基于WiFi的智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

引 言

現(xiàn)在是一個(gè)科技不斷發(fā)展的時(shí)代，智能家居作為其發(fā)展的產(chǎn)物，極具代表性，正逐漸滲入人們的日常生活，被人們所熟知。為了讓住所更加安全，向構(gòu)建的家居系統(tǒng)中加入監(jiān)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等，構(gòu)成了當(dāng)前智能家居的重要組成部分 安防系統(tǒng)。我國(guó)的安防行業(yè)起步時(shí)間相比國(guó)外較晚，但發(fā)展迅速，并正在各個(gè)領(lǐng)域不斷擴(kuò)大其影響力。

1 安防系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

分模塊組建智能家居中的安防系統(tǒng)，是指把系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊，即室內(nèi)管理模塊與室外管理模塊。室內(nèi)模塊又可細(xì)分為室內(nèi)監(jiān)控模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊與煙霧報(bào)警模塊，主要對(duì)室內(nèi)進(jìn)行防護(hù)。室外模塊可細(xì)分為室外監(jiān)控模塊、門禁模塊。外出時(shí)，可通過由 GPRS 發(fā)送給手機(jī)的信息及通過手機(jī)與PC 觀測(cè)到的室外情況及時(shí)做出反應(yīng)。由于在安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中所涉及的器件大都集中在室內(nèi)，在WiFi 的正常覆蓋范圍內(nèi)，不僅可通過使用WiFi 自由搭建系統(tǒng)從而有效避免有線線路因路徑固定不變所帶來的弊端，更大大節(jié)約了成本。安防系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖 1 所示。

2 智能家居安防系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的硬件部分主要由主控制器模塊、WiFi模塊、視頻監(jiān)控模塊、煙霧報(bào)警模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊與門禁模塊等組成。通過系統(tǒng)中各硬件模塊的有效結(jié)合，極大地提高了智能家居安防系統(tǒng)的工作效率。

2.1 主控制器模塊

本智能安防系統(tǒng)中使用的主控制器是性能優(yōu)越的 8 位AT89C51 單片機(jī)，處于系統(tǒng)核心位置。該單片機(jī)有 4 個(gè)輸入輸出口，在安防系統(tǒng)中可與多個(gè)器件連接并對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。同時(shí)還具有 4 kB 的Flash 存儲(chǔ)器，可快速讀取數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的處理速度。擁有 128 B 的RAM 隨機(jī)存儲(chǔ)器， 可有效保存接收到的部分?jǐn)?shù)據(jù)，在需要時(shí)將數(shù)據(jù)調(diào)入并處理。當(dāng)接收到各模塊不斷發(fā)送的數(shù)據(jù)后，應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)相應(yīng)的結(jié)果做出判斷。

2.2 WiFi模塊

WiFi 是一種用戶可通過它訪問服務(wù)器、閱讀郵件、瀏覽網(wǎng)頁等的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，與IEEE 之間存在IEEE.802.11 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。由于其傳輸信號(hào)的距離有限，所以其通常被運(yùn)用在局域網(wǎng)中。隨著 WiFi 與IEEE 之間的協(xié)議被不斷補(bǔ)充，WiFi 的運(yùn)用范圍也隨之越來越廣。

WiFi 的有效覆蓋距離可達(dá) 100 m，具有覆蓋范圍廣、發(fā)射功率低等優(yōu)點(diǎn)，因此不會(huì)對(duì)人體造成傷害，更無需設(shè)置有線線路，系統(tǒng)構(gòu)建更加靈活，已被人們廣泛應(yīng)用在多種結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)中。雖然采用這種方式傳輸數(shù)據(jù)易受干擾，但并不影響其高性價(jià)比。在本系統(tǒng)中使用ATK-RM04 模塊進(jìn)行無線通信，它可用于用戶串口、以太網(wǎng)與WiFi 三者接口間的轉(zhuǎn)換。常用此模塊的串口設(shè)備可以很容易地通過WiFi 網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。此次設(shè)計(jì)的WiFi 主要用于數(shù)據(jù)傳輸，將各模塊的數(shù)據(jù)如監(jiān)控模塊所產(chǎn)生的監(jiān)控信息通過WiFi 傳到主控制器，經(jīng)主控制器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后再通過WiFi 傳到PC 端，用戶可通過PC 端實(shí)時(shí)觀測(cè)室內(nèi)情況，若發(fā)現(xiàn)可疑之處可及時(shí)處理。

3 智能家居安防系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于使用WiFi 進(jìn)行主控制器與各硬件模塊間的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，應(yīng)保證數(shù)據(jù)發(fā)送方與數(shù)據(jù)接收方均保持穩(wěn)定，不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失等問題。當(dāng)總控制器對(duì)各硬件模塊傳送來的數(shù)據(jù)做出判斷后，需要通過GPRS 傳遞給用戶時(shí)， 用戶通過GPRS 下發(fā)指令給總控制器，同時(shí)保證數(shù)據(jù)通道的接收方與發(fā)送方保持穩(wěn)定。此設(shè)計(jì)把系統(tǒng)軟件劃分成了應(yīng)用層與系統(tǒng)層。系統(tǒng)層可直接與安防系統(tǒng)的硬件聯(lián)系，并在裸板上運(yùn)行程序。應(yīng)用層更貼近具體功能的實(shí)現(xiàn)，可用來建立各部分之間的數(shù)據(jù)通道，用以執(zhí)行報(bào)警任務(wù)。

在此次安防系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)層軟件由開源 Linux 操作系統(tǒng)、根文件系統(tǒng)與Bootloader 組成，且組成系統(tǒng)層軟件的每一部分都在其中發(fā)揮著重要作用，缺一不可。

4 結(jié) 語

此次基于WiFi 智能家居安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因使用 WiFi進(jìn)行傳輸，故降低了搭建有線線路組網(wǎng)的成本。且本次設(shè)計(jì)對(duì)家居進(jìn)行了全方位的防護(hù)，通過在廚房、臥室、客廳等地放置煙霧傳感器，并對(duì)廚房設(shè)定了不同于其它地方的煙霧報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)， 從而可對(duì)火源進(jìn)行有效防護(hù)；通過門禁系統(tǒng)識(shí)別欲進(jìn)出住宅人員的身份，之后再?zèng)Q定是否開門，可有效杜絕用戶不在家時(shí)陌生人闖入的情況發(fā)生；通過監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)觀察室內(nèi)和室外情況，當(dāng)有可疑情況發(fā)生時(shí)可及時(shí)處理等。