一種基于S3C6410和STM32的智能家居系統(tǒng)設(shè)計

　　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(shè)計一個智能家居系統(tǒng)，使分立的設(shè)備通過無線和有線網(wǎng)絡(luò)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?xì)庑孤┻h(yuǎn)程報警等功能，使用效果良好。

　　隨著科學(xué)技術(shù)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(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)。智能家居作為一個新生產(chǎn)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(shè)計一個智能家居系統(tǒng)，使分立的設(shè)備通過無線和有線介質(zhì)構(gòu)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?xì)庑孤┻h(yuǎn)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(jié)構(gòu)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(yuǎn)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(jìn)行相關(guān)自動控制任務(wù)，集中處理節(jié)點的數(shù)據(jù)通過RS232發(fā)送到S3C6410主控板進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理;使用wifi模塊建立局域網(wǎng)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到局域網(wǎng)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(wǎng)，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?xì)鉅顟B(tài)，紅外感應(yīng)狀態(tài))進(jìn)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(jìn)行采集，自然光照狀態(tài)通過光敏電阻電路進(jìn)行檢測，燃?xì)鉅顟B(tài)通過煙霧傳感器模塊進(jìn)行檢測，樓梯口情況通過紅外感應(yīng)傳感器進(jìn)行檢測;系統(tǒng)有3個節(jié)點，節(jié)點1包括室內(nèi)溫濕度采集，樓梯口情況檢測與樓梯燈自動開關(guān)控制，廚房煙霧狀態(tài)檢測與廚房排氣扇自動開關(guān)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(guān)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(jìn)行相應(yīng)處理。主控板上安裝液晶顯示屏，用來顯示采集對象的圖標(biāo)和數(shù)據(jù);顯示屏的應(yīng)用程序采用QT開發(fā)工具C++開發(fā)語言進(jìn)行開發(fā)，使用Linux系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)用。主控板上安裝wifi模塊，通過此模塊建立wifi局域網(wǎng);移動安卓終端裝載有安卓系統(tǒng)，監(jiān)視應(yīng)用程序利用Eclipse開發(fā)工具用java語言進(jìn)行設(shè)計;監(jiān)視數(shù)據(jù)從wifi模塊向外傳送，在局域網(wǎng)范圍內(nèi)，只要連接上建立的局域網(wǎng)絡(luò)就可進(jìn)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(shè)備進(jìn)行監(jiān)視，只要此設(shè)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(jìn)行驅(qū)動;這里利用網(wǎng)線或無線路由建立的局域網(wǎng)進(jìn)行攝像頭數(shù)據(jù)的傳送;可在電腦上連上網(wǎng)線對攝像頭進(jìn)行監(jiān)視，也可連接路由建立的局域網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)視，同時可在移動終端上連接路由建立的局域網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)視。多終端監(jiān)視，方便靈活實用。

　　1.4 遠(yuǎn)程報警系統(tǒng)

　　燃?xì)馐羌揖影踩囊淮箅[患，這里利用GSM模塊和移動終端建立燃?xì)膺h(yuǎn)程報警系統(tǒng)，方案如圖5所示。當(dāng)燃?xì)獬霈F(xiàn)泄漏時，觸發(fā)GSM模塊動作，遠(yuǎn)程通知用戶及時處理。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)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(gòu)成;所有的節(jié)點通過有線介質(zhì)和無線網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個整體;主控板采用S3C6410配用板和核心板;硬件的主要設(shè)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(shè)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(jìn)行通信。

　　2.2 紅外狀態(tài)硬件設(shè)計

　　紅外感應(yīng)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(jìn)行處理，然后將信號傳到STM32進(jìn)行處理。

　　2.3 自然光照狀態(tài)硬件設(shè)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(dāng)光照值達(dá)不到設(shè)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(jīng)過過零比較器后連接到STM32，由STM32進(jìn)行處理。

　　2.4 燃?xì)庑孤顟B(tài)硬件設(shè)計

　　家居燃?xì)庑孤┫到y(tǒng)包括燃?xì)庑孤┨綔y器電路、自動開關(guān)排氣扇控制模塊電路兩部分。燃?xì)庑孤┨綔y器選用MQ-7型氣敏傳感器，當(dāng)元件接觸還原性氣體時，其電導(dǎo)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?xì)庑孤┨綔y器硬件電路如圖6所示，MQ-7采集到的信號經(jīng)過過零比較器后連接到STM32，由STM32進(jìn)行處理。