1、 基于 arm 单片机住宅监控系统 第 I 页 装 订 线 摘 要 智能家居是使用居民住宅作为平台，并使用计算机网络、通信技术、自动化技术把和家居生活相关的设施通过网络连接在一起，能够为居民提供更安全、舒适、有效和便利的居住环境。本文在研究了目前国内外智能家居发展现状的基础上， 以传统的三室两厅两卫户型为研究对象 ，提出了智能家居的住宅监控系统设计方案。 论文论述了 智能家居的背景、发展历史和国内外的发展状况 以及未来的发展趋势 ， 分析了智能家居的功能需求和 消防 安防系统 具体功能 的 需求 。对 作为整个系统的处理器 的 stm32 芯片的功能， 传 感器 型号的选择和其工作原理 ，组成
2、系统的各个硬 件模块和软件模块进行了介绍， 详细阐述了它们的的工作原理和工作流程。 最后 经过测试表明，系统整体可行。 系统具有声光报警功能、故障追忆功能、报警信息显示功能等，其中通过信息存储读取和 ucGUI 图形库的移植相结合的方法使得故障追忆功能得以实现与为本系统的重点所在。本系统的工作原理为 当传感器被触发后，向单片机发出报警信号指令，单片机 接受信息， 控制声光报警模块 动作 ，并在显示屏上显示是在什么时间哪个房间发生什么样的灾情 ，同时，系统可以进行故障追忆。 关键词 ：智能家居，单片机， 安防 消防 ，故障追忆，事故报警 Abstract 基于 arm 单片机住宅监控系统 第 I
3、I 页 装 订 线 Smart Home is a residential use as a platform, and using a computer network, communication technology, automation technology and home life of the related facilities connected together via a network, can provide residents with safe, comfortable, efficient and convenient living environment.
4、Based on the study of the status quo of the development of the smart home in a traditional three rooms two hall two guard units for the study, proposed residential smart home monitoring system design. Paper discusses the background, history and development of intelligent home and abroad as well as f
5、uture trends, analyzes the smart home of the functional requirements and fire security systems specific functional requirements. Of the system as a whole stm32 processor chip function, sensor type selection and how it works, the various components of the system hardware modules and software modules
6、were introduced, it elaborated their works and workflow. Finally, functional testing to verify the feasibility of the program. System with sound and light alarm, fault recall function, alarm information display function, which is read by information storage and transplantation ucGUI graphics library
