基于ARM单片机的住宅监控系统设计

装订线基于arm单片机住宅监控系统摘 要智能家居是使用居民住宅作为平台，并使用计算机网络、通信技术、自动化技术把和家居生活相关的设施通过网络连接在一起，能够为居民提供更安全、舒适、有效和便利的居住环境。本文在研究了目前国内外智能家居发展现状的基础上，以传统的三室两厅两卫户型为研究对象，提出了智能家居的住宅监控系统设计方案。论文论述了智能家居的背景、发展历史和国内外的发展状况以及未来的发展趋势，分析了智能家居的功能需求和消防安防系统具体功能的需求。对作为整个系统的处理器的stm32芯片的功能，传感器型号的选择和其工作原理，组成系统的各个硬件模块和软件模块进行了介绍，详细阐述了它们的的工作原理和工作流程。最后经过测试表明，系统整体可行。系统具有声光报警功能、故障追忆功能、报警信息显示功能等，其中通过信息存储读取和ucGUI图形库的移植相结合的方法使得故障追忆功能得以实现与为本系统的重点所在。本系统的工作原理为当传感器被触发后，向单片机发出报警信号指令，单片机接受信息，控制声光报警模块动作，并在显示屏上显示是在什么时间哪个房间发生什么样的灾情，同时，系统可以进行故障追忆。关键词：智能家居，单片机，安防消防，故障追忆，事故报警AbstractSmart Home is a residential use as a platform, and using a computer network, communication technology, automation technology and home life of the related facilities connected together via a network, can provide residents with safe, comfortable, efficient and convenient living environment. Based on the study of the status quo of the development of the smart home in a traditional three rooms two hall two guard units for the study, proposed residential smart home monitoring system design. Paper discusses the background, history and development of intelligent home and abroad as well as future trends, analyzes the smart home of the functional requirements and fire security systems specific functional requirements. Of the system as a whole stm32 processor chip function, sensor type selection and how it works, the various components of the system hardware modules and software modules were introduced, it elaborated their works and workflow. Finally, functional testing to verify the feasibility of the program.System with sound and light alarm, fault recall function, alarm information display function, which is read by information storage and transplantation ucGUI graphics library combining method makes fault recall functionality is achieved with this system is the focus. The system works when the sensor is triggered after issuing an alarm signal to the microcontroller command, the microcontroller to receive information, control the sound and light alarm module operation, and displayed on the screen is what kind of disaster which room at what time, at the same time, the system can fail to recall.KEY WORDS: smart home, single chip microcomputer, security and fire,failure recall ，accident alarming目录第一章 绪论11.1 课题研究背景及意义11.1.1课题研究背景11.1.2课题研究意义21.2国内外研究现状及发展方向21.2.1.