MXT2003在智能安防家居系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計與實現(xiàn)

黃宗強(qiáng) 許全君 薛柏慧 潘林冰

【摘要】隨著時代的發(fā)展，越來越多的人們使用信息電器，而根據(jù)國內(nèi)的情況，設(shè)計一款高效率、低成本的遠(yuǎn)程控制智能安防家居系統(tǒng) 是時代的需求，讓更多的人舒適、便捷、安全的對家居電器等進(jìn)行有效率的安全監(jiān)控。本系統(tǒng)主控制器采用STM32模塊，通信模塊采用GSM移動模塊，通過MXT2003模塊采集模擬數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。家庭安防嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要功能要求是能讓主人隨時知道家中的安防情況和遠(yuǎn)程監(jiān)控家中電器設(shè)備的狀態(tài)。

【關(guān)鍵詞】MXT2003;智能;遠(yuǎn)程監(jiān)控;STM32模塊

在20世紀(jì)70年代，國外許多國家也開始對家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。自從世界上第一幢智能建筑于1984年在美國出現(xiàn)后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家先后提出了各種智能家居安防的方案。智能家居在美國、德國、新加坡、日本等國都有廣泛應(yīng)用。美國電子工業(yè)協(xié)會于1998年編制了第一個適用于家庭住宅的電氣設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，及《家庭自動化系統(tǒng)與通訊標(biāo)準(zhǔn)》。

隨著我國信息技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)和信息家電已越來越多地出現(xiàn)在人們的生活之中，而這一切發(fā)展的最終目標(biāo)都是給人類提供一個舒適、便捷、高效、安全的生活環(huán)境。而隨著我國GSM、 GPS模塊等的成熟發(fā)展以及廣泛應(yīng)用，智能安防家居系統(tǒng)也就應(yīng)運而生。

圖1 家庭安防嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)組成部分

圖2 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖

1.智能安防家居系統(tǒng)應(yīng)用需求

（1）利用GSM模塊，短信設(shè)置防盜門密碼;（2）利用煙霧報警模塊，監(jiān)控煤氣是否泄漏情況;（3）利用無線紅外監(jiān)測模塊，監(jiān)測是否有小偷或不法分子進(jìn)入室內(nèi);（4）MXT2003實時采集模擬信號，監(jiān)控家居電器使用情況;（5）利用GSM，遠(yuǎn)程控制各個角落LED的亮滅;（6）利用GSM，遠(yuǎn)程控制家庭用電設(shè)備啟動、停止;（7）利用GSM，遠(yuǎn)程監(jiān)控家庭電器設(shè)備運行狀態(tài);（8）TFT彩屏液晶顯示，家居智能觸摸鍵控。

2.總體方案設(shè)計

智能安防家居系統(tǒng)的組成可以劃分為以下幾個部分，如圖1所示。整個系統(tǒng)由家庭安防監(jiān)控控制器、信息家用電器、遠(yuǎn)程監(jiān)控終端組成?？刂破魇窍到y(tǒng)的核心，主要由中央處理器、移動通信模塊（GSM模塊）、語音錄放模塊、繼電器控制電路模塊等模塊組成。然后通過串口、I/O端口接上各種功能的傳感器實現(xiàn)各種不同功能的安全監(jiān)控與警報。系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖如圖2所示。

2.1 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件采用分層設(shè)計，包括硬件設(shè)備驅(qū)動層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用程序接口層和應(yīng)用軟件層。系統(tǒng)軟件框架如圖3所示。

圖3 智能安防家居網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)軟件框架

操作系統(tǒng)選擇小型的實時操作系統(tǒng)μC/OS-II是基于以下幾方面的考慮：完全免費的內(nèi)核、公開的源代碼、系統(tǒng)內(nèi)核實用性強(qiáng)、可靠性高，操作系統(tǒng)內(nèi)核對處理器以及ROM、RAM資源的要求不高，利于在32位微處理器上移植。TCP/IP協(xié)議分為4層：鏈路層（ARP協(xié)議）、網(wǎng)絡(luò)層（IP協(xié)議、ICMP協(xié)議）、傳輸層（TCP協(xié)議、UDP協(xié)議）、應(yīng)用層（HTTP協(xié)議）。本系統(tǒng)的TCP/IP協(xié)議棧選擇uIP1.0;圖形用戶界面選擇μCGUI，模數(shù)采集模塊選用MXT2003。

2.2 硬件設(shè)計

整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖如圖4所示，由電源模塊、人機(jī)交互模塊、主控模塊、移動通信模塊、設(shè)備控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、語音錄放模塊，人體紅外監(jiān)測模塊等電路組成。此系統(tǒng)的設(shè)計目的是能智能化控制家用電器，并且能實時了解家庭安防情況，分收、發(fā)兩個模塊。“發(fā)送”模塊由用戶通過移動設(shè)備發(fā)送短信到主控器，主控器對用戶的指令進(jìn)行分析和識別，然后按照指令內(nèi)容控制相應(yīng)電器工作或停止?！敖邮铡蹦K由數(shù)據(jù)采集設(shè)備對當(dāng)前安防采集數(shù)據(jù)并發(fā)到主控器，主控器對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和識別，然后將當(dāng)前家庭安防狀況反饋給用戶。用戶可以通過手機(jī)發(fā)不同指令控制各種模塊。

圖4 家庭安防系統(tǒng)的硬件設(shè)計框圖

3.結(jié)束語

此次設(shè)計完成了系統(tǒng)方案論證、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、調(diào)試等工作，最終系統(tǒng)功能得以圓滿完成。系統(tǒng)具有功能多、應(yīng)用廣、穩(wěn)定性強(qiáng)、性價比高等特點。系統(tǒng)的成功設(shè)計使得以STM32控制器和MXT2003模塊為核心的智能安防家居系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)變得更加便捷，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。家庭安防嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)還能應(yīng)用與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，實現(xiàn)對無人值守崗位的遠(yuǎn)程控制和安全報警等，在智能安防領(lǐng)域具有重大的實際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用（第二版）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[2]陸衛(wèi)忠，劉文亮等.C++Builder 6程序設(shè)計教程（第二版）[M].北京：科學(xué)出版社出版社，2011.

[3]廣州致遠(yuǎn)電子有限公司.zlg500B1.50應(yīng)用文檔[EB/OL].http：//www.ecardsys.com/products/card_module/zlg500/zlg500.asp，2010-06-22.

[4]陳忠平，曹巧媛.單片機(jī)原理及接口[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[5]周潤景，張麗娜，丁莉.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)設(shè)計與仿真（第二版）[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.