7、 combining method makes fault recall functionality is achieved with this system is the focus. The system works when the sensor is triggered after issuing an alarm signal to the microcontroller command, the microcontroller to receive information, control the sound and light alarm module operation, an
8、d displayed on the screen is what kind of disaster which room at what time, at the same time, the system can fail to recall. KEY WORDS: smart home, single chip microcomputer , security and fire,failure recall ， accident alarming 基于 arm 单片机住宅监控系统 第 III 页 装 订 线 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题研究背景及意义 . 1 1.1.1 课题
9、研究背景 . 1 1.1.2 课题研究意义 . 2 1.2 国内外研究现状及发展方向 . 2 1.2.1.国外智能家居的发展状况 . 2 1.2.2 国内研究 及发展状况 . 4 1.2.3 智能家居主要发展方向 . 5 1.3 论文研究工作及论文结构 . 6 1.3.1 论文研究工作 . 6 1.3.2 论文结构 . 7 第二章 智能家居的监控需求分析 . 8 2.1 智能家居系统的需求分析 . 8 2.2 智能家居安防功能需求 . 10 2.3 住宅选型和配置需求分析 . 11 2.3.1 住宅户型选择 . 11 2.3.2 系统设备平面设置 . 12 2.3.3 三室两厅两卫住宅模型分析
10、 . 13 2.4 本章小结 . 13 第三章 系统方案设计 . 14 3.1 方案总体设计 . 14 3.1.1 系统框图 . 14 3.1.2 STM32 与 51 的对比 . 15 3.1.3 最小系统 . 17 3.2 系统各模块介绍 . 19 3.2.1 传感器型号选则 . 19 3.2.2 传感器与单片机连接原理图 . 21 3.2.3 声光报警模块 . 23 3.2.4 时钟模块 . 23 3.2.5 电源模块 . 24 3.2.6 显示模块 . 25 3.2.7 按键 . 27 基于 arm 单片机住宅监控系统 第 IV 页 装 订 线 3.3 本章小结 . 27 第四章 智能
11、家居监控系统的软件设计 . 28 4.1 软件的设计思想和流程 . 29 4.4 各个模块软件的设计 . 30 4.4.1 显示模块的设计 . 30 4.4.2 单个传感器的工作流程 . 31 4.4.4 故障追忆功能 . 32 4.5 本章小结 . 33 第五章 功能测试 . 34 5.1 初始界面（ MODE1） . 35 5.2 报警信息显示界面（ MODE2） . 36 5.3 故障追忆功能 . 36 5.4 清屏功能 . 37 第六章 总结与展望 . 39 6.1 总结 . 39 6.2 展望 . 39 致谢 . 40 参考文献 . 41 附录 1. 43 附录 2. 44 附录 3
12、. 45 附录 4. 46 基于 arm 单片机住宅监控系统 共 49 页 第 1 页 装 订 线 第一章 绪论 1.1 课题研究背景及意义 1.1.1 课题研究背景 信息社会的发展 ,日益影响到人们的日常生活。一个最明显的表现就是计算机和信息家电在人们的日常生活中发挥越来越重要作用。有 鉴于此 ,人们提出了智能家居的概念。智能家居 (Smart Home)系统广泛使用各项高新技术 ,以达到实现智能化、人本化的集成型家居系统的目的。它是一个开放的、把宽带互联网、信息家电、家居自动化和家庭安全防护防盗有机地结合到一起的系统。智能家居系统可根据用户需求进行裁剪或增加 ,具有良好的可扩展性和适应性。
13、智能家居系统未来的发展方向是智能化和网络化。 计算机和通信技术的巨大发展 ,提高了企业效率 ,改变了人们的工作方式 ,但在人们的日常生活和家居环境方面 ,却很少得到应用。与此同时 ,各种信息家电的出现 ,使得品种日益增多 ,反而分散了人们的控制范围 ,这种分散控制势必会给人们带来不便。这样 ,作为社会组成基本单元之一的家庭 ,几乎成为信息时代的孤岛。随着人们日益关注家居环境 ,人们开始考虑在家居环境中 ,组建一个信息网络 ,将各种信息家电和通信产品等结合在一起 ,组成一个有机成体 ,进而实现对家电设备进行集中管理或远程控制与管理 ,并且能实现信息的交流 ,实时地为人们提供当前家居环境的各类信息