国外智能家居的发展状况21.2.2 国内研究及发展状况41.2.3智能家居主要发展方向61.3 论文研究工作及论文结构61.3.1 论文研究工作61.3.2 论文结构7第二章 智能家居的监控需求分析82.1 智能家居系统的需求分析82.2智能家居安防功能需求102.3 住宅选型和配置需求分析112.3.1 住宅户型选择112.3.2 系统设备平面设置122.3.3 三室两厅两卫住宅模型分析142.4本章小结14第三章 系统方案设计153.1 方案总体设计153.1.1 系统框图153.1.2 STM32与51的对比163.1.3最小系统183.2 系统各模块介绍193.2.1传感器型号选则193.2.2 传感器与单片机连接原理图223.2.3 声光报警模块233.2.4 时钟模块243.2.5 电源模块253.2.6 显示模块253.2.7 按键273.3 本章小结27第四章 智能家居监控系统的软件设计294.1 软件的设计思想和流程294.4 各个模块软件的设计304.4.1 显示模块的设计304.4.2 单个传感器的工作流程324.4.4 故障追忆功能334.5 本章小结34第五章 功能测试355.1初始界面（MODE1）355.2 报警信息显示界面（MODE2）365.3 故障追忆功能375.4 清屏功能38第六章 总结与展望396.1 总结396.2 展望39致谢41参考文献42附录143附录244附录345附录446 第 IV 页第一章 绪论1.1 课题研究背景及意义1.1.1课题研究背景信息社会的发展,日益影响到人们的日常生活。一个最明显的表现就是计算机和信息家电在人们的日常生活中发挥越来越重要作用。有鉴于此,人们提出了智能家居的概念。智能家居(Smart Home)系统广泛使用各项高新技术,以达到实现智能化、人本化的集成型家居系统的目的。它是一个开放的、把宽带互联网、信息家电、家居自动化和家庭安全防护防盗有机地结合到一起的系统。智能家居系统可根据用户需求进行裁剪或增加,具有良好的可扩展性和适应性。智能家居系统未来的发展方向是智能化和网络化。计算机和通信技术的巨大发展,提高了企业效率,改变了人们的工作方式,但在人们的日常生活和家居环境方面,却很少得到应用。与此同时,各种信息家电的出现,使得品种日益增多,反而分散了人们的控制范围,这种分散控制势必会给人们带来不便。这样,作为社会组成基本单元之一的家庭,几乎成为信息时代的孤岛。随着人们日益关注家居环境,人们开始考虑在家居环境中,组建一个信息网络,将各种信息家电和通信产品等结合在一起,组成一个有机成体,进而实现对家电设备进行集中管理或远程控制与管理,并且能实现信息的交流,实时地为人们提供当前家居环境的各类信息。智能家居设计的最终目的是让人们所生活的家庭更舒适、更方便、更安全。为达到这一目的,在技术上,智能家居系统主要是以一个中央微处理器(CPU)接收来自相关电子电器产品的信息后,再以既定的程序发送适当的信息给其他电子电器产品或用户终端,从而达到信息传递和控制传递的目的。中央微处理器必须通过一种或多种介质来控制家中的电子电器产品,这些介质既可以是手机、键盘,又可以是触摸屏、按钮、电视屏幕、电脑显示器等。消费者通过这些介质来发送信号至中央微处理器,或接受来自中央微处理器的信号。而在智能家居中，安防又扮演着一个不可或缺的角色。在当今，安全是一个社会和企业赖以生存和发展的基础，尤其是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，加强现代化的安防技术就显得更为重要。安全防范技术就是在这个意义上发展起来的，它是电子技术、传感器技术、计算机技术和现代通信技术等高科技技术相结合的产物。它在预防和打击犯罪，维护社会治安，预防灾害事故，减少国家、集体财产和人民生命所受的伤害等方面起到了一般防范手段难以起到的作用。安全防范技术系统和产品是预防和打击犯罪以及预防灾害事故发生的锐利武器，是社会治安综合治理的重要内容，它将使我们逐步告别一把锁头保平安的时代。利用安全防范技术进行安全防范首先对犯罪分子有种威慑作用，使其不敢轻易动手。如安防系统能及时发现犯罪分子的作案时间和地点，所以对预防犯罪相当有效。其次，一旦出现了入侵、盗劫等犯罪活动，安全技术防范系统能及时发现，及时报警。1.1.2课题研究意义 在我国, 现今国内的智能家居安防水平还不理想，有待进一步发展，而且目前还没有真正意义上的智能家居出现,但是随着计算机和信息家电的日益普及,人们对智能家居的了解和需求也会越来越多。由此可见,智能家居正日益进入人们的日常生活。如何建立一个效率高、成本低的智能家居系统,己经成为当今社会的热点问题。作为智能家居系统的一个分支,对家居环境进行监控和获得当前家居环境的各项重要信息,也获得了人们越来越多的重视。因此，基于这些考虑，本课题主要研究基于arm单片机的智能家居安防和智能控制解决方案，采用ARM公司的stm32f103芯片及红外传感器、温度传感器等各类型传感器对家庭内各部分的情况进行布点实时监控。同时能够给在家里的人提供家庭安全监控，使人们在家里的时候可以及时的了解自己家庭的安全状况，及时做出分析与判断,从而消除后顾之忧,提高工作效率和休息质量。系统设计思想新颖,应用前景良好,研究成果可以应用于汽车、公司、办公室、仓库等场合的远程监控,具有良好的应用前景，为日后在家居智能控制、安全防范方面的研究开发工作提供了良好的实验平台。1.2国内外研究现状及发展方向1.2.1.国外智能家居的发展状况 国外在智能家居方面起步较早,再加上其微电子技术、计算机技术、嵌入式技术等较国内都领先很多,所以在智能家居系统的理论上,以及与之配套的产品,尤其是智能家电、信息家电产品的生产和标准制定上都具有很多优势,普及程度和人们的认同度也比较高 自从世界上第1幢智能建筑1984年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案,并有着广泛地应用和发展。