【文章內(nèi)容簡介】 本章主要對智能家居發(fā)展情況和智能家居安防系統(tǒng)作了介紹，主要包括智能家居系統(tǒng)的主要功能的介紹以及智能家居在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，并對智能家居的發(fā)展前景做了講解。智能家居雖然誕生于上世紀(jì)，但是智能家居行業(yè)在國內(nèi)發(fā)展的時(shí)間還不是很長，隨著國內(nèi)相關(guān)的政策發(fā)布和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能家居取得的成就是無可非議的，但是智能家居各方面的功能也還不是很完善，智能家居安防系統(tǒng)就是一例，所以在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮到很多實(shí)實(shí)在在的問題，例如系統(tǒng)集成化問題。從當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來看，各類智能家居的安全防范措施的發(fā)展還處于起步階段，各有利 弊，這就需要我們對這些進(jìn)行總結(jié)，探索一種安全系數(shù)較高、價(jià)格較低的安防系統(tǒng)，從而為人們提供一個(gè)安全、舒適的生活環(huán)境。所以本設(shè)計(jì)才針對家居安全系統(tǒng)的問題做研究。 第 11 頁（共 30 頁） 第二章 智能家居紅外探測系統(tǒng) 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 智能家居紅外入侵終端主要部署在居家環(huán)境并用于異常行為的探測與識別，并通過家居環(huán)境中的 WIFI 路由器接入網(wǎng)絡(luò)，再由互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)平臺向注冊的居家者智能手機(jī)發(fā)送預(yù)警信息，預(yù)警的方式可以是短信、或第三方應(yīng)用，系統(tǒng)總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 圖 21 總體設(shè)計(jì)拓?fù)鋱D 有陌生人進(jìn)入到紅外探測器的監(jiān)測范圍時(shí)，紅外傳感器采集信號并立即向 MCU 主控制器發(fā)出信號， MCU 接收到信號后之后，將發(fā)送指令開啟視頻設(shè)備對圖像采集器進(jìn)行初始化并拍攝圖像，接著把處理后的圖像數(shù)據(jù)通過 WIFI 網(wǎng)絡(luò)上傳到上位機(jī)，如果經(jīng)上位機(jī)的判斷后確認(rèn)是入侵信號，立即啟動聲光 報(bào)警器。如果用戶想主動查看家里情況，則可以直接調(diào)看上位機(jī)接收的圖像數(shù)據(jù)。 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是會對采集的信號先做判斷，然后通過判斷過后確認(rèn)是否要采取相應(yīng)的報(bào)警措施，而不是“盲目”的報(bào)警，能夠體現(xiàn)出一定的合理性和便利性。 終端設(shè)備 WIFI 路由器 入侵報(bào)警智能終端 入侵報(bào)警智能終端 入侵報(bào)警智能終端 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 第 12 頁（共 30 頁） 終端總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的整體工作過程如 22 圖所示。 圖 22 總體設(shè)計(jì)框圖 本設(shè)計(jì)的主要模塊包括紅外探測模塊， WIFI 通信模塊，攝像頭模塊， LED 顯示模塊等。 HRSR501 人體紅外感應(yīng)模塊 HRSR501 是紅外線技術(shù)的 紅外感應(yīng) 模塊， 它采用了 LHI778 探頭設(shè)計(jì)， 電平輸出 為高電平， 0V 為低電平，延時(shí)時(shí)間為 5— 200ms。主要功能特點(diǎn)是 全自動感應(yīng) :當(dāng)感應(yīng)到人體信號后輸出高電平，沒有信號時(shí)或是信號消失后則自動延時(shí)輸出低電平。 不可重復(fù)觸發(fā)方式 :這種方式是檢測到信號后輸出高電平，但是輸出過后會自動延時(shí)關(guān)閉高電平?？芍貜?fù)觸發(fā)方式： 這種方式是檢測到信號后會輸出高電平，如果信號一直存在，高電平會一直持續(xù)，只有信號消失后才會延時(shí)輸出低電平。 ESP8266WIFI 模塊 ESP8266無線 WIFI模塊它可以實(shí)現(xiàn)串口或者 TTL電平轉(zhuǎn)換成 WIFI信號，串口 WIFI模塊是完全符合 WIFI無線通訊協(xié)議的模塊，它內(nèi)部的協(xié) MCU主控制器模塊 電源模塊 信號檢測模塊 聲光報(bào)警電路模塊 LED 顯示模塊 攝像圖像采集模塊 WIFI模塊 上位機(jī) 第 13 頁（共 30 頁） 議是 TCP/IP協(xié)議，這樣就可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。