基于arm單片機的住宅監控系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 貴時間。說“鎮宅之寶”一點也不為過，在周末可以與自己的好朋友拉近距離。（3）氣派：通過千兆交換機連接到各個房間，即可通過遙控器/平板在不同的房間操作投影儀、電視機，分享私家影庫。備注：可配合智能燈光、電動窗簾、背景音樂、進行聯動控制。智能家居是一個整體的系統，其包含很多的方面，而安防就是其中一個不可或缺的角色。在安防角度講，智能家居安防系統可實現家居安防的報警點的等級布防，采用邏輯判斷，避免系統誤報警；遙控器或鍵盤對系統布防、撤防，發生報警，系統自動確認報警信息、狀態及位置，報警時能夠自動強制占線。1．報警及聯動功能安裝門磁、窗磁，防止非法入侵，管理系統可通過安裝在住戶室內的報警控制器得到信號從而快速接警處理。報警聯動控制可在室內發生報警時，系統向外發出報警信息的同時，自動打開室內的照明燈光、啟動警號等。2．緊急求助功能室內的報警控制器具有緊急呼叫功能，管理系統可對住戶的緊急求助信號做出回應和救助。3．報警管理顯示功能離家模式即防盜報警狀態，防止非法入侵，管理系統可實時接收報警信號，自動顯示報警住戶號和報警類型，并自動進行系統信息存檔。4．預設報警功能智能安防系統可預設報警電話。5．設/撤防聯動控制在家設防模式，安全防范系統可聯動切斷某些家用電器的電源。在家撤防模式，部分照明燈自動打開，門磁和窗磁離線，室內煙感探測器和廚房可燃氣體探測器仍為報警模式。6．警情后控制處理當家中有非法入侵者或者煤氣泄漏時系統會自動撥打電話、發送短信、彩信、抓拍圖片并Email到指定用戶手機！用戶收到電話短信時可以第一時間用手機電腦查看家中監控畫面并控制其家中家電設置、布防撤防等操作！ 住宅選型和配置需求分析 住宅戶型選擇住宅戶型一般包括小戶型、大戶型及別墅等，其中小戶型價位相對較低，并且能夠滿足人們生活的基本需求，也擁有廣大的消費群，它主要包括建筑面積低于60平米的一居室、低于80平米的兩居室及100平米左右的三居室。根據現階段住宅規格，以三室兩廳兩衛為對象設計基于ARM單片機的安防監控報警系統，可以涵蓋所有基本戶型，在應用時用戶可根據自身需要增減相應模塊，以滿足不同房屋布局的安防要求。，以此為主體設計系統架構。 三室兩廳兩衛平面圖 系統設備平面設置根據安防系統的功能要求，首先我們要考慮到一個家庭最基本的需求，防火防盜等。以此為需求，我們則需要這樣一些傳感器、檢測器等。如：門磁探測器、溫度傳感器、煙霧探測器、破碎探測器、水浸探測器、紅外探測器、燃氣探測器、手動報警裝置等。根據安防、消防、監護需求?？蛷d安裝溫度、煙霧探測器、手動報警裝置及中心控制器，臥室安裝溫度、煙霧探測器及手動報警裝置，書房安裝溫度、煙霧探測器，廚房安裝溫度、燃氣、水浸探測器，衛生間安裝溫度、水浸探測器，入戶門安裝門磁探測器，窗邊安裝玻璃破碎探測器，外墻四周安裝紅外對射探測器，實現周界防范。 監控器設備布置圖1．門磁探測器*1：主要裝在門及門框上，當有盜賊非法闖入時，家庭主機報警，管理主機會顯示報警地點和性質。2．溫度探測器*7：主要安裝在客廳、書房及廚房等易于發生火災，或人經?；顒拥牡胤剑斔鶛z測地點的溫度超過預定溫度時，家庭主機則進行報警。3．煙霧探測器*4：主要安裝在臥室、書房和客廳，檢測家居環境煙氣濃度到一定程度時而報警。4．破碎探測器*6：主要安裝在靠近玻璃位置，通過檢測玻璃破碎的高頻聲而報警。