引言

智能家居是以住宅為平臺安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán) 境。在智能家居系統(tǒng)中安防監(jiān)控技術在可視對講，防盜報警, 家庭監(jiān)控，小區(qū)一卡通等領域都有廣泛的應用。根據(jù)不同的 家庭建筑情況，智能家居系統(tǒng)可采取不同的家庭網(wǎng)絡設計，對 于已經裝修過的建筑可以采取無線自動控制系統(tǒng)，而未裝修 的建筑，可以采取無線與有線相結合的控制方法，這樣彌補 了無線不穩(wěn)定等問題。

1系統(tǒng)構建概述

安防監(jiān)控報警系統(tǒng)針對非法闖入、火災險情、煤氣泄 漏、水管泄漏、電路故障等危險狀況進行緊急求助與報警。 該安防監(jiān)控系統(tǒng)重點闡述三個設計：ZigBee/SCS智能網(wǎng)關, ZigBee無線家庭網(wǎng)絡以及安防終端設計。ZigBee/SCS智能網(wǎng) 關連接ZigBee無線和SCS總線系統(tǒng)，可以使無線控制器控制 SCS總線設備。ZigBee無線家庭網(wǎng)絡是無線局域網(wǎng)，主要由 ZigBee終端節(jié)點和ZigBee協(xié)調節(jié)點組成。用戶通過無線網(wǎng)絡 把查詢和控制信息發(fā)送給智能網(wǎng)關，智能網(wǎng)關對接收到的信 息進行處理，進而發(fā)送給協(xié)調器，協(xié)調器根據(jù)接收的信息地址, 最終把指令信息發(fā)送給ZigBee終端節(jié)點，實現(xiàn)對智能家居系 統(tǒng)的安防監(jiān)測。此外,ZigBee/SCS智能網(wǎng)關具有語音識別單元, 通過語音識別功能可以實現(xiàn)智能家居設備的語音控制。圖1為 智能家居系統(tǒng)結構圖。

2系統(tǒng)硬件設計

2.1安防監(jiān)控網(wǎng)關設計

安防監(jiān)控網(wǎng)關是該系統(tǒng)的核心設計，是外網(wǎng)和家庭內 部ZigBee網(wǎng)絡的一個節(jié)點。系統(tǒng)設計的是基于SCS協(xié)議的 ZigBee/SCS智能網(wǎng)關，該網(wǎng)關主要接收采集節(jié)點，安防節(jié)點， 控制節(jié)點傳輸過來的數(shù)據(jù)，并對其進行轉換，同時對外網(wǎng)傳來 的數(shù)據(jù)信息進行轉發(fā)以及傳遞采集節(jié)點的數(shù)據(jù)，把SCS協(xié)議 或ZigBee協(xié)議轉換到TCP協(xié)議。該ZigBee/SCS智能網(wǎng)關可 以連接到ZigBee無線系統(tǒng)和SCS總線系統(tǒng)，在智能家居實 際實施過程中，在該網(wǎng)關的作用下，可以實現(xiàn)無線電控制器控 制結構化布線系統(tǒng)(SCS)執(zhí)行器，同時結構化布線系統(tǒng)(SCS) 控制器能夠控制無線電ZigBee調光器開關。

網(wǎng)關的硬件電路主要有7個部分組成，分別是控制器 模塊ARM9處理器，64 MB的存儲單元NAND FLASH和 64 MB SDRAM，ZigBee 模 塊(ZigBee 協(xié)調器 CC2530), LCD顯示模塊，JTAG調試接口模塊以及SCS/BUS接口模塊。

安防監(jiān)控網(wǎng)關設計的核心是控制器的選擇，該設計選擇ARM9芯片(S3C2440A)作為主控制器，它是以ARM920T為核心的RISC微處理器。該處理器集成了外部存儲控制器, 中斷控制器，LCD控制器，DMA控制器，時鐘和電源管理等 豐富資源。同時，通過外擴存儲器，串口，JTAG調試接口和 SCS/SCS接口等構成硬件開發(fā)平臺。

SCS-BUS是指結構化布線/總線系統(tǒng)，SCS （Sistema Cablaggio Semplificato，簡化布線系統(tǒng)）是一個現(xiàn)場總線網(wǎng)絡 協(xié)議，目前在Bticino和羅格朗得到廣泛的應用。SCS總線基 于護套雙絞線，可以調制4種不同的信號：電力供應信號、數(shù) 據(jù)信號、音頻信號、視頻信號。其傳輸控制協(xié)議是CSMA/CA載 波偵聽/碰撞避免）。該網(wǎng)關是雙向的，他們將SCS幀轉化為 OpenWebNet幀，相反，開放協(xié)議OpenWebNet讓大家來構建 軟件與SCS interact設備。SCS協(xié)議是一種專有Bticino協(xié)議。 與其他現(xiàn)場總線交互必須僅使用OpenWebNet編寫軟件。