智能化住宅小区在发达国家起步较早,始于20世纪80年代,装备有各种通信、家电、安保等设施,通过总线技术应用计算机和信息技术,实现监视、控制与管理等智能功能。新加坡模式的家庭智能化系统包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配置等。那么，什么是智能化家居？几年前一些经济比较发达的国家提出了“智能住宅”的概念，住宅智能化是智能家居的先导，智能家居是住宅智能化的核心。那么达到一个什么样的标准才可以称之为智能化家庭呢？智能化家庭与智能大厦概念与定义一样 至今尚没有取得一致的认同。美国电子工业协会于1988年编制了第1个适用于家庭住宅的电气设计标准，即家庭自动化系统与通讯标准也有称之为家庭总线系标准（HBS）；我国也从1997年初开始制定小康住宅电气设计（标准）导则（讨论稿）在导则中规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求：高度的安全性，舒适的生活环境，便利的通讯方式，综合的信息服务，家庭智能化系统。同时也对小康住宅与小区建设在安全防范、家庭设备自动化和通讯与网络配置等方面提出了三级设计标准，即：第一级为“理想目标”，第二级为“普及目标”，第三级为“最低目标”。在发达国家,智能化的居住小区己经形成了规模,国际上也已经制定了相关的一些质量认证体系,而这些就我们过家的技术水平和先进技术还是有一定差距的。美国、意大利、西班牙等发达国家的产品,很大的一部分已经通过国际质量认证,从而在国际市场的竞争优势是相当明显。美国的朗讯公司、西蒙公司、奥地利公司等已经拥有家庭综合布线系统的成熟产品,但是其造价却是很昂贵的。国外智能家居系统中比较有代表性的有:（1）NEYWELL公司的智能家庭产品:它可以通过设在家庭内的控制主板、电话或连网的计算机来监控智能家居的保安系统、灯光系统、智能家用设备和智能温控设备。（2）JDS推出的STARGATEJI家居智能系统它集中了室温调节、安保、灯光照明、家庭影院、视频/音频、监控、灌溉等系统,它还允许在线更新控制程序,进行在线软件升级。（3）HAL公司的ALDELUXE智能家居系统:它在PC机上集成了家居系统的所有控制,包括灯光、空调、电话、安保系统、家庭影院和互联网系统等。在任意地点,使用者都可以通过声控对这些系统实施远程控制。（4）Vantage(旺帝)公司出品的Vantage家居自动化系统:Vantage是唯一一家同时与微软、工NTER和惠普合作的智能家居品牌。其家居控制系统是把被控制的设备群视为一个有机的整体,既对它们分别进行相对独立的有针对性的控制,又能协调它们共同完成某项工作,所以功能非常强大,而且质量可靠。整个控制系统完全实现设备及功能的模块化,组建系统非常灵活、易升级、易扩展、性价比极高。（5）Honeywell最近推出的单户型智能家居(HRIS1000系列),这套面向单户家庭的智能家居系统是Honeywell在智能控制和能源管理技术领域的核心优势产品,用户可以按照自己的意愿配置智能家居功能,可以通过互联网、手机以及WiFi无线终端随时随地进行设置和控制,是高端人士畅享安心、舒适、节能高品位生活的新型智能家居解决方案。1.2.2 国内研究及发展状况二十世纪90年代中后期,国内的智能小区逐步兴起,我国的智能化住宅和智能化小区建设,最初始于广州、深圳和上海等沿海开放城市,逐步向内地扩展。近年来,人们对智能小区的热情空前高涨,一时间全国上下许多大中城市的房地产商都将自己开发兴建的住宅小区标以“智能小区”,智能住宅成了房地产商开发销售的热点和卖点。但由于智能化家居缺乏统一的技术标准,智能化相关产品不成熟,房地产开发商贪大求全,盲目追求智能化以及专业知识欠缺导致的鉴别能力不足等原因,造成部分建成的小区智能化系统运行不正常,系统性价比低下,所使用的系统与设备不符合标准化及开放性的要求。从设计思想和技术角度分析,国内厂家主要有二个方向:一是基于PC平台的家庭安防系统,以联想集团的家居安防系统为代表;二是基于嵌入式平台的家居安防系统,嵌入式系统以其成熟的技术优势、低廉的价格成为近年研究的热点。嵌入式技术在信息家电中的应用,已成为最大的研究领域,冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。在国内从事生产智能化家居的企业中,由近几年从安防产品转移过来的中小企业占多数,国内一些传统家电业的巨头如海尔、创维、TCL、科龙、海信等也开始进入智能化家居产业市场,并将嵌入式技术在智能家居技术中厂泛应用，而其他公司，像联想、360、小米等，也都纷纷开始了自己关于智能家居及其相关的各种智能产品的研究，相比于大部分做智能家居公司采用国外的技术和产品来说，在我国尚未形成一定的国家标准的情况下，这些公司大胆的推出了自己的产品：（1）小米智能家庭作为近几年兴起的小米公司，企业在致力于发展手机的同时，也以手机为依托走上了智能家居的道路，它的理念“就是简单，迄今为止最便捷的智能家庭APP”，其产品：小米智能摄像机智能插座，电灯，遥控器等。致简连接，轻松易用，可以支持多种品牌路由器，多种wifi类型，跨平台，不限定手机及操作系统。且支持设备分享，可以授权给朋友和家人使用，让他们一同感受。同时其所拥有的智能家居一键购买功能，可以手机上轻松一点，便拥有最新的智能家居产品。 （2）海尔集团:e家庭2000年,海尔提出e家庭”概念。随后,海尔陆续推出了一系列的“e家庭”产品,比如家庭无线网络、整体卫浴、指纹或瞳孔识别系统、整体智能厨房、掌声智能设备、电子书(ebook)、智能上网设备等产品。