基于Arduino和Openwrt的智能家居門警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

黃思博　潘良辰　儲(chǔ)健

摘要： 隨著全球經(jīng)濟(jì)的一體化和科技的高速發(fā)展，人們正享受著高科技給他們帶來的極大方便，如家居對門禁系統(tǒng)的需求正發(fā)生著重大的變化。智能家居“門警”系統(tǒng)利用openwrt系統(tǒng)、arduino主控板、攝像頭、gprs模塊等手段實(shí)現(xiàn)主人對家庭門鈴、門體的啟動(dòng)、敲打的及時(shí)了解，能夠使主人不在家時(shí)，也能較好的解決來訪者的溝通，并且對于不法分子以此方法試探家中有無人員，以便實(shí)現(xiàn)偷盜等情況也有較好的解決功能。此設(shè)計(jì)具有成本低廉、可操作性強(qiáng)、及時(shí)高效、有效防盜等特點(diǎn)，具有較高的研發(fā)和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：arduio主控板；openwrt系統(tǒng)；gprs；智能監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）13-3067-03

1 緒論

當(dāng)今社會(huì)是科學(xué)技術(shù)日新月異、飛速發(fā)展的信息時(shí)代。人們正感受著高科技給他們帶來的極大方便，同時(shí)，人們對于高科技服務(wù)于生活的要求也越來越高。但隨著科技的發(fā)展，也帶來了許多不安全的方面[1]，例如，運(yùn)用高科技手段進(jìn)行盜竊等犯罪行為與日增多，家居對門禁系統(tǒng)的需求正發(fā)生著重大的變化[2]。

對于現(xiàn)有的門警系統(tǒng)來說，并沒有專門為家居設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，而且存在安全性能低、成本高、功能單一等缺點(diǎn)[3]，不能滿足家居對門警系統(tǒng)的需求。因此本團(tuán)隊(duì)在安徽理工大學(xué)大學(xué)生科研項(xiàng)目資助下，設(shè)計(jì)了一套新穎的智能家居"門警"系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)主要功能

智能家居"門警"系統(tǒng)，具有對門戶出入控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控、保安防盜報(bào)警等多種功能，它主要方便用戶隨時(shí)了解家庭安全情況，智能處理特殊情況（如：小偷偷竊及時(shí)報(bào)警或提示用戶），用戶遠(yuǎn)程自動(dòng)控制招待客人從而為用戶提供一個(gè)高效先進(jìn)的家庭環(huán)境。

本系統(tǒng)采用了裝有openwrt系統(tǒng)的路由器和Arduino MEGA2560共同來完成的，這將更加簡化了編寫程序的繁瑣，也降低了開發(fā)成本。

1） 智能門警系統(tǒng)由攝像頭、路由器、讀卡器、GPRS模塊、主控板和電子門鎖組成。當(dāng)有來訪者按動(dòng)門鈴按鈕或者敲門，便會(huì)通過主控板控制GPRS給戶主發(fā)送信息，戶主可通過訪問網(wǎng)頁的形勢查看通過openwrt上傳的實(shí)時(shí)照片，并選擇與來訪者通過GPRS通話抑或通過電子門鎖給人開門。

2） 遠(yuǎn)程開門功能 ，戶主可過手機(jī)發(fā)動(dòng)指令給GPRS遠(yuǎn)程控制家門的開關(guān)。

3） 實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過攝像頭用motion做監(jiān)控，畫面上只要有變化，就會(huì)保存照片到制定位置，主人可登錄網(wǎng)頁進(jìn)行查看。