組網(wǎng)模式有基于自組網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)和基于 AP組建的基礎(chǔ)無線網(wǎng)絡(luò)兩種。它的無線標(biāo)準(zhǔn)是 b/g/n 標(biāo)準(zhǔn)， 頻率工作范圍是 ，它 支持 STA/AP/STA+AP 三種工作模式 ，硬件接口有 UART,IIC,PWM,GPIO,ADC等支持 UART/GPIO數(shù)據(jù)通信接口 ，它內(nèi)置了 TCP/IP協(xié)議棧。 ESP8266WIFI模塊的芯片 8266內(nèi)置了高速緩存，所以 ESP8266具有很高的靈敏度。 PTC06 微型串口攝像頭模塊 PTC06 微型串口攝像頭 是一款具有視頻采集和圖像壓縮功能的攝像頭 ，圖像輸出標(biāo)準(zhǔn)為 JPEG/MJPEG 格式，采用 TTL 和 UART 通信接口，信噪比為 45DB 圖像像素為 30 萬，工作電流 100MA，電壓為 5V。波特率有四種可選，能滿足大部分需求，攝像頭的通訊協(xié)議的指令均為 16 進(jìn)制，復(fù)位指令為 56 00 26 00，返回 76 00 26 00 +dsp信息；拍照指令為 56 00 36 01 00 返回 76 00 36 00 00，讀取圖片數(shù)據(jù)指令為 56 00 32 0C 00 0A 00 XX XX 00 00 YY YY 00 FF 返回76 00 32 00 00 FF D8 FF D9 76 00 32 00 00。 PTC06 微型串口攝像頭的拍照流程為上電，延時(shí) 秒，設(shè)置拍照圖片大小指令，復(fù)位指令，發(fā)送圖片拍照指令，發(fā)送讀取圖片數(shù)據(jù)指令。由于該模塊 采用的芯片與器件 是能夠自動完成數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理 ， 所以具有很高的性能 。 LCD1602 顯示模塊 LCD1602 是一種字符型的顯示數(shù)字和字母字符的液晶顯示器，它可以顯示 2x16 個(gè)字符。同時(shí)在它的內(nèi)部也已經(jīng)定義了 160 個(gè)不同的字符圖形，通過對液晶的信號線進(jìn)行相應(yīng)的操作，便可以實(shí)現(xiàn)液晶第 14 頁（共 30 頁） 顯示不同的字符。 LCD1602 共有 16 個(gè)引腳，其中兩個(gè)是電源和地，采用 +5V 供電， VO 腳用來調(diào)節(jié)液晶的對比度，可以和一個(gè) 10K 的電阻相連來實(shí)現(xiàn)對比度的調(diào)節(jié)。 RS 信號線通過高低電平來確定選擇讀取內(nèi)部的數(shù)據(jù)寄存器還是程序寄存器。 RW 信號線也是通過高低電平來確定是讀信號線還是寫信號線。 E 為使能端，當(dāng)給 E 一個(gè)下降沿脈沖，液晶模塊就可執(zhí) 行程序， D0～ D7 為 8 位數(shù)據(jù)線，可用來傳輸要顯示的數(shù)據(jù)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了本設(shè)計(jì)的總體方案結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案以及所涉及的主要功能模塊。主要功能模塊包括了 HRSR501 紅外人體感應(yīng)模塊、 ESP8266WIFI 模塊、串口攝像頭模塊、 LCD160 顯示模塊等。主要的功能包括了紅外人體感應(yīng)模塊的信號采集功能， WIFI 模塊的建立網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸功能，攝像頭圖像采集的功能以及通過顯示模塊顯示數(shù)據(jù)和信息的功能。 第三章 主要 應(yīng)用 技術(shù) 主要技術(shù)介紹 本設(shè)計(jì)主要涉及到的技術(shù)有無線通信技術(shù)、 圖像采集技術(shù)、紅外技術(shù)、串口通信技術(shù)、 TCP/IP 協(xié)議等。 WIFI 通信技術(shù) WiFi 技術(shù)也被稱為 ，它 是無線局域網(wǎng) 聯(lián)盟（ WLANA）的一個(gè)商標(biāo)， 無線局域網(wǎng)是采用載波偵聽的方式來控制網(wǎng)絡(luò)第 15 頁（共 30 頁） 中信息的傳送。 WiFi 通過 CSMA/CA 技術(shù)和 RTS/CTS 技術(shù) 的結(jié)合，可以有效的 避免網(wǎng)絡(luò) 發(fā)生 沖突， 還 可以提高網(wǎng)絡(luò) 利用 效率。 CSMA/CA協(xié)議就是在發(fā)送 數(shù)據(jù) 之前先對信道進(jìn)行預(yù)約 ，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)，RTS/CTS 協(xié)議請求發(fā)送 /允許發(fā)送協(xié)議，相當(dāng)于 連接 協(xié)議 ，只有請求獲得同意后才能發(fā)送或者接受數(shù)據(jù)。 