5．水浸探測器*2：安裝在衛生間和廚房等可以接水用水的地方，防止水漫，當水位超過地面一定高度時進行報警。6．紅外探測器*4：一般安裝在窗戶和陽臺附近，此處是安裝在整個房子的四角，對整個三室兩廳兩衛的房子進行檢測，探測非法闖入者。另外，較新的窗臺布防采用幕簾式紅外探頭，通過隱蔽的一層電子束來保護窗戶和陽臺。7．燃氣探測器*1：安裝在廚房，當天然氣或煤氣等燃氣達到一定濃度時進行報警。8．手動報警裝置*3：主要安裝在臥室和客廳等主人一般活動且比較隱蔽的地方，家中發生緊急情況（如打劫、突發疾病、其他災情），可以讓人們立刻進行反應，直接向保安中心求助。 三室兩廳兩衛住宅模型分析本文全篇是以傳統的三室兩廳兩衛戶型為研究對象來進行。因為中小戶型價位相對較低，并且能夠滿足人們生活的基本需求，也擁有廣大的消費群，根據現階段住宅規格，以三室兩廳兩衛為對象的設計可以涵蓋所有基本戶型，在應用時用戶可根據自身需要增減相應模塊，以滿足不同房屋布局的安防要求。三室兩廳兩衛戶型所需基本功能及布防：1．防火功能：防火功能主要是靠溫度傳感器、煙霧傳感器和燃氣傳感器來實現。其中，溫度傳感器主要分布在客廳、書房及廚房等易于發生火災，或人經?；顒拥牡胤?，共7處布點；煙霧傳感器主要分布在臥室、書房和客廳，共4處布點；燃氣傳感器分布在廚房，共一處布點。2．防盜功能：防盜功能主要是靠門磁探測器、破碎探測器和紅外探測器來實現。其中，門磁探測器安裝在門及門框上，共一處布點；破碎探測器安裝在靠近玻璃位置，共6處布點；紅外探測器主要安裝在窗戶和陽臺附近，此處是安裝在整個房子的四角，共4處布點。3．防水浸功能：防水浸功能主要是靠水浸探測器來實現，主要安裝在衛生間和廚房等可以接水用水的地方，共2處布點。4．手動控制功能：手動控制功能主要是當人們自己發現災情時，可以主動閉合開關使報警器動作。手動控制報警裝置主要安裝在臥室和客廳等主人一般活動且比較隱蔽的地方，共3處布點。以上共27處布點，分別按功能分類。本章主要介紹了智能家居監控系統的需求分析，先介紹了一般的智能家居安防系統所需要的功能，然后再以三室兩廳兩衛的戶型為模板進行具體的介紹，根據一般家居所需要的安防功能，如：防火防盜防水浸等方面，進行了傳感器的布置，同時對各種傳感器在智能家居安防系統中所起的作用進行了介紹。 第三章 系統方案設計在以三室兩廳兩衛戶型為研究對象的基礎上，為了可以更加明確的確定本系統的功能組成，突出本系統的功能化和模塊化的特點。本章對住宅監控系統的組成進行了介紹。主要包括stm32芯片的端口功能、各傳感器的原理圖及工作原理、聲光報警模塊、顯示模塊、信號轉換電路等各個部分進行了詳細的介紹。 方案總體設計 系統框圖本系統以基于cortex一M3內核的STM32微控制器為嵌入式主控制器,組建嵌入式控制系統。通過煙霧、門禁等各類型傳感器，對室內關鍵目標進行監控，并通過TFT液晶顯示器對報警的地點和發生的時間進行顯示，通過蜂鳴器進行報警 。. 系統結構框圖本系統通過27個傳感器對室內的各個部分進行監控，傳感器動作傳輸電平信號，通過濾波整形電路標準串行口通信接口發送到stm32處理器，處理器分析判斷后確定是否執行動作，讓顯示屏顯示和蜂鳴器進行報警。家庭終端模塊要擺放在家中合適位置,一方面方便并且有利于各類傳感器采集數據信息,另一方面,節點放置盡量避開容易被災害泱及的區域保證在突發事件發生下系統能盡可能的長時間工作,避免信號強度弱,影響系統的正常信息傳送或者不必要的能源消耗。