本系統(tǒng)可以與來訪者通話，以識(shí)別來訪者的身份與來訪目的。

3 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)采用的是Arduino MEGA 2560 的微控制器板，相較于其他型號(hào)的Arduino控制器，它提供了更多I/O口與更大運(yùn)算儲(chǔ)存空間.它包含了54個(gè)數(shù)字輸入輸出口（其中14個(gè)可以作為PWM輸出），16個(gè)模擬輸入口，4個(gè)串口（硬件串口），同時(shí)含有一個(gè)USB連接頭，一個(gè)電源插孔，一個(gè)ICSP接口，一個(gè)復(fù)位按鍵等支持主控器運(yùn)行的最小系統(tǒng).用一根USB數(shù)據(jù)線連接到電腦，或者一個(gè)交流轉(zhuǎn)直流的電源適配器，亦或是一個(gè)電池即可讓它運(yùn)行起來.大多數(shù)為Aruino Duemilanove 或 Diecimila設(shè)計(jì)的擴(kuò)展板都兼容于Mega。本系統(tǒng)主要采用的Arduino MEGA 2560的主要性能指標(biāo)如下：主控芯片 ：ATmega2560；工作電壓：5V；輸入電壓：12V；數(shù)字輸入輸出口 ：54；模擬輸出口 ：16。

信息的傳輸主要利用GPRS。本系統(tǒng)的GPRS采用了SIM300模塊。 SIM300 內(nèi)部集成了TCP/IP 協(xié)議棧，并且擴(kuò)展了TCP/IP AT 指令，使用戶利用該模塊開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備變得特別簡單、方便。 SIM300 是一款三頻段GSM/GPRS 模塊，可在全球范圍內(nèi)的EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MHz 三種頻率下工作，能夠提供GPRS 多信道類型多達(dá)10 個(gè)，并且支持CS-1、CS-2、CS-3 和CS-4 四種GPRS 編碼方案。在GPRS模塊上插入一張已開通SIM 卡并接通電源后，由微控制器單片機(jī)向其發(fā)送AT指令，將單片機(jī)處理好的GPS數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS，從而實(shí)現(xiàn)了GPRS通過GPRS網(wǎng)絡(luò)、GPRS-Internet網(wǎng)關(guān)、Internet與Android終端建立連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了GPRS與監(jiān)控中心的Android終端通信，并以此來傳輸數(shù)據(jù)。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)主要采用Arduino主控板、GPRS模塊、震動(dòng)傳感器、usb攝像頭、TP—Link路由器等。通過arduino主控板控制GPRS模塊、接收震動(dòng)傳感器信號(hào)、以及控制舵機(jī)實(shí)現(xiàn)通話、開門等功能。USB攝像頭定時(shí)采集門外情況并且通過TP-LINk路由器上傳到指定網(wǎng)站。

如當(dāng)客人訪問主人時(shí)，此刻SW-420常閉型震動(dòng)傳感器檢測動(dòng)態(tài)，會(huì)向arduino主控板發(fā)出信號(hào)，此時(shí)攝像頭能夠?qū)⑴臄z照片通過TP-link WR703N向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送照片，用戶通過手機(jī)軟件或者網(wǎng)頁登陸方式訪問，用戶根據(jù)是不是熟悉的客人，采用兩種解決方案。方案一是熟人時(shí)，會(huì)通過SIM300與該客人進(jìn)行通話交流，如果有需要可以招待客人進(jìn)屋。方案二是陌生人時(shí)，會(huì)通過SIM300詢問客人情況，若是小偷及時(shí)報(bào)警并且通知用戶。系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

4.2 TP—LINK加載系統(tǒng)

1）從OpenWrt的官方站點(diǎn)https：//openwrt.org/下載固件，固件分為squashfs和jiffs2兩種文件系統(tǒng)。具體的區(qū)別是jiffs2將固件本身和后續(xù)安裝的包會(huì)放置在一個(gè)分區(qū)內(nèi)，因此可以充分利用空間。squashfs則將固件單獨(dú)掛在在/rom分區(qū)，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)的恢復(fù)非常便利。

