面图 

 图11  PC机上温感查看界面图

　　4  结束语

　　本系统先在虚拟机上运行程序，观察运行结果并调试，待修改完善后烧入开发板运行调试。下图为系统成品图，成本大约1千元人民币左右，成本较低，性能良好。

系统成品图

　　本系统充分利用了人们普遍使用的通信工具，以嵌入式系统结合GPRS移动数据网络，使人们随时随地实现对家居安防的远程监控，拓展了人们的生活空间。其具有较好的稳定性和通用性，成本低廉，应用前景广阔，可用于小区、中小型企业设备管理系统等场所。