一种嵌入式无线智能家居监控系统的制作方法
【专利摘要】一种嵌入式无线智能家居监控系统，包括：控制终端；用于监控室内环境的室内传感器；用于将室内传感器传送的信号通过GSM网络发送给控制终端，且用于接收控制终端反馈信号的无线发射模块；用于对室内的环境因素进行监控并发出相应控制指令的主控无线模块；用于接收主控无线模块信号的无线接收模块；用于接收并执行无线接收模块发出信号的无线接收控制模块。本发明提供的监控系统采用ARM嵌入式控制系统与GSM全球移动通讯系统短消息相结合的方式，以及各类传感器的自适应控制，实现对家居的智能化。采用ARM嵌入式控制系统与GSM全球移动通讯系统短消息相结合的方式，以及各类传感器的自适应控制，实现对家居的智能化。
【专利说明】—种嵌入式无线智能家居监控系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种家居监控系统，具体涉及一种嵌入式无线智能家居监控系统。
【背景技术】
[0002]进入21世纪以后，借助网络和信息技术的发展，信息家电已越来越多地出现在人们的生活之中，而这一切的发展最终目的都是为了方便人们的生活。智能家居的出现体现了人们对人居环境尽善尽美的追求，它无疑带给大家一种全新的完美生活理念，让居住环境更加舒适和人性化。传统的智能家居设计大多数是简单的基于单片机控制的有线连接系统。随着智能化水平的提高，家电的数量将会越来越多。传统的有线连接系统面临着布线复杂不利于扩容和二次开发、受线缆的限制不能移动不能及时控制、电线需要外设或穿墙影响美观等诸多缺点。然而在世界通讯业和信息产业高度发展的今天，无线通讯以其“随时、随地、随身”的服务优势，开启了个性化信息时代，造就了不可逆转的发展趋势。
[0003]基于以上考虑，本设计建立了一个采用ARM嵌入式控制系统与GSM全球移动通讯系统短消息相结合的方式，以及各类传感器的自适应控制，实现对家居的智能化。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供一种采用ARM嵌入式控制系统与GSM全球移动通讯系统短消息相结合的方式，以及各类传感器的自适应控制，实现对家居的智能化。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的，提供一种嵌入式无线智能家居监控系统，包括:
[0006]控制终端，其为智能手机或手提电脑；
[0007]用于监控室内环境的室内传感器；
[0008]用于将室内传感器传送的信号通过GSM网络发送给控制终端，且用于接收控制终端反馈信号的无线发射模块；
[0009]用于对室内的环境因素进行监控并发出相应控制指令的主控无线模块；
[0010]用于接收主控无线模块信号的无线接收模块；
[0011]用于接收并执行无线接收模块发出信号的无线接收控制模块。
[0012]特别的，所述主控无线模块为以ARM9系列S3C2440为核心的主控制器以及GSMTC35远程无线网络通信模块为核心的数据通信单元构成。
[0013]特别的，所述无线接收控制模块上设有智能插座与智能开关。
[0014]特别的，所述室内传感器包括:可燃气体传感器、防盗传感器、温湿度传感器。
[0015]相较于现有技术，本发明提供的一种嵌入式无线智能家居监控系统，以ARM嵌入式平台作为中心控制装置，利用GSM网络、W1-FI无线通讯技术、nRF24101无线组网技术、以及基于单片机Atmegaie的各类传感器组建成智能家居的系统网络，在本地可以按照需要调整电器状态，另一方面各类传感器可以监控家居的安防情况，一旦发现险情，系统通过GSM模块通知远方主人做出相应处理，减少财产损失。【【专利附图】
【附图说明】】
[0016]图1为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统结构框图；
[0017]图2为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统中的电磁阀控制电路图；
[0018]图3为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统中的声光灯电路图；
[0019]图4为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统中的控制电路图；
[0020]图5为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统无线组网方案示意图。
【【具体实施方式】】
[0021]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。
