一種基于S3C6410和STM32的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘要：本文利用S3C6410主控板、STM32、wifi模塊、GSM模塊及多種移動(dòng)終端設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居系統(tǒng)，使分立的設(shè)備通過(guò)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組成一個(gè)相互聯(lián)系、協(xié)同操作的整體，實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境監(jiān)視、防盜自動(dòng)報(bào)警、燈具自動(dòng)控制、燃?xì)庑孤┻h(yuǎn)程報(bào)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(duì)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(chēng)智能住宅，它是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)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(gè)新生產(chǎn)業(yè)，市場(chǎng)消費(fèi)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(dòng)終端設(shè)計(jì)一個(gè)智能家居系統(tǒng)，使分立的設(shè)備通過(guò)無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)介質(zhì)構(gòu)成一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了家居環(huán)境監(jiān)視、防盜自動(dòng)報(bào)警、燈具自動(dòng)控制、燃?xì)庑孤┻h(yuǎn)程報(bào)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(gè)子系統(tǒng)：數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)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(bào)警系統(tǒng)。其中，數(shù)據(jù)采集子節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感模塊NRF24L01將數(shù)據(jù)發(fā)送到集中處理節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)自動(dòng)控制任務(wù)，集中處理節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過(guò)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(dòng)終端;使用GSM模塊將報(bào)警信號(hào)發(fā)送到移動(dòng)終端，同時(shí)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(kāi)瀏覽器，監(jiān)視攝像頭。

　　1.1 數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制原理如圖2所示。數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)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(dòng)控制，此系統(tǒng)包含3個(gè)采集和自控節(jié)點(diǎn)。溫濕度通過(guò)溫濕度傳感器DHT11進(jìn)行采集，自然光照狀態(tài)通過(guò)光敏電阻電路進(jìn)行檢測(cè)，燃?xì)鉅顟B(tài)通過(guò)煙霧傳感器模塊進(jìn)行檢測(cè)，樓梯口情況通過(guò)紅外感應(yīng)傳感器進(jìn)行檢測(cè);系統(tǒng)有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)1包括室內(nèi)溫濕度采集，樓梯口情況檢測(cè)與樓梯燈自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，廚房煙霧狀態(tài)檢測(cè)與廚房排氣扇自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制;節(jié)點(diǎn)2有浴室的煙霧狀態(tài)檢測(cè)與排氣扇的自動(dòng)控制;節(jié)點(diǎn)3包括室外溫濕度的采集，自然光照狀態(tài)的檢測(cè)與院子燈的自動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。數(shù)據(jù)采集集中處理節(jié)點(diǎn)(無(wú)線(xiàn)傳感器模塊NRF24L01)收集分立節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，在集中節(jié)點(diǎn)上裝有一個(gè)液晶顯示屏來(lái)顯示采集到的溫濕度等數(shù)據(jù)，同時(shí)通過(guò)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(lèi)終端，分別是主控板顯示屏和移動(dòng)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(lái)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(lái)顯示采集對(duì)象的圖標(biāo)和數(shù)據(jù);顯示屏的應(yīng)用程序采用QT開(kāi)發(fā)工具C++開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)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(guò)此模塊建立wifi局域網(wǎng);移動(dòng)安卓終端裝載有安卓系統(tǒng)，監(jiān)視應(yīng)用程序利用Eclipse開(kāi)發(fā)工具用java語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì);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(dòng);這里利用網(wǎng)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)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(xiàn)對(duì)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(shí)可在移動(dòng)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(shí)用。

　　1.4 遠(yuǎn)程報(bào)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(dòng)終端建立燃?xì)膺h(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)，方案如圖5所示。當(dāng)燃?xì)獬霈F(xiàn)泄漏時(shí)，觸發(fā)GSM模塊動(dòng)作，遠(yuǎn)程通知用戶(hù)及時(shí)處理。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　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(diǎn)通過(guò)有線(xiàn)介質(zhì)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)整體;主控板采用S3C6410配用板和核心板;硬件的主要設(shè)計(jì)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(jì)

　　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(lái)“模擬”這個(gè)串行口與DHT11進(jìn)行通信。

　　2.2 紅外狀態(tài)硬件設(shè)計(jì)

　　紅外感應(yīng)系統(tǒng)包括熱釋電人體紅外模塊電路和自動(dòng)開(kāi)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(cè)頭，利用專(zhuān)門(mén)的高性能傳感信號(hào)處理集成電路BISS0001對(duì)RE200B的信號(hào)進(jìn)行處理，然后將信號(hào)傳到STM32進(jìn)行處理。

　　2.3 自然光照狀態(tài)硬件設(shè)計(jì)

　　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(cè)電路、自動(dòng)開(kāi)燈電路兩部分。光照狀態(tài)探測(cè)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(shí)，其阻值迅速變大，從而傳感器電路輸出信號(hào)，自動(dòng)控制開(kāi)燈電路。光敏電阻采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)過(guò)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(jì)

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