“e家庭”以海尔的电脑为控制中心,以海尔的移动电话为移动数字控制中心,以各种网络家电作为终端设备。与微软达成技术上旳合作,利用微软的Windows Me技术和自身的网络家电控制技术,使“e家庭”系统初具雏形。目前,海尔公司己经推出了一系列的信息创新产品,例，智慧家电系列：智能冰箱、智能空调、智能酒柜、智能烤箱、智能洗衣机、智能电热水器、智能燃气热水器。无限电器系列：家用厨电、个人应用、公共服务。智慧空气系列：空气魔方、空气盒子、空气mini、智能空气净化器、智能甲醛检测仪等等。（3）科龙:现代家居信息服务集散控制系统在第三届高交会上,科龙集团为大家展现了 “科龙天地”,“科龙天地”是一项能有效的集成远程互联网控制、家电远程故障诊断及维护、家电智能控制和家庭娱乐诸项功能的现代化家居信息服务控制系统。“科龙天地”基于OSGI规范的家庭综合性服务器技术以及代理技术的智能信息服务控制技术,它可以兼容各种家庭网络通信技术和各种网络信息服务;家庭操作平台实现了既有实时性又具备常规Linux系统完全自主的用户环境。（4）清华同方:e-Home数字家园e-Home数字家园遵循国际技术标准,运用了嵌入式软件和硬件技术,提供网络、网络节点和末端设备等全套家庭自动化产品,是一项专门针对中国家庭设计的家庭自动化系统。E-Home6-10系统主要有三个部分:遵循EIB协议,主要适用于中、高档新住宅;遵循X-10协议,不需要布线,主要适用于中档住宅;配电箱集中安装。系统可以提供远程控制、窗帘控制、家政安保、环境设置、家电管理和智能调光等功能。e-Home数字家园借用国外较成熟的智能家居经验,以功能模块开发为主,主要为智能大厦、小区的建设提供较完整的系统解决方案。总的来说,由于国内智能化家居产品的研发从90年代后期起步,在整体水平上显得参差不齐,大部分产品软件功能较差,系统不易维护,并且很多厂商对产品的核心技术不拥有自主知识产权,因此开发有自己技术特色的嵌入式智能家居系统,显得尤为重要。随着我国城市社区建设和智能化家居建设的不断推进,智能家居系统定会有一个广阔的发展前景。1.2.3智能家居主要发展方向智能家居的发展离不开相关技术的进步,相关技术的飞跃也必然改变智能家居的面貌,不难看出智能家居的主要发展趋势:（1）信息化:信息技术,尤其是网络技术的发展,不仅是一场技术革命,也极大地改变了人们的思维模式和行为模式。建筑智能化的重要特征就是网络化、智能化、人性化、个性化。（2）网络化:基于网络环境的综合应用,包括物业管理、安防、商务等。在简化管理流程的同时,方便人们的日常生活。（3）标准化:改变目前“各自为政”的情况,使不同厂家的产品可以互操作,方便在解决方案中采取适合质量等级的产品,组建个性化的系统。（4）模块化:基于标准的接口规范,设计独立的功能模块,增强系统的可维护性、可扩展性,简化系统集成的过程,而这正是嵌入式系统优势所在。（5）绿色:智能化建筑的绿色生态发展,主要包括节能、无污染(空气污染、噪声污染、电磁污染等),资源的循环、回收利用。安全、舒适的休闲、工作环境是主要的目的。（6）整合:独立的智能家居早晚会被取代,未来的智能住宅最大的特色即为“整合”,将由一套完整的网络服务将房屋内的灯光、保安、音频、视频等一系列自动化程序整合在一起。（7）嵌入式:嵌入式技术是指设备通过嵌入式模块,而并非PC系统,直接接入Intemet实现信息交互的过程,或者通过移动通信模块,直接接入移动网络实现远程交互的过程。这样避免系统对传统Pc机的依赖造成的耗电和故障问题。1.3 论文研究工作及论文结构1.3.1 论文研究工作本设计采用stm32f103为主控制器，能够在-20到70范围的高低温运行测试中运行良好， 有着丰富的接口，能够方便快捷的进行各种安防传感器的安装与测试。本课题的研究思路是按照系统划分，分为硬件部分和软件部分。监控系统的硬件部分为微控制器和各类型传感器的选择与调试、防盗防火防水侵等安防子系统的系统数据采集、有事故发生时的声光报警和报警后故障追忆等等。相对于硬件部分，软件部分则更为重要。软件部分包括了各种传感器信号的采集，并将传感器设置一定的阈值，若达到阈值上线，则将记录此时的时间、地点、原因到，每记录10次刷新。该记录可以进行上翻追忆。本文主要完成的内容为：（1）选择合适的报警器和各传感器的类型（2）对各传感器进行阈值规定，如烟雾探测器、破碎探测器等，一旦有事故发生，达到设定阈值，就会有相应的传感器动作，声光报警器发出警报，若报警后无人手动关闭声光报警器，报警器将会一直报警动作。（3）每发生一次声光报警，则记录时间、地点、事故原因（火灾引起、门禁引起、水浸引起）等。每10件事更新一次。1.3.2 论文结构第一章：绪论部分。本章主要介绍了课题的研究背景及意义，通过对比分析各个公司的智能家居的情况，阐述了国内外研究现状及发展状况，智能家居的主要发展方向，最后提出论文主要研究工作和章节安排。第二章：智能家居系统和安防系统需求分析，本章主要介绍了智能家居安防系统的功能需求，以及以传统三室两厅两卫的户型为模板进行了传感器的布置和各传感器功能的介绍。第三章：本章详细介绍了本安防监控系统的设计方案，包括其整体的拓扑图，功能介绍，传感器的选型，各模块，如，时钟模块、声光报警模块、显示模块等的详细工作原理和和原理图介绍。第四章：本章对本系统的软件部分进行了详细的介绍，包括系统的设计框图，思想方法和工作流程，初始界面时间显示功能，报警界面报警信息显示、ucGUI图形库的移植、故障追忆功能记忆清屏功能等的介绍。第五章：本章主要的内容是，STM32开发板，初始模式和报警界面在实物上的演示，以及故障追忆功能和清屏功能的演示，验证的该系统的可行性。第二章 智能家居的监控需求分析 为了保障家居人身安全，本章对智能家居所需的功能和住宅安防监控系统的功能需求进行分析。