[0022]请参阅图1，图1为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统结构框图，该监控系统包括控制终端(图1中未绘示)，其为智能手机或手提电脑；用于监控室内环境的室内传感器I ;用于将室内传感器I传送的信号通过GSM网络发送给控制终端，且用于接收控制终端反馈信号的无线发射模块2 ;用于对室内的环境因素进行监控并发出相应控制指令的主控无线模块3 ;用于接收主控无线模块3信号的无线接收模块4 ;用于接收并执行无线接收模块4发出信号的无线接收控制模块5 ;其中主控无线模块从结构上分为前向通道和后向通道，其中前向通道主要以ARM9系列的S3C2440为核心的主控制器构成，用于对室内的环境因素进行监控并发出相应的控制指令，实现对家居设备的控制，既能够根据室内环境的变化对电灯和窗帘等进行自适应控制，也能对空调、电饭煲、热水器等的启动关闭等进行控制；后向通道主要由GSM TC35远程无线网络通信模块为核心的数据通信单元构成，主要完成以下两项工作:一是有险情发生时将当前家居设备的状态以短信的方式，借助GSM网络发送给用户；二是接收来自用户手机发出的短信，翻译出其控制要求，输出到前向通道，完成相应的控制功能；所述无线接收控制模块5上设有智能插座6与智能开关7。
[0023]1、以下通过电路设计对本发明进行进一步的解释。
[0024]1.1无线组网硬件电路
[0025]本发明利用nRF24L01无线通信模块设计一个无线数据传输系统，实现组网通信。由于nRF24L01模块带有SPI 口，为了实现与单片机主控的通信方便快捷，选用ATmegal6L单片机。ATmegal6L单片机内含一个标准的SPI接口，可用于单片机与单片机或外设之间进行高速同步数据传输。它使用标准的四线接口。30(、1050、1?51、55分别与？87、？86、？85和PB4复用。把ATmegal6L单片机的PA0-PA5连接nRF24L01的控制信号和检测信号，用于nRF24L01的模式切换以及通信过程中必须的信号指示接口。另外ATmegal6L可工作在较低电压，可与nRF2401共用同一电源。
[0026]1.2电磁阀控制电路设计
[0027]请参阅图2，图2为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统中的电磁阀控制电路图，电磁阀是可以用电控制开关的水阀，广泛应用于红外线感应洁具、浇灌、淋浴器等开关控制。本发明优先选用(但不限于)5V脉冲式电磁阀，该脉冲式电磁阀不需要持续供电，且由于是双稳态，断电后能保持先前状态。由于电磁阀瞬间电流需求较大，开启/关闭时需要正反双向电流。
[0028]1.3声光灯电路设计
[0029]请参阅图3，图3为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统中的声光灯电路图，电路主要由三个三极管组成声光检测电路。在白天时光敏二极管D2变得很小，三极管Q3的基极输入电压接近为零，三极管Q3不导通。电容器C3两端电压为零。当黑夜来临时，光敏二极管D2的电阻变得很大；此时当LSl接收到外界的声音时，声音信号就会通过Q2放大，从而触发三极管Q3，接着Ql也给触发，电容C3开始充电。接着电容就开始放电，三极管Q4导通，继电器工作，电灯点亮。电灯点亮的时间由电容C3的大小决定。当给Q4的基极一个高电平，三极管Q4也会导通，灯也会点亮。这就是GSM、WIFI和ARM控制灯点亮和关闭的原理。
[0030]1.4窗帘控制电路设计
[0031]请参阅图4，图4为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统中的控制电路图；对窗帘的开关控制是利用L298N电机驱动芯片来进行对直流减速电机控制。L298N是SGS公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路，是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、4A以下的电机。
[0032]2、以下通过传感器的选择对本发明进行进一步的解释说明。
[0033]2.1可燃气体传感器
[0034]本发明系统采用MQ2可燃气体传感器，是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理表显示部分。在厨房设置可燃气体探测器，监视燃气管道、灶具有无燃气泄漏。如有燃气泄漏家庭控制器发出声光报警信号，自动关闭燃气管道上的电磁阀，同时把窗户的开度调到最大，并发短信通知家人及小区物业管理部门有事故发生。实现了家用设备的联动控制。这里采用的高温型一氧化碳传感器报警器需在一氧化碳浓度达到设定制值时启报警。
[0035]2.2防盗传感器
[0036]防盗传感器为在主要通道、重要的房间内安装热释电红外探测器。热释电红外探测器是BISS0001配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成的被动式红外传感器。该探测器的感应距离是7米，感应角度110°。人进入其感应范围则输出高电平，人离开感应范围则自动延时关闭高电平，输出低电平。该模块可以通过GSM、WIFI和ARM来控制其工作。在电红外探测器开启的前提下，如果它探测到屋内有人，系统就会自动启动报警系统，同时GSM也会发短信通知主人及时做出相应事件处理。
[0037]2.3温湿度传感器
[0038]本系统采用LM35温度传感器，是一种得到广泛使用的温度传感器。由于它采用内部补偿，所以输出可以从0°c开始。湿敏传感器采用的是电阻式高分子湿度传感器(GY—HR00X)。在窗户的边缘安装湿度传感器检测是否有暴雨天气发生。当传感器检测到的湿度到达一定值的时候，窗户会自动地关闭，并发送短信通知用户。
