【文章內(nèi)容簡介】 貴時間。說“鎮(zhèn)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(lián)動控制。智能家居是一個整體的系統(tǒng)，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(tǒng)可實現(xiàn)家居安防的報警點的等級布防，采用邏輯判斷，避免系統(tǒng)誤報警；遙控器或鍵盤對系統(tǒng)布防、撤防，發(fā)生報警，系統(tǒng)自動確認報警信息、狀態(tài)及位置，報警時能夠自動強制占線。1．報警及聯(lián)動功能安裝門磁、窗磁，防止非法入侵，管理系統(tǒng)可通過安裝在住戶室內(nèi)的報警控制器得到信號從而快速接警處理。報警聯(lián)動控制可在室內(nèi)發(fā)生報警時，系統(tǒng)向外發(fā)出報警信息的同時，自動打開室內(nèi)的照明燈光、啟動警號等。2．緊急求助功能室內(nèi)的報警控制器具有緊急呼叫功能，管理系統(tǒng)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(tài)，防止非法入侵，管理系統(tǒng)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(tǒng)信息存檔。4．預設報警功能智能安防系統(tǒng)可預設報警電話。5．設/撤防聯(lián)動控制在家設防模式，安全防范系統(tǒng)可聯(lián)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(nèi)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(tǒng)會自動撥打電話、發(fā)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(jiān)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(jù)現(xiàn)階段住宅規(guī)格，以三室兩廳兩衛(wèi)為對象設計基于ARM單片機的安防監(jiān)控報警系統(tǒng)，可以涵蓋所有基本戶型，在應用時用戶可根據(jù)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(tǒng)架構。 三室兩廳兩衛(wèi)平面圖 系統(tǒng)設備平面設置根據(jù)安防系統(tǒng)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(jù)安防、消防、監(jiān)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(wèi)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(xiàn)周界防范。 監(jiān)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(zhì)。2．溫度探測器*7：主要安裝在客廳、書房及廚房等易于發(fā)生火災，或人經(jīng)?；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(huán)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(wèi)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(wèi)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(fā)生緊急情況（如打劫、突發(fā)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(wèi)住宅模型分析本文全篇是以傳統(tǒng)的三室兩廳兩衛(wèi)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(jù)現(xiàn)階段住宅規(guī)格，以三室兩廳兩衛(wèi)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(jù)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(wèi)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(xiàn)。其中，溫度傳感器主要分布在客廳、書房及廚房等易于發(fā)生火災，或人經(jīng)?；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(xiàn)。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(xiàn)，主要安裝在衛(wèi)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(fā)現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，先介紹了一般的智能家居安防系統(tǒng)所需要的功能，然后再以三室兩廳兩衛(wèi)的戶型為模板進行具體的介紹，根據(jù)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(tǒng)中所起的作用進行了介紹。 第三章 系統(tǒng)方案設計在以三室兩廳兩衛(wèi)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(tǒng)的功能組成，突出本系統(tǒng)的功能化和模塊化的特點。本章對住宅監(jiān)控系統(tǒng)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(zhuǎn)換電路等各個部分進行了詳細的介紹。 方案總體設計 系統(tǒng)框圖本系統(tǒng)以基于cortex一M3內(nèi)核的STM32微控制器為嵌入式主控制器,組建嵌入式控制系統(tǒng)。通過煙霧、門禁等各類型傳感器，對室內(nèi)關鍵目標進行監(jiān)控，并通過TFT液晶顯示器對報警的地點和發(fā)生的時間進行顯示，通過蜂鳴器進行報警 。. 系統(tǒng)結(jié)構框圖本系統(tǒng)通過27個傳感器對室內(nèi)的各個部分進行監(jiān)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(fā)送到stm32處理器，處理器分析判斷后確定是否執(zhí)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(shù)據(jù)信息,另一方面,節(jié)點放置盡量避開容易被災害泱及的區(qū)域保證在突發(fā)事件發(fā)生下系統(tǒng)能盡可能的長時間工作,避免信號強度弱,影響系統(tǒng)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(jié)點能夠采集家庭內(nèi)的溫濕度和光照度等信息,同時把得到的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡發(fā)送到控制中心,實現(xiàn)家庭環(huán)境實時網(wǎng)絡化監(jiān)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(fā)狀態(tài)，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(xiàn)的功能是當室內(nèi)所放溫度傳感器測量的溫度值高于系統(tǒng)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(fā)報警短信,使用戶可以即時消滅災害。