各種終端傳感器節點能夠采集家庭內的溫濕度和光照度等信息,同時把得到的數據通過無線網絡發送到控制中心,實現家庭環境實時網絡化監測。本文只采用本地控制。本地控制通過連接線和處理器的定義的引腳相連接，代表傳感器的觸發狀態，同時將各模塊的實時信息顯示在顯示屏上。讓戶主可以直觀的了解家里的情況。防災模塊實現的功能是當室內所放溫度傳感器測量的溫度值高于系統設置溫度的上限值或者當MQ2氣體傳感器檢測到空氣中含有可燃氣體元素,就會發報警短信,使用戶可以即時消滅災害。防盜模塊實現的功能是當探測到有人進入家中,就會發出報警短信,保證用戶的人身和財產安全。 STM32與51的對比通過對比傳統的基一卜ARM內核的微處理器,以及51系列單片機的性能指標,本系統選用基于Cortex一M3內核的微處理器,它是一個低功耗的處理器,具有門數少,中斷延遲小,調試容易等特點。它是為功耗和價格敏感的應用領域而專設計的、具有較高性能的處理器,應用范圍可以從低端微控制器到復雜SoC(片上系統)。Cortex一M3內核微處理器使用了ARMv7一M體系結構,是一個可綜合的、高度可配置的處理器。它包含一個高效的哈佛結構三級流水線,。在一個具有32個物理中斷的標準處理器實現上,。為降低器件成本,Cortex一M3處理器采用了與系統部件緊禍合的實現方法,來縮小芯片面積,其內核面積比現有的三級流水線內核縮小了30%。Cortex一M3處理器實現了Thumb一2指令集架構,具有很高的代碼密度,可降低存儲器需求,并能達到非常接近2位ARM指令集的性能。與傳統的基于ARM內核的微處理器相比,Cortex一M3處理器具有以下優勢:（1）小的處理器內核、系統和存儲器,可降低器件成本。（2）完整的電源管理,很低的功耗。（3）突出的處理器性能,可滿足挑戰性的應用需求。（4）快速的中斷處理,滿足高速、臨界的控制應用。（5）可選的存儲器保護單元(MPU),提供平臺級的安全性。（6）增強的系統調試功能,可加快開發進程。（7）沒有匯編代碼要求,簡化系統開發。（8）寬廣的適用范圍:從超低成本微控制器到高性能SoC。其中低成本、低功耗、系統開發過程快捷方便,是Cortex一M3處理器相對于ARM處理器的明顯優勢,這也是本嵌入式系統在設計過程中主要關注的性能指標之一。與傳統的51系列單片機相比,Cortex一M3處理器具有存儲空間大,運算速度快,片上資源豐富等特點。考慮到本系統對處理器的處器速度和片上資源的要求,以及將來升級系統的可能性,因此排除了51系統單片機。STM32系列處理器目前主要有3個系列,其中STM32F101是標準型系列,工作頻率36MHz。 STM32F103是增強型系列,工作頻率72MHz,并且帶有更多的片內RAM以及更豐富的外設。STM32F105和STM32F107是最新一代的產品,它在硬件上增加了全速USB接口和硬件支持IEEE 1558精確時間協議的以太網接口。STM32F101標準型系列處理器是STM32的入門級產品,它旳價格僅僅相當于16位的微控制單元(Micro Controller Unit,MCU),但卻擁有著32位MCU的性能,它的外設配置也能提供優秀的控制和連接能力。STM32F103增強型系列的產品則在一定程度上提升了 32位MCU的性能以及功效,此系列的CortexM3內核工作頻率72MHz,可以輕松完成高端預算,而外設的配也可很好的實現控制以及聯接功能。STM32在使用同一個平臺進行多個項目設計開發來說是一種極好地選擇。