14、。 智能家居设计的最终目的是让人们所生活的家庭更舒适、更方便、更安全。为达到这一目的 ,在技术上 ,智能家居系统主要是以一个中央微处理器 (CPU)接收来自相关电 子电器产品的信息后 ,再以既定的程序发送适当的信息给其他电子电器产品或用户终端 ,从而达到信息传递和控制传递的目的。中央微处理器必须通过一种或多种介质来控制家中的电子电器产品 ,这些介质既可以是手机、键盘 ,又可以是触摸屏、按钮、电视屏幕、电脑显示器等。消费者通过这些介质来发送信号至中央微处理器 ,或接受来自中央微处理器的信号。 而在智能家居中，安防又扮演着一个不可或缺的角色。在当今， 安全是一个社会和企业赖以生存和发展的基础，尤其
15、是在现代化技术高度发展的今天，犯罪更趋智能化，手段更隐蔽，加强现代化的安防技术就显得更为 重要。安全防范技术就是在这个意义上发展起来的，它是电子技术、传感器技术、计算机技术和现代通信技术等高科技技术相结合的产物。它在预防和打击犯罪，维护社会治安，预防灾害事故，减少国家、集体财产和人民生命所受的伤害等方面起到了一般防范手段难以起到的作用。 安全防范技术系统和产品是预防和打击犯罪以及预防灾害事故发生的锐利武器，是社会治安综合治理的重要内容，它将使我们逐步告别一把锁头保平安的时代。利用基于 arm 单片机住宅监控系统 共 49 页 第 2 页 装 订 线 安全防范技术进行安全防范首先对犯罪分子有种威
16、慑作用，使其不敢轻易动手。如安防系统能及时发现犯罪分子的作案时间和地点，所 以对预防犯罪相当有效。其次，一旦出现了入侵、盗劫等犯罪活动，安全技术防范系统能及时发现，及时报警 。 1.1.2 课题研究意义 在我国 , 现今国内的智能家居安防水平还不理想，有待进一步发展，而且目前还没有真正意义上的智能家居出现 ,但是随着计算机和信息家电的日益普及 ,人们对智能家居的了解和需求也会越来越多。由此可见 ,智能家居正日益进入人们的日常生活。如何建立一个效率高、成本低的智能家居系统 ,己经成为当今社会的热点问题。作为智能家居系统的一个分支 ,对家居环境进行监控和获得当前家居环境的各项重要信息 ,也获得了
17、人们越来越多的重视。因此，基于这些考虑 ，本课题主要研究基于 arm单片机的智能家居安防和智能控制解决方案，采用 ARM 公司的 stm32f103 芯片及红外传感器、温度传感器等各类型传感器对家庭内各部分的情况进行 布点实时 监控。同时能够给在家里的人提供家庭安全监控，使人们在家里的时候可以及时的了解自己家庭的安全状况，及时做出分析与判断 ,从而消除后顾之忧 ,提高工作效率和 休息质量。系统设计思想新颖 ,应用前景良好 ,研究成果可以应用于汽车、公司、办公室、仓库等场合的远程监控 ,具有良好的应用前景，为日后在家居智能控制、安全防范 方面的研究开发工作提供了良好的实验平台。 1.2 国内外研
18、究现状及发展方向 1.2.1.国外智能家居的发展状况 国外在智能家居方面起步较早 ,再加上其微电子技术、计算机技术、嵌入式技术 等较国内都领先很多 ,所以在智能家居系统的理论上 ,以及与之配套的产品 ,尤其是智能家电、信息家电产品的生产和标准制定上都具有很多优势 ,普及程度和人们的认 同度也比较高 自从世界上第 1 幢智能建筑 1984 年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案 ,并有着广泛地应用 和发展 。 智能化住宅小区在发达国家起步较早 ,始于 20 世纪 80 年代 ,装备有各种通信、家电、安保等设施 ,通过总线技术应用计算机
19、和信息技术 ,实现监视、控制与管理等智能功能。 新加坡模式的家庭智能化系统包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和系统软件配置等。那么，什么是智能化家居？ 几年前一些经济比较发达的国家提出了 “智能住宅 ”的概念，住宅智能化是智能家基于 arm 单片机住宅监控系统 共 49 页 第 3 页 装 订 线 居的先导，智能家居是住宅智能化的核心。那么达到一个什么样的标 准才可以称之为智能化家庭呢？智能化家庭与智能大厦概念与定义一样 至今尚没有取得一致的认同。美国电子工业协会于 1988 年编制