防盜模塊實現(xiàn)的功能是當探測到有人進入家中,就會發(fā)出報警短信,保證用戶的人身和財產(chǎn)安全。 STM32與51的對比通過對比傳統(tǒng)的基一卜ARM內(nèi)核的微處理器,以及51系列單片機的性能指標,本系統(tǒng)選用基于Cortex一M3內(nèi)核的微處理器,它是一個低功耗的處理器,具有門數(shù)少,中斷延遲小,調(diào)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(tǒng))。Cortex一M3內(nèi)核微處理器使用了ARMv7一M體系結(jié)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(jié)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(xiàn)上,。為降低器件成本,Cortex一M3處理器采用了與系統(tǒng)部件緊禍合的實現(xiàn)方法,來縮小芯片面積,其內(nèi)核面積比現(xiàn)有的三級流水線內(nèi)核縮小了30%。Cortex一M3處理器實現(xiàn)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(tǒng)的基于ARM內(nèi)核的微處理器相比,Cortex一M3處理器具有以下優(yōu)勢:（1）小的處理器內(nèi)核、系統(tǒng)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(zhàn)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(tǒng)調(diào)試功能,可加快開發(fā)進程。（7）沒有匯編代碼要求,簡化系統(tǒng)開發(fā)。（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(tǒng)開發(fā)過程快捷方便,是Cortex一M3處理器相對于ARM處理器的明顯優(yōu)勢,這也是本嵌入式系統(tǒng)在設計過程中主要關注的性能指標之一。與傳統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的可能性,因此排除了51系統(tǒng)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?guī)в懈嗟钠瑑?nèi)RAM以及更豐富的外設。STM32F105和STM32F107是最新一代的產(chǎn)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(xié)議的以太網(wǎng)接口。STM32F101標準型系列處理器是STM32的入門級產(chǎn)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(yōu)秀的控制和連接能力。STM32F103增強型系列的產(chǎn)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(nèi)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(xiàn)控制以及聯(lián)接功能。STM32在使用同一個平臺進行多個項目設計開發(fā)來說是一種極好地選擇。在STM32全系列的產(chǎn)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(fā)的處理器,也有能滿足高端復雜應用開發(fā)的處理器。STM32F10X系列處理器內(nèi)部集成有大量的外設接口,令它能夠廣泛地運用于工業(yè)控制、建筑安防、信息家電和數(shù)碼產(chǎn)品等領域。本系統(tǒng)選用的STM32F103VET6屬于STM32增強型系列的芯片,封裝采用的是LQFP144結(jié)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(tǒng)ARM處理器和傳統(tǒng)51單片機的性能,本系統(tǒng)最終選用了基于Cortex一M3內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)及圖像處理程序?qū)μ幚砥鬟\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(tǒng),存儲圖像數(shù)據(jù),燒寫系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行時可選擇停止模式,節(jié)約了能源和使用成本。(4)多達112個快速1/0端口,本系統(tǒng)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(tǒng)要求。(5)多達5個USART串行接口,本系統(tǒng)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(tǒng)的要求。此外,STM32F103還具有2個12位的us級的A/D轉(zhuǎn)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(tǒng)功能的擴展和性能的提升提供了可能。 最小系統(tǒng)原理圖最小系統(tǒng)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(tǒng)時鐘的選擇是在啟動時進行，復位時內(nèi)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(jiān)控的4~16MHz時鐘；當檢測到外部時鐘失效時，它將被隔離，系統(tǒng)將自動地切換到內(nèi)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(qū)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(qū)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(tǒng)存儲器自舉 3．從內(nèi)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(tǒng)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(tài)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(wěn)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(xiàn)，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(chǎn)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(jié)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 = ～