智能家居完整方案:安防、监控、远程控制全搞定

2022-03-15 照明小编 www.gdzrlj.com
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一、设计摘要

针对目前市场上家庭监控系统和智能家具控制的速度与稳定性的不足,本课题将利用FPGA可编程逻辑设计,提高系统控制速度和稳定性。目前的家庭监控与智能控制系统大多利用有线或者无线设备组建以太网,将监控节点连接到监控中心,监控距离有限;部分监控系统还是模拟方式,视频不压缩或者使用MJpeg(Motion Joint Photographic Experts Group,MJpeg)、Mpeg(MovingPicture Experts Group,Mpeg)等一些早期标准,压缩率低,网络适应性差。这些系统基本不具备自动报警功能和快速控制响应,需要人工值守,浪费人力物力,可靠性低。本课题所设计的系统利用FPGA和GPRS网络传输视频数据,同时采用高效的视频压缩算法,并设计和实现自动报警和快速智能控制功能。

二、系统原理

本项目利用FPGA可编程逻辑器件和GPRS技术实现远程的安防监控与智能控制,在有人入侵或火灾发生时能发及时发送短消息给用户,预警有人入侵或火灾发生,用户接到短消息预警后,通过现在网络通过远程登陆web服务器查看家中情况并作出相应处理,比如采集现场实时照片视频,及时报警,远程控制家电。

在本次设计中,系统网络的结构包括了家庭智能控制系统、家庭子系统与外部网络三大部分,其中家庭智能控制系统 家庭子系统构成家庭内部网络。此次的设计以家庭内部网络为主体。

系统分为两个部分:家庭智能控制系统和家庭子系统。

1) 家庭智能控制系统部分,即主控制器:主要包含FPGA核心板设计。主要的模块有:USB摄像头;GPRS模块;H.264视频压缩技术和其他相关的电源管理电路,LCD显示器,按键等等;

2) 家庭子系统部分:包括红外家电控制子模块、电子门禁子模块、温度测试子模块及开关量控制子模块四个部分,四个子模块相互独立,通过RS485总线构成家庭子系统网络。

本系统设计主要分为五个大的模块,分别是:嵌入式系统开发平台搭建模块;摄像头监控模块;GPRS远程通讯模块;WEB服务器模块;智能家电控制模块。

1、嵌入式系统开发平台搭建模块主要是实现交叉编译工具的安装,uboot的具体移植,文件系统的制作,内核的移植。

2、摄像头监控模块主要实现摄像头的驱动移植,远程图像采集的具体实现。图像采集流程人具体分析。

3、GPRS远程通讯模块主要实现远程信息的接收与发送。实现远程报警的功能。并通过GPRS上网远程监控家里情况。

4、WEB服务器模块主要为提供远程web服务,用户可能通过internet或GPRS网络接入互联网,远程监控家里情况。

5、智能家居控制模块硬件上要完成RS485 总线设计以及家庭系统模块(包括红外家电控制,电子密码锁,温度报警器等)硬件电路设计。

基于GPRS的智能家居控制系统从功能上分析,主要分为:入侵报警功能模块,火灾报警功能模块,GPRS远程接发消息模块,摄像头监控模块,WEB服务器模块,智能家电控制模块。

系统模块 模块功能

入侵报警功能模块 入侵警报

火灾报警功能模块 火灾警报

GPRS远程接发消息模块 接发短信息

摄像头监控模块 远程监控

WEB服务器模块 为监控提供web页面

智能家电控制模块   家电的远程控制

2 技术特点

1、FPGA

FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA的使用非常灵活,同一片FPGA通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。FPGA在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低,FPGA还将进入更多的应用领域。

2、GPRS技术

GPRS(General Packet Radio Service,通用分组无线业务)是在现有的 GSM移动通信系统基础之上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS 通过在 GSM 数字移动通信网络中引入分组交换功能实体, 以支持采用分组方式进行的数据传输。GPRS 系统可以看作是对原有的 GSM 电路交换系统进行的业务扩充,以满足用户利用移动终端接入 Internet 或其它分组数据网络的需求。以 GSM、CDMA 为主的数字蜂窝移动通信和以 Internet 为主的分组数据通信是目前信息领域增长最为迅猛的两大产业,正呈现出相互融合的趋势。GPRS 可以看作是移动通信和分组数据通信融合的第一步。 移动通信在目前的话音业务继续保持发展的同时, 对IP 和高速数据业务的支持已经成为第二代移动通信系统演进的方向,而且也将成为第三代移动通信系统的主要业务特征。

三、软件流程

本项目采取嵌入式C语言为主要编程语言,FPGA与嵌入式系统相结合,由传感器采集到的数据,通过FPGA处理后,传送到嵌入式系统,由无线传输到PC端或者移动终端,由PC端发出控制指令到家庭子网络,PC界面用QT编程。

整个家庭智能系统的软件主要分为三个部分,后台软件,主控制器软件,及

各个子模块软件。三部分软件的结构关系如图。

用户手机通过短信通道向主控制器发出指令进行相应的控制。 PC端的后台软件通过Internet和移动GPRS服务连接, 再由移动GPRS服务器和主控制器进行GPRS通讯。同时PC端软件也可以通过本地的RS232接口和主控制器进行通讯,不过这种方式一般只用于对主控器的本地调试及软件升级等。

主控制器和家庭内的各个子模块之间的连接通过RS485串行总线完成。