20、了第 1 个适用于家庭住宅的电气设计标准，即家庭自动化系统与通讯标准也有称之为家庭总线系标准（ HBS）；我国也从 1997年初开始制定小康住宅电气设计（标准）导则（讨论稿）在导则中规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求：高度的安全性，舒适的生活环境，便利的通讯方式，综合的信息服务，家庭智能化系统。同时也对小康住宅与小区建设在安全防范、家庭设备自动化和通讯与网络配置等方面提出 了三级设计标准，即：第一级为 “理想目标 ”，第二级为 “普及目标 ”，第三级为 “最低目标 ”。 在发达国家 ,智能化的居住小区己经形成了规模 ,国际上也已经制定了相关的一些质量认证体系 ,而这些就我们过家的技
21、术水平和先进技术还是有一定差距的。美国、意大利、西班牙等发达国家的产品 ,很大的一部分已经通过国际质量认证 ,从而在国际市场的竞争优势是相当明显。美国的朗讯公司、西蒙公司、奥地利公司等已经拥有家庭综合布线系统的成熟产品 ,但是其造价却是很昂贵的。国外智能家居系统中比较有代表性的有 : （ 1） NEYWELL 公司的智能家庭产品 :它可以通过设在家庭内的控制主板、电话或连网的计算机来监控智能家居的保安系统、灯光系统、智能家用设备和智能温控设备。 （ 2） JDS 推出的 STARGATEJI 家居智能系统 它集中了室温调节、安保、灯光照明、家庭影院、视频 /音频、监控、灌溉等系统 ,它还允许在
22、线更新控制程序 ,进行在线软件升级。 （ 3） HAL 公司的 ALDELUXE 智能家居系统 : 它在 PC 机上集成了家居系统的所有控制 ,包括灯光、空调、电话、安保系统、家庭影院和互联网系统等。在任意地点 ,使用者都可以通过声控对这些系统实施远程控制。 （ 4） Vantage(旺帝 )公司出品的 Vantage 家居自动化系统 : Vantage 是唯一一家同时与微软、工 NTER 和惠普合作的智能家居品牌。其家居控制系统是把被控制的设备群视为一个有机的整体 ,既对它们分别进行相对独立的有针对性的控制 ,又能协调它们共同完成某项工作 ,所以功能非常强大 ,而且质量可靠。整个控制系统完全
23、实现设备及功能的模块化 ,组建系统非常灵活、易升级、易扩展、性价比极高。 （ 5） Honeywell 最近推出的单户型智能家居 (HRIS 1000 系列 ),这套面向单户家庭的智能家居系统是 Honeywell 在智能控制和能源管理 技术领域的核心优势产品 ,用户可以按照自己的意愿配置智能家居功能 ,可以通过互联网、手机以及 WiFi 无线终端随时随地进行设置和控制 ,是高端人士畅享安心、舒适、节能高品位生活的新型智能家基于 arm 单片机住宅监控系统 共 49 页 第 4 页 装 订 线 居解决方案。 1.2.2 国内研究及发展状况 二十世纪 90 年代中后期 ,国内的智能小区逐步兴起
24、,我国的智能化住宅和智能化小区建设 ,最初始于广州、深圳和上海等沿海开放城市 ,逐步向内地扩展。近年来 ,人们对智能小区的热情空前高涨 ,一时间全国上下许多大中城市的房地产商都将自己开发兴建的住宅小区标以 “智能小区 ”,智能住宅成了房地产商开发销售的 热点和卖点。但由于智能化家居缺乏统一的技术标准 ,智能化相关产品不成熟 ,房地产开发商贪大求全 ,盲目追求智能化以及专业知识欠缺导致的鉴别能力不足等原因 ,造成部分建成的小区智能化系统运行不正常 ,系统性价比低下 ,所使用的系统与设备不符合标准化及开放性的要求。 从设计思想和技术角度分析 ,国内厂家主要有二个方向 :一是基于 PC 平台的家庭安
25、防系统 ,以联想集团的家居安防系统为代表 ;二是基于嵌入式平台的家居安防系统 ,嵌入式系统以其成熟的技术优势、低廉的价格成为近年研究的热点。嵌入式技术在信息家电中的应用 ,已成为最大的研究领域 ,冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。 在国内从事生产智能化家居的企业中 ,由近几年从安防产品转移过来的中小企业占多数 ,国内一些传统家电业的巨头如海尔、创维、 TCL、科龙、海信等也开始进入智能化家居产业市场 ,并将嵌入式技术在智能家居技术中厂 泛应用 ，而其他公司，像联想、 360、小米 等，也都纷纷开始了自己关于智能家居及其相关的各种智能产品的研究， 相比于大部分做智能