2）通過原有的路由器管理頁面，進(jìn)行固件升級(jí)。

3）初始設(shè)置

默認(rèn)的網(wǎng)段為192.168.1.*。將703N用網(wǎng)線和PC相連，且將PC的IP設(shè)置為不為192.168.1.1的任意IP。這里假設(shè)為192.168.1.100，掩碼為255.255.255.0。通過PC，telnet 192.168.1.1后，若可連接。則大功成半。然后將root的密碼進(jìn)行重置。因?yàn)橐胻elnet和SSH的緣故，windows上要安裝putty和配置自帶的telnet，便利起見，推薦直接使用安裝linux的PC。

SSH到703N（ssh root@192.168.1.1）更改網(wǎng)絡(luò)配置。修改/etc/config/network文件，將靜態(tài)IP設(shè)置修改為DHCP。 重啟之后，就可以搜索到名為OpenWrt的無線網(wǎng)絡(luò)了。

4.3 Arduino和GPRS連接

Arduino11、12口與GPRS的RX、TX分別連接，正常的撥打電話，接聽電話，讀取短信（產(chǎn)生控制開關(guān)門命令），發(fā)送某內(nèi)容短信給某電話。讀取短信時(shí)是首先Arduino自己讀一遍，是某個(gè)命令（這里收到“b”就讓電子門鎖工作）就執(zhí)行指定的操作，不是不執(zhí)行，這是遠(yuǎn)程控制操作。

部分代碼如下：

#define SEND_MESSA_TO_YOUR "at+cmgs=＼"***********＼"＼r＼n"

//填入你手上的手機(jī)號(hào)碼

#define SEND_MESSA_CONTENT "Your are under attack！"

#define CALL_YOU_TELNUMBER "ATD***********；＼r＼n"

//填入你手上的手機(jī)號(hào)碼

下面代碼是通過hand（）函數(shù)檢測gprs與Arduino是否連接成功，以方便進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)Arduino控制gprs打電話，發(fā)短信等操作。

int Hand（char *s）

{

delay（200）；

clearBuff（）；

delay（300）；

readSerial（aa）；

if（strstr（aa，s）！=NULL） //檢測Arduino和模塊的連接

{g_timeout=0；

clearBuff（）；

return 1；

}......

}

void AT（void）

{......

while（strstr（aa，"OK"）==NULL）

{

clearBuff（）；

led（1）；

Serial.println（ATE0）；

delay（500）；

readSerial（aa）；

led（0）；

}while（1）

{......

if（（strstr（aa，"0，1"）！=NULL）||（strstr（aa，"0，5"）！=NULL））

{clearBuff（）；

break；

}

else

{delay（500）；

}}}

通過gprs打電話，實(shí)現(xiàn)來訪客人與主人之間的通話。

void send_call（void）

{clearBuff（）；

Serial.println（CALL_YOU_TELNUMBER）； //進(jìn)行撥打電話操作

delay（2000）；

while（Hand（"OK"）==0）；}

4.4 Arduino和其他部件的連接

Arduino通過i/o接口和其他部件連接，控制其運(yùn)行。如對于門鎖的控制Arduino通過i/o接口和繼電器鏈接，進(jìn)而控制舵機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)GPRS接到開門的短信時(shí)，Arduino通過控制相應(yīng)的I/o接口控制繼電器的處于連通狀態(tài)，繼而舵機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)門鎖，即打開門讓客人進(jìn)入。

5 結(jié)束語

通過幾個(gè)月的努力，在這次的科研立項(xiàng)中不僅檢驗(yàn)了我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世?？蒲辛㈨?xiàng)是我們知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程.“千里之行始于足下”，通過這次科研立項(xiàng)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義.我們今天認(rèn)真的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Dale Wheat.Arduino技術(shù)內(nèi)幕[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2] 羅雷.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[3] 陳呂洲.Arduino[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.endprint