在STM32全系列的產品中,不僅有適合需要少量存儲空間以及引腳的處理器,也有能滿足需要較多存儲空間及引腳的處理器。不僅有適用于高性能應用的處理器,也有可以滿足低功耗要求的處理器。不僅有適合低成本應用開發的處理器,也有能滿足高端復雜應用開發的處理器。STM32F10X系列處理器內部集成有大量的外設接口,令它能夠廣泛地運用于工業控制、建筑安防、信息家電和數碼產品等領域。本系統選用的STM32F103VET6屬于STM32增強型系列的芯片,封裝采用的是LQFP144結構,具有強大的性能和豐富的外設資源。綜上所述,通過對比傳統ARM處理器和傳統51單片機的性能,本系統最終選用了基于Cortex一M3內核的微處理器。具體選用了意法半導體公司的STM32F103微控制器,針對本嵌入式系統要求,其具有以下特點: (1)最高工作頻率72MHz,滿足嵌入式操作系統及圖像處理程序對處理器運算速度的要求。(2)片上集成slZK的Flash存儲器、64K的SRAM存儲器,滿足移植嵌入式操作系統,存儲圖像數據,燒寫系統程序所需存儲空間要求。(3)三種低功耗模式:休眠,停土L和待機模式,本系統空閑時,可自動進入休眠或待機模式,用戶如果不需要本系統運行時可選擇停止模式,節約了能源和使用成本。(4)多達112個快速1/0端口,本系統要與眾多的外設相連,如zigBee模塊、圖像壓縮模塊、以及各種傳感器等,所以FO端口滿足系統要求。(5)多達5個USART串行接口,本系統與ZigBee模塊、圖像壓縮模塊、GPRS模塊的通信全部采用串口通信,所以滿足系統的要求。此外,STM32F103還具有2個12位的us級的A/D轉換器,12通道DMA控制器,多達11個定時器等片上資源,為將來系統功能的擴展和性能的提升提供了可能。 最小系統原理圖最小系統包括時鐘電路，復位電路，單片機工作模式選擇電路，電源電路。時鐘電路：系統時鐘的選擇是在啟動時進行，復位時內部8MHz的RC振蕩器被選為默認的CPU時鐘，隨后可以選擇外部的、具失效監控的4~16MHz時鐘；當檢測到外部時鐘失效時，它將被隔離，系統將自動地切換到內部的RC振蕩器，如果使能了中斷，軟件可以接收到相應的中斷。同樣，在需要時可以采取對PLL時鐘完全的中斷管理(如當一個間接使用的外部振蕩器失效時)。多個預分頻器用于配置AHB的頻率、高速APB(APB2)和低速APB(APB1)區域。AHB和高速APB的最高頻率是72MHz，低速APB的最高頻率為36MHz。參考圖2的時鐘驅動框圖。 單片機工作模式選擇電路：在啟動時，通過自舉引腳可以選擇三種自舉模式中的一種： 1．從程序閃存存儲器自舉 2．從系統存儲器自舉 3．從內部SRAM自舉 此處直接從模式一中啟動，因為其為正常的啟動模式。自舉加載程序(Bootloader)存放于系統存儲器中，可以通過USART1對閃存重新編程。 復位電路：復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態下的單片機重新啟動，一般來講，可靠的復位需要在單片機的RESET引腳提供穩定的10ms以上的高電平，圖示的復位電路，利用電容器的充電來實現，當上電時，電容C充電，電路有電流流過，構成回路，在電阻R上產生壓降，RESET引腳高電平；當電容充滿電時，電路相當于斷開，RESET引腳的電平與地相同，復位結束，復位的時間與電容充電的時間有關，增大電容或增大電阻都可以增加復位時間。 電源供電電路：VDD = ～