以传统的三室两厅两卫住宅模型为研究对象，通过对安防系统的不同功能需求，如防火功能，防盗功能等，按功能分类对整个家居进行布防。2.1 智能家居系统的需求分析 1智能灯光控制实现对全宅灯光的智能管理，可以用遥控等多种智能控制方式实现对全宅灯光的遥控开关，调光，全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现；并可用定时控制、电话远程控制、电脑本地及互联网远程控制等多种控制方式实现功能，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。优点：（1）控制：就地控制、多点控制、遥控控制、区域控制等。（2）安全：通过弱电控制强电方式，控制回路与负载回路分离。（3）简单：智能灯光控制系统采用模块化结构设计，简单灵活、安装方便。（4）灵活：根据环境及用户需求的变化，只需做软件修改设置就可以实现灯光布局的改变和功能扩充。2智能电器控制电器控制采用弱电控制强电方式，即安全又智能，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对在家里饮水机、插座、空调、地暖、投影机、新风系统等进行智能控制，避免饮水机在夜晚反复加热影响水质，在外出时断开插排通电，避免电器发热引发安全隐患；以及对空调地暖进行定时或者远程控制，让您到家后马上享受舒适的温度和新鲜的空气。优点：（1）方便：就地控制、场景控制、遥控控制、电话电脑远程控制、手机控制等。（2）控制：通过红外或者协议信号控制方式，安全方便不干扰。（3）健康：通过智能检测器，可以对家里的温度、湿度、亮度进行检测，并驱动电器设备自动工作。（4）安全：系统可以根据生活节奏自动开启或关闭电路，避免不必要的浪费和电气老化引起的火灾。3 安防监控系统随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自我的人安全和财产安全，对人、家庭以及住宅的小区的安全方面提出了更高的要求；同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，要保障小区的安全，防止偷抢事件的发生，就必须有自己的安全防范系统，人防的保安方式难以适应我们的要求，智能安防已成为当前的发展趋势。视频监控系统己经广泛地存在于银行、商场、车站和交通路口等公共场所，但实际的监控任务仍需要较多的人工完成，而且现有的视频监控系统通常只是录制视频图像，提供的信息是没有经过解释的视频图像，只能用作事后取证，没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，为政府部门、安全领域及时决策、正确行动提供支持，视频监控的“智能化”就显得尤为重要。优点：（1）安全：安防系统可以对陌生人入侵、煤气泄漏、火灾等情况提前及时发现并通知主人；（2）简单：操作非常简单可以通过遥控器或者门口控制器进行布防或者撤防。（3）实用：视频监控系统可以依靠安装在室外的摄像机可以有效的阻止小偷进一步行动，并且也可以在事后取证给警方提供有利证据。 4智能背景音乐家庭背景音乐是在公共背景音乐的基本原理基础上结合家庭生活的特点发展而来的新型背景音乐系统。简单地说，就是在家庭任何一间房子里，比如花园、客厅、卧室、酒吧、厨房或卫生间，可以将MP3、FM、DVD、电脑等多种音源进行系统组合让每个房间都能听到美妙的背景音乐，音乐系统即可以美化空间，又起到很好的装饰作用。优点：（1）独特：与传统音乐不同，专业针对家庭进行设计。（2）效果：采用高保真双声道立体声喇叭，音质效果非常好。（3）简单：控制器人性化设计，操作简单，无论老人小孩都会操作。（4）方便：人性化、主机隐蔽安装，只需通过每个房间的控制器或者遥控器就可以控制。5智能视频共享视频共享系统是将数字电视机顶盒、DVD机、录像机、卫星接收机等视频设备集中安装于隐蔽的地方，系统可以做到让客厅、餐厅、卧室等多个房间的电视机共享家庭影音库，并可以通过遥控器选择自己喜欢的音源进行观看，采用这样的方式既可以让电视机共享音视频设备，又不需要重复购买设备和布线，既节省了资金又节约了空间。优点：（1）简单：布线简单，一根线可以传输多种视频信号，操作更方便。（2）实用：无论主机在哪里，一个遥控器就可以对所有视频主机进行控制。（3）安全：采用弱电布线，网线传输信号，永不落伍，即使以后升级还是用网线。6可视对讲系统可视对讲产品已比较成熟，成熟案例随处可见，这其中有大型联网对讲系统，也有单独的对讲系统，比如别墅用的，其中有分一拖一、二、三等；一般实现的功能是可以呼叫、可视、对讲等功能，但是通过“品奇居”的整合部已经将很多不同平台的产品实现了统一，增强了整套系统控制部分的优势，让室内主机也可以控制家里的灯光和电器了。7 家庭影院系统对于高档别墅或者公寓的户型，客厅或者影视厅一般为20平米左右，是目前最主要的建筑面积之一，客厅或者视听室自然是家里最气派的地方，除了要宽敞舒服，也得热闹娱乐才行，要满足这样的要求，“家庭云平台”是家庭影院必不可少的“镇宅之宝”。优点：（1）简单：操作非常简单，一键可以启动场景，如音乐模式、试听模式、卡拉OK、电影模式等。（2）实用：拥有私人电影院，自己就是导演，在家可以随时看大片，为您节约宝贵时间。说“镇宅之宝”一点也不为过，在周末可以与自己的好朋友拉近距离。（3）气派：通过千兆交换机连接到各个房间，即可通过遥控器/平板在不同的房间操作投影仪、电视机，分享私家影库。备注：可配合智能灯光、电动窗帘、背景音乐、进行联动控制。2.2智能家居安防功能需求智能家居是一个整体的系统，其包含很多的方面，而安防就是其中一个不可或缺的角色。