2）通過原有的路由器管理頁面，進(jìn)行固件升級(jí)。

3）初始設(shè)置

默認(rèn)的網(wǎng)段為192.168.1.*。將703N用網(wǎng)線和PC相連，且將PC的IP設(shè)置為不為192.168.1.1的任意IP。這里假設(shè)為192.168.1.100，掩碼為255.255.255.0。通過PC，telnet 192.168.1.1后，若可連接。則大功成半。然后將root的密碼進(jìn)行重置。因?yàn)橐胻elnet和SSH的緣故，windows上要安裝putty和配置自帶的telnet，便利起見，推薦直接使用安裝linux的PC。

SSH到703N（ssh root@192.168.1.1）更改網(wǎng)絡(luò)配置。修改/etc/config/network文件，將靜態(tài)IP設(shè)置修改為DHCP。 重啟之后，就可以搜索到名為OpenWrt的無線網(wǎng)絡(luò)了。

4.3 Arduino和GPRS連接

Arduino11、12口與GPRS的RX、TX分別連接，正常的撥打電話，接聽電話，讀取短信（產(chǎn)生控制開關(guān)門命令），發(fā)送某內(nèi)容短信給某電話。讀取短信時(shí)是首先Arduino自己讀一遍，是某個(gè)命令（這里收到“b”就讓電子門鎖工作）就執(zhí)行指定的操作，不是不執(zhí)行，這是遠(yuǎn)程控制操作。

部分代碼如下：

#define SEND_MESSA_TO_YOUR "at+cmgs=＼"***********＼"＼r＼n"

//填入你手上的手機(jī)號(hào)碼

#define SEND_MESSA_CONTENT "Your are under attack！"

#define CALL_YOU_TELNUMBER "ATD***********；＼r＼n"

//填入你手上的手機(jī)號(hào)碼

下面代碼是通過hand（）函數(shù)檢測gprs與Arduino是否連接成功，以方便進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)Arduino控制gprs打電話，發(fā)短信等操作。

int Hand（char *s）

{

delay（200）；

clearBuff（）；

delay（300）；

readSerial（aa）；

if（strstr（aa，s）！=NULL） //檢測Arduino和模塊的連接

{g_timeout=0；

clearBuff（）；

return 1；

}......

}

void AT（void）

{......

while（strstr（aa，"OK"）==NULL）

{

clearBuff（）；

led（1）；

Serial.println（ATE0）；

delay（500）；

readSerial（aa）；

led（0）；

}while（1）

{......

if（（strstr（aa，"0，1"）！=NULL）||（strstr（aa，"0，5"）！=NULL））

{clearBuff（）；

break；

}

else

{delay（500）；

}}}

通過gprs打電話，實(shí)現(xiàn)來訪客人與主人之間的通話。

void send_call（void）

{clearBuff（）；

Serial.println（CALL_YOU_TELNUMBER）； //進(jìn)行撥打電話操作

delay（2000）；

while（Hand（"OK"）==0）；}

4.4 Arduino和其他部件的連接

Arduino通過i/o接口和其他部件連接，控制其運(yùn)行。如對于門鎖的控制Arduino通過i/o接口和繼電器鏈接，進(jìn)而控制舵機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)GPRS接到開門的短信時(shí)，Arduino通過控制相應(yīng)的I/o接口控制繼電器的處于連通狀態(tài)，繼而舵機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)門鎖，即打開門讓客人進(jìn)入。

5 結(jié)束語

通過幾個(gè)月的努力，在這次的科研立項(xiàng)中不僅檢驗(yàn)了我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世?？蒲辛㈨?xiàng)是我們知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程.“千里之行始于足下”，通過這次科研立項(xiàng)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義.我們今天認(rèn)真的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Dale Wheat.Arduino技術(shù)內(nèi)幕[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2] 羅雷.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[3] 陳呂洲.Arduino[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.endprint