WIFI 運(yùn)作模式分為兩種 ： (1)一對一方 式 ： 是指 一對一的連接 通信方式 ，也就是計(jì)算機(jī)跟計(jì)算機(jī)之間的無線網(wǎng)絡(luò)連接。 (2)普通 模式 ： 是 一種廣域無線網(wǎng)絡(luò)組建的通信方式 ， 也包括無線和有線同時(shí)存在是的一種通信方式，這種方式也是WIFI 通信經(jīng)常選擇的通信模式 。 無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)范是 在 IEEE 網(wǎng)絡(luò)規(guī)范 的基礎(chǔ)上進(jìn)行的全面升級 ， 它的 最高帶寬為 11 Mbps，大大的高于 的寬帶。 在信號 不強(qiáng)或者是不穩(wěn)定的時(shí)候 ， 可通過自動調(diào)整能夠?qū)?帶寬 調(diào)整為 、 2Mbps 和 1Mbps 三種。所以能 有效地 提供 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。 圖像處理技術(shù) 圖像采集是指通過視頻探頭進(jìn)行圖像拍攝。圖像采集過后的圖像數(shù)據(jù)量太大，需要 通過 壓縮編碼過后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)壓縮實(shí)際是一個(gè)編碼的過程，而數(shù)據(jù)解壓縮是數(shù)據(jù)壓縮通過逆向方式將數(shù)據(jù)還原。圖像的處理技術(shù)主要是通過特定的算法對圖片進(jìn)行壓縮和編碼，主要有有損和無損壓縮編碼兩種算法。 無損壓縮算法 通過得到 相鄰像素值的差， 然后對其 進(jìn)行 壓縮 編碼。有損壓縮算法大都采用圖像交換的 方式進(jìn)行圖像壓縮。常用的壓縮方式有霍夫曼編碼，行程長度編碼，預(yù)測編碼等?；舴蚵幋a是基于概率統(tǒng)計(jì)理論的可變字長的編碼方法。第 16 頁（共 30 頁） 它的實(shí)現(xiàn)原理是在可變字長編碼中對出現(xiàn)概率大的字符編碼成短字長編碼，出現(xiàn)概率小的符號編碼成較長的字長?；舴蚵幋a的優(yōu)勢是編碼簡單，缺點(diǎn)是解碼時(shí)必須要知道所使用的碼表。行程編碼的原理是在圖像數(shù)據(jù)中查找連續(xù)重復(fù)的數(shù)值，然后用兩個(gè)字符替換重復(fù)的數(shù)值。比如“ xxxxvvvhhhhssss” =“ 4x3v4h4s”,這種方式的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)數(shù)據(jù)量重復(fù)數(shù)值較多是，可以減少數(shù)據(jù)量，但是當(dāng)重復(fù)數(shù)值較少時(shí)候效果較 差。預(yù)測編碼是根據(jù)已編碼的參考像素來預(yù)測當(dāng)前的像素值，然后對當(dāng)前的像素值和預(yù)測值之差進(jìn)行編碼，主要是用于差值較大時(shí)進(jìn)行差量化編碼。它的缺點(diǎn)就是編碼數(shù)據(jù)不太精確，只適合粗量化編碼。 紅外傳感技術(shù) 紅外技術(shù)是通過對紅外輻射的產(chǎn)生以及測量應(yīng)用的技術(shù)。紅外輻射本質(zhì)上是一種熱輻射。紅外輻射是只要存在溫度的任何物體都會產(chǎn)生的物質(zhì)，帶溫度的物體會以紅外線的方式向外輻射能量，一個(gè)物體向外輻射的能量大部分是通過紅外線輻射這種形式來實(shí)現(xiàn)的。輻射出來的紅外線于溫度是非常相關(guān)的，溫度越高，輻射是能量也就越高。而紅外輻射探測器就是利用紅外輻射原理一種探測器。紅外線被物體吸收后將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。熱探測器正是利用了紅外輻射的這一熱效應(yīng)。按照功能 可以 分成 四 類：輻射計(jì) 、探測 系統(tǒng) 、 熱成像系統(tǒng) 、 紅外測距系統(tǒng) 。 TCP/IP 協(xié)議 TCP/IP 協(xié)議集是由傳輸控制協(xié)議 TCP 和網(wǎng)際協(xié)議 IP 為代表的協(xié)議集。它的作用范圍是在網(wǎng)絡(luò)中傳遞、管理信息。 TCP/IP 協(xié)議 定義了 各種標(biāo)準(zhǔn)，包括設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn) 。 TCP/IP 協(xié)議第 17 頁（共 30 頁） 采用了 4 層的結(jié)構(gòu) ： 網(wǎng)絡(luò) 接口層 、互聯(lián)網(wǎng)層、傳輸層和應(yīng)用層 。 網(wǎng)絡(luò)接口層負(fù)責(zé)把協(xié)議包放到網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)上。 互聯(lián)網(wǎng)層 (Inter Layer)是 由 IP、 ARP、 ICMP 和 IGMP