在安防角度讲，智能家居安防系统可实现家居安防的报警点的等级布防，采用逻辑判断，避免系统误报警；遥控器或键盘对系统布防、撤防，发生报警，系统自动确认报警信息、状态及位置，报警时能够自动强制占线。1报警及联动功能安装门磁、窗磁，防止非法入侵，管理系统可通过安装在住户室内的报警控制器得到信号从而快速接警处理。报警联动控制可在室内发生报警时，系统向外发出报警信息的同时，自动打开室内的照明灯光、启动警号等。2紧急求助功能室内的报警控制器具有紧急呼叫功能，管理系统可对住户的紧急求助信号做出回应和救助。3报警管理显示功能离家模式即防盗报警状态，防止非法入侵，管理系统可实时接收报警信号，自动显示报警住户号和报警类型，并自动进行系统信息存档。4预设报警功能智能安防系统可预设报警电话。5设/撤防联动控制在家设防模式，安全防范系统可联动切断某些家用电器的电源。在家撤防模式，部分照明灯自动打开，门磁和窗磁离线，室内烟感探测器和厨房可燃气体探测器仍为报警模式。6警情后控制处理当家中有非法入侵者或者煤气泄漏时系统会自动拨打电话、发送短信、彩信、抓拍图片并E-mail到指定用户手机！用户收到电话短信时可以第一时间用手机电脑查看家中监控画面并控制其家中家电设置、布防撤防等操作！2.3 住宅选型和配置需求分析2.3.1 住宅户型选择住宅户型一般包括小户型、大户型及别墅等，其中小户型价位相对较低，并且能够满足人们生活的基本需求，也拥有广大的消费群，它主要包括建筑面积低于60平米的一居室、低于80平米的两居室及100平米左右的三居室。根据现阶段住宅规格，以三室两厅两卫为对象设计基于ARM单片机的安防监控报警系统，可以涵盖所有基本户型，在应用时用户可根据自身需要增减相应模块，以满足不同房屋布局的安防要求。三室两厅两卫平面图如图2.1所示，以此为主体设计系统架构。图2.1 三室两厅两卫平面图2.3.2 系统设备平面设置根据安防系统的功能要求，首先我们要考虑到一个家庭最基本的需求，防火防盗等。以此为需求，我们则需要这样一些传感器、检测器等。如：门磁探测器、温度传感器、烟雾探测器、破碎探测器、水浸探测器、红外探测器、燃气探测器、手动报警装置等。根据安防、消防、监护需求，各探测器设备布置图如图2.2所示。客厅安装温度、烟雾探测器、手动报警装置及中心控制器，卧室安装温度、烟雾探测器及手动报警装置，书房安装温度、烟雾探测器，厨房安装温度、燃气、水浸探测器，卫生间安装温度、水浸探测器，入户门安装门磁探测器，窗边安装玻璃破碎探测器，外墙四周安装红外对射探测器，实现周界防范。统计系统设备配置清单如表2.2所示。图2.2 监控器设备布置图1门磁探测器*1：主要装在门及门框上，当有盗贼非法闯入时，家庭主机报警，管理主机会显示报警地点和性质。2温度探测器*7：主要安装在客厅、书房及厨房等易于发生火灾，或人经常活动的地方，当所检测地点的温度超过预定温度时，家庭主机则进行报警。3烟雾探测器*4：主要安装在卧室、书房和客厅，检测家居环境烟气浓度到一定程度时而报警。4破碎探测器*6：主要安装在靠近玻璃位置，通过检测玻璃破碎的高频声而报警。5水浸探测器*2：安装在卫生间和厨房等可以接水用水的地方，防止水漫，当水位超过地面一定高度时进行报警。6红外探测器*4：一般安装在窗户和阳台附近，此处是安装在整个房子的四角，对整个三室两厅两卫的房子进行检测，探测非法闯入者。另外，较新的窗台布防采用幕帘式红外探头，通过隐蔽的一层电子束来保护窗户和阳台。7燃气探测器*1：安装在厨房，当天然气或煤气等燃气达到一定浓度时进行报警。8手动报警装置*3：主要安装在卧室和客厅等主人一般活动且比较隐蔽的地方，家中发生紧急情况（如打劫、突发疾病、其他灾情），可以让人们立刻进行反应，直接向保安中心求助。2.3.3 三室两厅两卫住宅模型分析本文全篇是以传统的三室两厅两卫户型为研究对象来进行。因为中小户型价位相对较低，并且能够满足人们生活的基本需求，也拥有广大的消费群，根据现阶段住宅规格，以三室两厅两卫为对象的设计可以涵盖所有基本户型，在应用时用户可根据自身需要增减相应模块，以满足不同房屋布局的安防要求。三室两厅两卫户型所需基本功能及布防：1防火功能：防火功能主要是靠温度传感器、烟雾传感器和燃气传感器来实现。其中，温度传感器主要分布在客厅、书房及厨房等易于发生火灾，或人经常活动的地方，共7处布点；烟雾传感器主要分布在卧室、书房和客厅，共4处布点；燃气传感器分布在厨房，共一处布点。2防盗功能：防盗功能主要是靠门磁探测器、破碎探测器和红外探测器来实现。其中，门磁探测器安装在门及门框上，共一处布点；破碎探测器安装在靠近玻璃位置，共6处布点；红外探测器主要安装在窗户和阳台附近，此处是安装在整个房子的四角，共4处布点。3防水浸功能：防水浸功能主要是靠水浸探测器来实现，主要安装在卫生间和厨房等可以接水用水的地方，共2处布点。4手动控制功能：手动控制功能主要是当人们自己发现灾情时，可以主动闭合开关使报警器动作。手动控制报警装置主要安装在卧室和客厅等主人一般活动且比较隐蔽的地方，共3处布点。以上共27处布点，分别按功能分类，各传感器具体安装位置如图2.2所示。2.4本章小结本章主要介绍了智能家居监控系统的需求分析，先介绍了一般的智能家居安防系统所需要的功能，然后再以三室两厅两卫的户型为模板进行具体的介绍，根据一般家居所需要的安防功能，如：防火防盗防水浸等方面，进行了传感器的布置，同时对各种传感器在智能家居安防系统中所起的作用进行了介绍。第三章 系统方案设计在以三室两厅两卫户型为研究对象的基础上，为了可以更加明确的确定本系统的功能组成，突出本系统的功能化和模块化的特点。本章对住宅监控系统的组成进行了介绍。