2）通過原有的路由器管理頁面，進(jìn)行固件升級(jí)。

3）初始設(shè)置

默認(rèn)的網(wǎng)段為192.168.1.*。將703N用網(wǎng)線和PC相連，且將PC的IP設(shè)置為不為192.168.1.1的任意IP。這里假設(shè)為192.168.1.100，掩碼為255.255.255.0。通過PC，telnet 192.168.1.1后，若可連接。則大功成半。然后將root的密碼進(jìn)行重置。因?yàn)橐胻elnet和SSH的緣故，windows上要安裝putty和配置自帶的telnet，便利起見，推薦直接使用安裝linux的PC。

SSH到703N（ssh root@192.168.1.1）更改網(wǎng)絡(luò)配置。修改/etc/config/network文件，將靜態(tài)IP設(shè)置修改為DHCP。 重啟之后，就可以搜索到名為OpenWrt的無線網(wǎng)絡(luò)了。

4.3 Arduino和GPRS連接

Arduino11、12口與GPRS的RX、TX分別連接，正常的撥打電話，接聽電話，讀取短信（產(chǎn)生控制開關(guān)門命令），發(fā)送某內(nèi)容短信給某電話。讀取短信時(shí)是首先Arduino自己讀一遍，是某個(gè)命令（這里收到“b”就讓電子門鎖工作）就執(zhí)行指定的操作，不是不執(zhí)行，這是遠(yuǎn)程控制操作。

部分代碼如下：

#define SEND_MESSA_TO_YOUR "at+cmgs=＼"***********＼"＼r＼n"

//填入你手上的手機(jī)號(hào)碼

#define SEND_MESSA_CONTENT "Your are under attack！"

#define CALL_YOU_TELNUMBER "ATD***********；＼r＼n"

//填入你手上的手機(jī)號(hào)碼

下面代碼是通過hand（）函數(shù)檢測gprs與Arduino是否連接成功，以方便進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)Arduino控制gprs打電話，發(fā)短信等操作。

int Hand（char *s）

{

delay（200）；

clearBuff（）；

delay（300）；

readSerial（aa）；

if（strstr（aa，s）！=NULL） //檢測Arduino和模塊的連接

{g_timeout=0；

clearBuff（）；

return 1；

}......

}

void AT（void）

{......

while（strstr（aa，"OK"）==NULL）

{

clearBuff（）；

led（1）；

Serial.println（ATE0）；

delay（500）；

readSerial（aa）；

led（0）；

}while（1）

{......

if（（strstr（aa，"0，1"）！=NULL）||（strstr（aa，"0，5"）！=NULL））

{clearBuff（）；

break；

}

else

{delay（500）；

}}}

通過gprs打電話，實(shí)現(xiàn)來訪客人與主人之間的通話。

void send_call（void）

{clearBuff（）；

Serial.println（CALL_YOU_TELNUMBER）； //進(jìn)行撥打電話操作

delay（2000）；

while（Hand（"OK"）==0）；}

4.4 Arduino和其他部件的連接

Arduino通過i/o接口和其他部件連接，控制其運(yùn)行。如對于門鎖的控制Arduino通過i/o接口和繼電器鏈接，進(jìn)而控制舵機(jī)的運(yùn)行。當(dāng)GPRS接到開門的短信時(shí)，Arduino通過控制相應(yīng)的I/o接口控制繼電器的處于連通狀態(tài)，繼而舵機(jī)可以旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)門鎖，即打開門讓客人進(jìn)入。

5 結(jié)束語

通過幾個(gè)月的努力，在這次的科研立項(xiàng)中不僅檢驗(yàn)了我們所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過程中，與同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世?？蒲辛㈨?xiàng)是我們知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過程.“千里之行始于足下”，通過這次科研立項(xiàng)，我深深體會(huì)到這句千古名言的真正含義.我們今天認(rèn)真的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Dale Wheat.Arduino技術(shù)內(nèi)幕[M].北京：人民郵電出版社，2013.

[2] 羅雷.嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[3] 陳呂洲.Arduino[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014.endprint