基于嵌入式的无线智能家居近远程监控系统

.2 传感器数据采集与数据分析

传感器是将外界信息转换成电信号的装置，其中的电信号包括数字信号和模拟信号，数字信号可以通过电气隔离直接送给单片机或微型计算机进行处理，模拟信号则利用数据采集系统将多路被测量值转换成数字量，再经过单片机或微型计算机进行数据处理，实现实时测控。数据采集电路如图4所示。

1.1.4 GSM无线通讯模块

本方案的智能家居远程控制器，是利用GSM(Global System for Mobile Communications)移动通讯网络中的手机短信业务来实现家居环境的遥控与遥测。主要功能包括对家居环境安防的监测以及对家用电器设备的远程遥控。GSM模块是智能家居远程控制器与用户手指设备交互的核心模块，该模块在MCU控制下工作。GSM模块采用西门子公司的TC35。由于TC35具有波特率自适应的特点，设定ARM串口的波特率为9600/bps。利用ASCII吗进行短消息的发送，实现家居环境参数的传递;对短消息内容进行解码，根据命令约定，可实现对家用电器开关的控制。系统上电后，首先检测SIM卡的有效性，在确定GSM正常工作后，对家居环境下的传感器进行依次检测。对于数字量传感器，只需要判断传感器输出电平的状态就可以了。对模拟量传感器异常的判定依据，则利用阀值设定法进行，并利用滑动平均滤波的法，以提高报警的准确性。当有危情出现时，ARM利用AT指令，通过TC35完成短信的发送，并判断短信是否成功发送。在用户接收到报警信息后，可以利用短信控制某路电器的开关状态。例如，在本系统中如果出现煤气泄漏，MQ2传感器要一边向ARM发出信号切断煤气通道，一边向GSM模块发出信号通知主人。

1.1.5 wifi无线通讯

Wifi(wireless fidelity，无线保真技术)即IEEE802.11协议，是一种断成无线传输技术，能够在数百英尺范围内支持互联网接入的无线信号。它的无线电波的覆盖范围广，半径可达100米，甚至可以覆盖整栋大楼。此外，wifi的传输速度很快，最高可达54Mbps。

wifi定义了两种类型的设备。一种是无线站，通常通过一台PC机加上一块无线网卡构成。另一种称为无线接入点(Access Point，AP)，它的作用是提供无线和有线网络之间的桥梁。Wifi定义了两种模式：infrastructure模式和ad hoc模式。Infrastructure模式，即无线网络至少有一个有线网络连接的无线接入点，还包括一系列无线的终端站。Ad hoc模式，也称为点对点模式(pearto pear模式)或IBSS(Independent Basic Service Set)。

1.1.6 nRF24L01无线组网方案

整个系统采用星形拓扑结构，以一个嵌入式微处理器和主控无线模块为中心，各个家电端为被控端。组网方案如下图1.2控制系统软件设计

1.2.1 操作系统与开发环境

ARM嵌入式服务器采用微软的WindowsCE 5.0系统。服务器采用Microsoft Embedded Visual C++4.0开发。这个软件是微软公司针对WinCE系统推出的开发工具。

1.2.2 端口映射

GPIO是ARM芯片最基本的输入输出通道，是控制各种电器的通道。在ARM9平台上，Windows CE系统将GPIO的实地址(例如2440的GPIO的基地址为0x56000000)映射到虚拟地址空间(CPIO对应为0xB1600000)，这样，通过对这段虚拟地址空间的操作，就能够完成对GPIO或者其他片内资源的控制、输入输出工作。

1.2.3 网络通信

本系统运用TCP/IP网络的API，通过UDP连接，利用数据报式套接字Socket(SOCK_DGRAM)进行数据传输。服务器和终端都具有发送和接收功能，可以实现双工通信，从而远程监测和改变用电器使用状态。

1.2.4 手机与PC上的程序

由于服务器是对消息产生相应，手机和PC只需利用SOCKEI套接字，发送相应的网络消息即可。但要实现实时监测功能，手机和PC也需要能够接收网络消息。手机的系统是Windows Mobile 6.0，开发环境是Microsoft Visual Studio 2005开发。PC的系统是WindowsXP，开发环境是Microsott Visual C++6.0。

2 系统测试方案及测试结果

系统在调试过程中，先进行各部分的调试，再进行统调。以下为统调后的测试方案及测试结果。

nRF24L01无线组网测试：NRF24L01无线通信点对点通信收发程序，据实测，该无线通信板，没有加PA，通信距离室内60米左右，室外空旷地带可达80米。由于防止其他组别的nRF24L01通讯干扰，采用跳频通讯，也达到同上点对点的实测效果。在有障碍物的情况下，基本能达到本项目的传输控制距离要求。

PWM调节LED灯管测试：从示波器观测，通过对nRF24L01无线模块传输过来的特征值进而改变Atmega16L的OCR0能在固定的频率调节占空比，占空比变化明显，实测对LED灯的PWM控制也达到预期效果。

声控灯测试：当把光敏二极管给遮住时