主要包括stm32芯片的端口功能、各传感器的原理图及工作原理、声光报警模块、显示模块、信号转换电路等各个部分进行了详细的介绍。3.1 方案总体设计3.1.1 系统框图本系统以基于cortex一M3内核的STM32微控制器为嵌入式主控制器,组建嵌入式控制系统。通过烟雾、门禁等各类型传感器，对室内关键目标进行监控，并通过TFT液晶显示器对报警的地点和发生的时间进行显示，通过蜂鸣器进行报警 。系统的结构框图如图3.1所示.图3.1 系统结构框图本系统通过27个传感器对室内的各个部分进行监控，传感器动作传输电平信号，通过滤波整形电路标准串行口通信接口发送到stm32处理器，处理器分析判断后确定是否执行动作，让显示屏显示和蜂鸣器进行报警。家庭终端模块要摆放在家中合适位置,一方面方便并且有利于各类传感器采集数据信息,另一方面,节点放置尽量避开容易被灾害泱及的区域保证在突发事件发生下系统能尽可能的长时间工作,避免信号强度弱,影响系统的正常信息传送或者不必要的能源消耗。各种终端传感器节点能够采集家庭内的温湿度和光照度等信息,同时把得到的数据通过无线网络发送到控制中心,实现家庭环境实时网络化监测。本文只采用本地控制。本地控制通过连接线和处理器的定义的引脚相连接，代表传感器的触发状态，同时将各模块的实时信息显示在显示屏上。让户主可以直观的了解家里的情况。防灾模块实现的功能是当室内所放温度传感器测量的温度值高于系统设置温度的上限值或者当MQ-2气体传感器检测到空气中含有可燃气体元素,就会发报警短信,使用户可以即时消灭灾害。防盗模块实现的功能是当探测到有人进入家中,就会发出报警短信,保证用户的人身和财产安全。3.1.2 STM32与51的对比通过对比传统的基一卜ARM内核的微处理器,以及51系列单片机的性能指标,本系统选用基于Cortex一M3内核的微处理器,它是一个低功耗的处理器,具有门数少,中断延迟小,调试容易等特点。它是为功耗和价格敏感的应用领域而专设计的、具有较高性能的处理器,应用范围可以从低端微控制器到复杂SoC(片上系统)。Cortex一M3内核微处理器使用了ARMv7一M体系结构,是一个可综合的、高度可配置的处理器。它包含一个高效的哈佛结构三级流水线,可提供1.25DMIPS/MHz的性能。在一个具有32个物理中断的标准处理器实现上,达到了突出的O.06mW/MHz能效比。为降低器件成本,Cortex一M3处理器采用了与系统部件紧祸合的实现方法,来缩小芯片面积,其内核面积比现有的三级流水线内核缩小了30%。Cortex一M3处理器实现了Thumb一2指令集架构,具有很高的代码密度,可降低存储器需求,并能达到非常接近2位ARM指令集的性能。与传统的基于ARM内核的微处理器相比,Cortex一M3处理器具有以下优势:（1）小的处理器内核、系统和存储器,可降低器件成本;（2）完整的电源管理,很低的功耗;（3）突出的处理器性能,可满足挑战性的应用需求;（4）快速的中断处理,满足高速、临界的控制应用;（5）可选的存储器保护单元(MPU),提供平台级的安全性;（6）增强的系统调试功能,可加快开发进程;（7）没有汇编代码要求,简化系统开发;（8）宽广的适用范围:从超低成本微控制器到高性能SoC。其中低成本、低功耗、系统开发过程快捷方便,是Cortex一M3处理器相对于ARM处理器的明显优势,这也是本嵌入式系统在设计过程中主要关注的性能指标之一。与传统的51系列单片机相比,Cortex一M3处理器具有存储空间大,运算速度快,片上资源丰富等特点。考虑到本系统对处理器的处器速度和片上资源的要求,以及将来升级系统的可能性,因此排除了51系统单片机。STM32系列处理器目前主要有3个系列,其中STM32F101是标准型系列,工作频率36MHz; STM32F103是增强型系列,工作频率72MHz,并且带有更多的片内RAM以及更丰富的外设;STM32F105和STM32F107是最新一代的产品,它在硬件上增加了全速USB接口和硬件支持IEEE 1558精确时间协议的以太网接口。STM32F101标准型系列处理器是STM32的入门级产品,它旳价格仅仅相当于16位的微控制单元(Micro Controller Unit,MCU),但却拥有着32位MCU的性能,它的外设配置也能提供优秀的控制和连接能力。STM32F103增强型系列的产品则在一定程度上提升了 32位MCU的性能以及功效,此系列的Cortex-M3内核工作频率72MHz,可以轻松完成高端预算,而外设的配也可很好的实现控制以及联接功能。STM32在使用同一个平台进行多个项目设计开发来说是一种极好地选择。在STM32全系列的产品中,不仅有适合需要少量存储空间以及引脚的处理器,也有能满足需要较多存储空间及引脚的处理器;不仅有适用于高性能应用的处理器,也有可以满足低功耗要求的处理器;不仅有适合低成本应用开发的处理器,也有能满足高端复杂应用开发的处理器。STM32F10X系列处理器内部集成有大量的外设接口,令它能够广泛地运用于工业控制、建筑安防、信息家电和数码产品等领域。本系统选用的STM32F103VET6属于STM32增强型系列的芯片,封装采用的是LQFP144结构,具有强大的性能和丰富的外设资源。综上所述,通过对比传统ARM处理器和传统51单片机的性能,本系统最终选用了基于Cortex一M3内核的微处理器。具体选用了意法半导体公司的STM32F103微控制器,针对本嵌入式系统要求,其具有以下特点: (1)最高工作频率72MHz,满足嵌入式操作系统及图像处理程序对处理器运算速度的要求;(2)片上集成slZK的Flash存储器、64K的SRAM存储器,满足移植嵌入式操作系统,存储图像数据,烧写系统程序所需存储空间要求;(3)三种低功耗模式:休眠,停土L和待机模式,本系统空闲时,可自动进入休眠或待机模式,用户如果不需要本系统运行时可选择停止模式,节约了能源和使用成本;(4)多达112个快速1/0端口,本系统要与众多的外设相连,如zigBee模块、图像压缩模块、以及各种传感器等,所以FO端口满足系统要求;(5)多达5个USART串行接口,本系统与ZigBee模块、图像压缩模块、GPRS模块的通信全部采用串口通信,所以满足系统的要求。