[0039]3、以下通过软件设计对本发明进行进一步的解释说明。
[0040]请参阅图5，图5为本发明一种嵌入式无线智能家居监控系统无线组网方案示意图，本发明系统采用星形拓扑结构，以一个嵌入式微处理器和主控无线模块为中心，各个家电端为被控端。本发明ARM嵌入式服务器采用微软的WindOwsCE5.0系统。服务器采用Microsoft Embedded Visual C++4.0开发。这个软件是微软公司针对WinCE系统推出的开发工具，类同于Windows下的VC，采用C++作为编程语言，是一种面向对象的设计方法。
[0041]GP1是ARM芯片最基本的输入输出通道，是控制各种电器的通道。在ARM9平台上，Windows CE系统将GP1的实地址(例如2440的GP1的基地址为0x56000000)映射到虚拟地址空间(GP10对应为0xB1600000)，这样，通过对这段虚拟地址空间的操作，就能够完成对GP1或者其他片内资源的控制、输入输出工作。
[0042]系统运用TCP/IP网络的API，通过UDP连接，利用数据报式套接字Socket (S0CK_DGRAM)进行数据传输。服务器和终端都具有发送和接收功能，可以实现双工通信，从而远程监测和改变用电器使用状态。
[0043]由于服务器是对消息产生相应，手机和PC只需利用SOCKET套接字，发送相应的网络消息即可。但要实现实时监测功能，手机和PC也需要能够接收网络消息。由于终端和服务器都是采用微软的系统，具体程序和服务器端十分类似。手机的系统是Windows Mobile6.0,开发环境是Microsoft Visual Stud1 2005开发。PC的系统是WindowsXP,开发环境是 Microsoft Visual C++6.0。
[0044]4、以下通过系统测试对本发明进行进一步的解释说明，当系统在调试过程中，先进行各部分的调试，再进行统调。
[0045]4.1 nRF24101无线组网测试
[0046]NRF24L01无线通信点对点通信收发程序，据实测，该无线通信板，没有加PA，通信距离室内60米左右，室外空旷地带可达80米。由于防止其他组别的nRF24L01通讯干扰，采用跳频通讯，也达到同上点对点的实测效果。在有障碍物的情况下，譬如，点对点隔墙数据传输也能达到10米的实测距离，基本能达到本项目的传输控制距离要求。
[0047]4.2 wifi 测试
[0048]通过对智能手机刷入软件，通过wifi控制ARM的GP1 口，能很好地进行控制。
[0049]4.3声控灯测试
[0050]当把光敏二极管给遮住时，用手拍一下掌，此时灯就会亮；当用光照光敏二极管时，无论外界的声音响声有多大，灯都不会点亮。此外，灯还可以通过开关、WIFI和GSM来开启和关闭。声控灯的测试达到预期的效果。
[0051]4.4 ARM主控器测试
[0052]通过软件调用底层BSP驱动，能很好地对GP1 口进行控制，达到预期效果。
[0053]4.5传感器检测
[0054]应用Atmegal6L单片机对传感器进行采样，然后经过数据处理，能驱动蜂鸣器等报警电路，达到预期效果。
[0055]总结:家居智能化是社会发展的必然趋势，而要实现完全高度的智能化控制要求，在很大程度上取决于其控制系统的智能化。本发明利用GSM模块和嵌入式系统相结合的平台，实现通过手机短信和触摸屏查询家居环境参数，并控制室内家具设备的功能，建立了一个对家居环境进行远程监控实现家居智能化的系统。与其它智能家居控制系统设计方案相比，本发明方案能够在实现智能控制的同时，达到远程遥控的目的，改变了以往智能家居系统只监不控的弊端。
[0056]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种嵌入式无线智能家居监控系统，其特征在于，包括: 控制终端，其为智能手机或手提电脑； 用于监控室内环境的室内传感器(I)； 用于将室内传感器(I)传送的信号通过GSM网络发送给控制终端，且用于接收控制终端反馈信号的无线发射模块(2); 用于对室内的环境因素进行监控并发出相应控制指令的主控无线模块(3)； 用于接收主控无线模块(3)信号的无线接收模块(4)； 用于接收并执行无线接收模块(4)发出信号的无线接收控制模块(5)。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式无线智能家居监控系统，其特征在于，所述主控无线模块(3)为以ARM9系列S3C2440为核心的主控制器以及GSM TC35远程无线网络通信模块为核心的数据通信单元构成。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式无线智能家居监控系统，其特征在于，所述无线接收控制模块(5)上设有智能插座(6)与智能开关(7)。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式无线智能家居监控系统，其特征在于，所述室内传感器(I)包括:可燃气体传感器、防盗传感器、温湿度传感器。
【文档编号】G05B19/418GK104460333SQ201410821533
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】冯志荣 申请人:广东科学技术职业学院