ZigBee模塊選擇CC2530作為射頻收發(fā)器，完成與主控 制器之間的數(shù)據(jù)通信。CC2530芯片是2.4 GHz的片上系統(tǒng)， 建立在基于IEEE 802.15.4標準協(xié)議上面，或是專門的網(wǎng)絡協(xié) 議上面。CC2530模塊大致可以分為CPU和內存相關的模塊, 外設、時鐘和電源管理相關的模塊，無線電相關的模塊。此外, CC2530提供了一個IEEE 802.15.4兼容無線收發(fā)器，RF內核 控制模擬無線模塊。

系統(tǒng)無線網(wǎng)絡部分，主控制器通過串口與無線收發(fā)模塊 CC2530連接，同時對無線模塊進行相應的設置，并對采集節(jié) 點，安防節(jié)點，控制節(jié)點的數(shù)據(jù)信息接收與處理。有線設計部分, 實在網(wǎng)關硬件平臺外擴一個SCS接口，實現(xiàn)與終端設備的連接， 進行數(shù)據(jù)采集，傳輸數(shù)據(jù)，主控機根據(jù)接收到的信息進行控制。 2.2協(xié)調節(jié)點設計

ZigBee網(wǎng)絡的根本是充當多個網(wǎng)絡之間的橋梁，每個網(wǎng) 絡必須有一個協(xié)調器，可以存儲其所屬網(wǎng)絡的信息，并且充當 安全鍵的保險裝置。該系統(tǒng)中ZigBee/SCS網(wǎng)關的協(xié)調器必須 是ZigBee協(xié)調器。

本系統(tǒng)協(xié)調節(jié)點選擇無線片上系統(tǒng)設計的CC2530射頻 芯片作為ZigBee芯片，該芯片集成了系統(tǒng)所需要的一般基本 電路，只需設計簡單的外圍電路就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的無線收發(fā) 功能。圖3為協(xié)調節(jié)點結構圖。

2.3終端硬件電路設計

安防監(jiān)控報警模塊通過布置在室內外的安防傳感器來探 測警報事件，由智能家居管理終端向用戶和小區(qū)保安系統(tǒng)發(fā)出 報警信息。安防傳感器主要有門磁、窗磁、煤氣泄露傳感器、 煙霧傳感器、紅外探頭等。

采用的技術路線：無線部分采用ZigBee芯片作為安防傳 感器的執(zhí)行器，安防傳感器通過ZigBee網(wǎng)絡實現(xiàn)與智能家居 管理終端的通信。有線部分智能家居管理終端可以通過SCS 口連接來實現(xiàn)。ZigBee網(wǎng)絡終端節(jié)點設備定時上傳安防傳感 器的參數(shù)，通過智能家居管理終端可以查詢安防傳感器的工 作狀態(tài)和警報信息。圖4為安防監(jiān)控系統(tǒng)終端管理硬件結構圖。

控制器S3C2440A核心板是智能家居管理終端的中央 控制器，負責分析處理各功能模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并作出相應 的決策來實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的各項功能。底板上的電源和復 位模塊負責為核心板和各功能模塊提供工作電壓，復位電路 使管理終端穩(wěn)定可靠的工作。下載調試接口負責智能家居管 理終端軟件操作系統(tǒng)的定制、安裝和應用程序的下載調試。 ZigBee模塊作為協(xié)調器負責組建ZigBee網(wǎng)絡，實現(xiàn)與各種 智能家電和安防傳感器之間的通信。SD卡可以作為事件記錄。 監(jiān)控設備可以是多個網(wǎng)絡攝像頭，通過網(wǎng)線與路由器相連接, 在對其進項相關設置。LCD觸摸顯示屏和音頻模塊組合可以 實現(xiàn)家居安防里的可視對講分機的功能。智能家居管理終端 本地控制的功能是通過LCD觸摸顯示屏來實現(xiàn)的。WiFi模塊、 GPRS模塊和SCS模塊使智能家居管理終端可以通過無線和 有線網(wǎng)絡，實現(xiàn)音頻視頻圖像傳輸和遠程控制。

3系統(tǒng)軟件設計

3.1安防監(jiān)控網(wǎng)關主要程序設計

安防監(jiān)控網(wǎng)關連接外網(wǎng)和家庭內部ZigBee網(wǎng)絡，進行不 同的協(xié)議轉換，確保不同的網(wǎng)絡之間能夠正常通信。在本系 統(tǒng)中ZigBee/SCS智能網(wǎng)關把SCS協(xié)議或ZigBee協(xié)議轉換成TCP/IP協(xié)議。采集節(jié)點將監(jiān)控的信息進行打包處理，包括該 節(jié)點的地址信息與檢測到的數(shù)據(jù)信息，無線部分以ZigBee幀 的方式發(fā)送給ZigBee/SCS網(wǎng)關節(jié)點，有線部分將SCS幀轉化 為OpenWebNet幀，網(wǎng)關節(jié)點接收到信息后，對原始數(shù)據(jù)進行 處理，接著再以以TCP/IP協(xié)議進行打包處理。圖5為安防監(jiān) 控網(wǎng)關主程序流程圖。