此外,STM32F103还具有2个12位的us级的A/D转换器,12通道DMA控制器,多达11个定时器等片上资源,为将来系统功能的扩展和性能的提升提供了可能。3.1.3最小系统图3.2 最小系统原理图最小系统包括时钟电路，复位电路，单片机工作模式选择电路，电源电路。时钟电路：系统时钟的选择是在启动时进行，复位时内部8MHz的RC振荡器被选为默认的CPU时钟，随后可以选择外部的、具失效监控的416MHz时钟；当检测到外部时钟失效时，它将被隔离，系统将自动地切换到内部的RC振荡器，如果使能了中断，软件可以接收到相应的中断。同样，在需要时可以采取对PLL时钟完全的中断管理(如当一个间接使用的外部振荡器失效时)。多个预分频器用于配置AHB的频率、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)区域。AHB和高速APB的最高频率是72MHz，低速APB的最高频率为36MHz。参考图2的时钟驱动框图。 单片机工作模式选择电路：在启动时，通过自举引脚可以选择三种自举模式中的一种： 1从程序闪存存储器自举 2从系统存储器自举 3从内部SRAM自举 此处直接从模式一中启动，因为其为正常的启动模式。自举加载程序(Bootloader)存放于系统存储器中，可以通过USART1对闪存重新编程。 复位电路：复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，一般来讲，可靠的复位需要在单片机的RESET引脚提供稳定的10ms以上的高电平，图示的复位电路，利用电容器的充电来实现，当上电时，电容C充电，电路有电流流过，构成回路，在电阻R上产生压降，RESET引脚高电平；当电容充满电时，电路相当于断开，RESET引脚的电平与地相同，复位结束，复位的时间与电容充电的时间有关，增大电容或增大电阻都可以增加复位时间。 电源供电电路：VDD = 2.03.6V：VDD引脚为I/O引脚和内部调压器供电。 VSSA，VDDA = 2.03.6V：为ADC、复位模块、RC振荡器和PLL的模拟部分提供供电。使用ADC时，VDDA不得小于2.4V。VDDA和VSSA必须分别连接到VDD和VSS。 VBAT = 1.83.6V：当关闭VDD时，(通过内部电源切换器)为RTC、外部32kHz振荡器和后备寄存器供电。 3.2 系统各模块介绍3.2.1传感器型号选则1继电器型输出的传感器型号选择：（1） 破碎传感器（FG-1625T）工作原理：众所周知，锆钛酸铅一类材料具有压电效应，称之为压电晶体或压电陶瓷。它能将电能、机械能相互转换。当在压电陶瓷片上加上音频电压，压电陶瓷片会发声（一般作为发声片或压电晶体喇叭）；同样，使压电陶瓷产生振动，它能输出一定的电压。这种性能可以制成超声波发送及接收器，同样也可制成用于防盗的玻璃破碎传感器。 当有人打破玻璃时，传感器受到机械振动，会给一个信号，这信号经放大、处理后可用于报警。这里给出一个应用电路的框图供参考。图3.3 玻璃破碎传感器应用电路的框图传感器的阻抗较高，故放大器之前可加一级跟随器，放大后的信号经过一带通滤器，将有用信号与电压比较器的阀值电压比较，以防止其它振动输入而造成误报。经比较器后的信号经驱动电路来带动继电器、报警器或其它装置。参数：输出脉冲节点，继电器动作,常开NO/常闭NC,供电DC 12V。（2）水浸探测器（水位探测器）：工作原理：水浸传感器是基于液体导电原理，用电极探测是否有水存在，再用传感器转换成干接点输出。通常为常开，如果想要常闭的需要提前预定，预定时间为3天。分为接触式水浸探测器和非接触式水浸探测器。接触式水浸探测器，利用液体导电原理进行检测。正常时两极探头被空气绝缘；在浸水状态下探头导通，传感器输出干接点信号。当探头浸水高度约1毫米时，即产生告警信号。本产品采用挂重设计，便于部署。非接触式水浸探测器，利用光在不同介质截面的折射与反射原理进行检测。塑料半球内放置有LED和光电接收器，当探测器置于空气中时，因全反射，绝大部分LED光子被光电接收器接收；当靠近半球表面时，由于光的折射，光电接收器接收到的LED光子将会减少，从而输出也发生改变。适合于部署在一般腐蚀导电液体泄露地点。在此系统中选用继电器(负载电流30mA)输出，NO的接触式水浸探测器。工作电源:12V DC ，工作温度050。2.电平信号输出型传感器型号选择：（1）温度传感器（GWD60）工作原理:将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合回路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势,因而在回路中形成一个大小的流,这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。输出信号：开关量电平信号；a)当温度未超过“超温动作输出设定值”时输出：05V的低电平：b)当温度超过“超温动作输出设定值”时输出：6V的高电平。GWD60温度传感器是一种专用温度单片机探头DS18B20其为高精度、免校准的线性温度/电压转换器及V/A转换的智能单片机，设有上下限控制当环境温度超过设定值时，传感器输出开关量的电平信号。具有灵敏度高。精度高