在硬件平臺的基礎上，首先對硬件進行上電操作，啟動 實時操作系統(tǒng)Linux，同時對應用程序進行初始化。安防監(jiān) 控網(wǎng)關起初是處于監(jiān)聽網(wǎng)絡狀態(tài)，當有數(shù)據(jù)信息轉發(fā)過來時, 將進入中斷處理狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)來自ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點，貝収對 數(shù)據(jù)進行處理，同時顯示節(jié)點數(shù)據(jù)，進行存儲打包發(fā)給外網(wǎng)， 最終回到監(jiān)聽網(wǎng)絡狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)是SCS數(shù)據(jù)，則執(zhí)行指令 信息，把安防監(jiān)測信息發(fā)送給主機，與ZigBee數(shù)據(jù)信息一樣, 最終回歸到監(jiān)聽網(wǎng)絡狀態(tài)。

3.2 ZigBee協(xié)調節(jié)點入網(wǎng)設計

協(xié)調節(jié)點能夠成功通信的條件是協(xié)調節(jié)點建立的新網(wǎng)絡 在可用的信道上，即空閑信道上。圖6為協(xié)調節(jié)點的入網(wǎng)設計 主程序流程圖。首先對節(jié)點進行上電操作，硬件進行初始化， 同時要求協(xié)議棧進行初始化。協(xié)調節(jié)點通過掃描捜索可用信道 嘗試建立新的網(wǎng)絡。在射頻單元捜索過程中，如果有任何一 個ZigBee網(wǎng)絡在該信道上，協(xié)調節(jié)點將認為該信道已經被占 用，為不可用信道。協(xié)調節(jié)點將重復此過程直到捜索到可用信 道。成功建立新的網(wǎng)絡后，節(jié)點將進入監(jiān)聽網(wǎng)絡狀態(tài)。當終端 節(jié)點發(fā)送入網(wǎng)請求時，將產生中斷，判斷是否為安防監(jiān)測終端 數(shù)據(jù)，如果是將進行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)轉發(fā)與處理，協(xié)調節(jié)點最終回 歸于監(jiān)聽網(wǎng)絡狀態(tài)。

3.3安防監(jiān)控終端入網(wǎng)設計

終端節(jié)點需要完成兩項工作，一是網(wǎng)絡之間的通信，二 是對終端設備進行操作。在終端節(jié)點中，采集節(jié)點需要采集家 庭安防數(shù)據(jù)信息，再發(fā)送給協(xié)調節(jié)點，同時接收處理發(fā)送給 它的查詢信息。控制節(jié)點在接收到控制命令后對家電進行控制, 同時也要完成射頻信息接收的工作，這要求設備操作與網(wǎng)絡通 信之間建立連接。安防節(jié)點相對簡單一些，只需要在規(guī)定的 時間內進行安防數(shù)據(jù)采集與發(fā)送。進行終端節(jié)點操作時已經 確定終端節(jié)點的網(wǎng)絡了，因此，終端節(jié)點進行上電操作與系統(tǒng) 初始化后，開始捜尋ZigBee無線網(wǎng)絡，直至確認無線網(wǎng)絡所 載的信道，否則將重復進行捜尋過程。申請加入網(wǎng)絡，入網(wǎng)成 功后，終端節(jié)點將進行發(fā)送數(shù)據(jù)與接收命令。

4結語

設計的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)是針對家庭住宅未裝修的 情況，它采取無線網(wǎng)絡與有線網(wǎng)絡相結合的方法，實現(xiàn)安防 監(jiān)控功能。該系統(tǒng)是以ARM9為硬件平臺，Linux為實時操 作系統(tǒng)，SCS協(xié)議為智能家居總線協(xié)議，ZigBee/SCS為智能 網(wǎng)關，將家庭內部無線傳感采集節(jié)點采集的安防數(shù)據(jù)信息發(fā) 送到控制主機，實現(xiàn)了對非法闖入，火災險情，電路故障等 狀況的實時監(jiān)測。該設計可以使安防監(jiān)控報警系統(tǒng)獲得穩(wěn)定的 網(wǎng)絡通信，同時該系統(tǒng)在實際布線過程中可實現(xiàn)無線電控制器 與SCS(結構化布線系統(tǒng))執(zhí)行器的相互控制，對智能家居系 統(tǒng)的發(fā)展與建設有重要的意義。

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