26、家居公司采用国外的技术和产品来说，在我国尚未形成一定的国家标准的情况下，这些公司大胆的推出了自己的产品： （ 1） 小米智能家 庭 作为近几年兴起的小米公司，企业在致力于发展手机的同时，也以手机为依托走上了智能家居的道路，它的理念 “就是简单，迄今为止最便捷的智能家庭 APP ”，其产品：小米智能摄像机智能插座，电灯，遥控器等。 致简连接，轻松易用，可以支持多种品牌路由器，多种 wifi类型，跨平台，不限定手机及操作系统。且支持设备分享，可以授权给朋友和家人使用，让他们一同感受。同时其所拥有的智能家居一键购买功能，可以手机上轻松一点，便拥有最新的智能家居产品。 （ 2） 海尔集团 :e 家庭
27、2000 年 ,海尔提出 “e 家庭 ”概念。随后 ,海尔陆续推 出了一系列的 “e 家庭 ”产品 ,比如家庭无线网络、整体卫浴、指纹或瞳孔识别系统、整体智能厨房、掌声智能设备、电子书 (ebook)、智能上网设备等产品。 “e 家庭 ”以海尔的电脑为控制中心 ,以海尔的移动电话为移动数字控制中心 ,以各基于 arm 单片机住宅监控系统 共 49 页 第 5 页 装 订 线 种网络家电作为终端设备。与微软达成技术上旳合作 ,利用微软的 Windows Me 技术和自身的网络家电控制技术 ,使 “e 家庭 ”系统初具雏形。目前 ,海尔公司己经推出了一系列的信息 创新 产品 ,例 ， 智慧家电系列
28、：智能冰箱、智能空调、智能酒柜、智能烤箱、智能洗衣机、智能电热水器、智能燃气热水器。 无限电 器系列：家用厨电、个人应用、公共服务。 智慧空气系列：空气魔方、空气盒子、空气 mini、智能空气净化器、智能甲醛检测仪等等。 （ 3） 科龙 :现代家居信息服务集散控制系统 在第三届高交会上 ,科龙集团为大家展现了 “科龙天地 ”,“科龙天地 ”是一项能有效的集成远程互联网控制、家电远程故障诊断及维护、家电智能控制和家庭娱乐诸项功能的现代化家居信息服务控制系统。 “科龙天地 ”基于 OSGI 规范的家庭综合性服务器技术以及代理技术的智能信息服务控制技术 ,它可以兼容各种家庭网络通信技术和各种网络信息
29、服务 ;家庭操作平台实现了既有实 时性又具备常规 Linux系统完全自主的用户环境。 （ 4） 清华同方 :e-Home 数字家园 e-Home 数字家园遵循国际技术标准 ,运用了嵌入式软件和硬件技术 ,提供网络、网络节点和末端设备等全套家庭自动化产品 ,是一项专门针对中国家庭设计的家庭自动化系统。 E-Home6-10系统主要有三个部分 : 遵循 EIB 协议 ,主要适用于中、高档新住宅 ; 遵循 X-10 协议 ,不需要布线 ,主要适用于中档住宅 ; 配电箱集中安装。 系统可以提供远程控制、窗帘控制、家政安保、环境设置、家电管理和智能调光等功能。 e-Home 数字家园 借用国外较成熟的智
30、能家居经验 ,以功能模块开发为主 ,主要为智能大厦、小区的建设提供较完整的系统解决方案。 总的来说 ,由于国内智能化家居产品的研发从 90 年代后期起步 ,在整体水平上显得参差不齐 ,大部分产品软件功能较差 ,系统不易维护 ,并且很多厂商对产品的核心技术不拥有自主知识产权 ,因此开发有自己技术特色的嵌入式智能家居系统 ,显得尤为重要。随着我国城市社区建设和智能化家居建设的不断推进 ,智能家居系统定会有一个广阔的发展前景。 1.2.3 智能家居主要发展方向 智能家居的发展离不开相关技术的进步 ,相关技术的飞跃也必然改变 智能家居的面貌 ,不难看出智能家居的主要发展趋势 : （ 1） 信息化 :信
31、息技术 ,尤其是网络技术的发展 ,不仅是一场技术革命 ,也极大地改基于 arm 单片机住宅监控系统 共 49 页 第 6 页 装 订 线 变了人们的思维模式和行为模式。建筑智能化的重要特征就是网络化、智能化、人性化、个性化。 （ 2） 网络化 :基于网络环境的综合应用 ,包括物业管理、安防、商务等。在简化管理流程的同时 ,方便人们的日常生活。 （ 3） 标准化 :改变目前 “各自为政 ”的情况 ,使不同厂家的产品可以互操作 ,方便在解决方案中采取适合质量等级的产品 ,组建个性化的系统。 （ 4） 模块化 :基于标准的接口规范 ,设计独立的功能模块 ,增强 系统的可维护性、可扩展性 ,简化系统集
32、成的过程 ,而这正是嵌入式系统优势所在。 （ 5） 绿色 :智能化建筑的绿色生态发展 ,主要包括节能、无污染 (空气污染、噪声污染、电磁污染等 ),资源的循环、回收利用。安全、舒适的休闲、工作环境是主要的目的。 （ 6） 整合 :独立的智能家居早晚会被取代 ,未来的智能住宅最大的特色即为 “整合 ”,将由一套完整的网络服务将房屋内的灯光、保安、音频、视频等一系列自动化程序整合在一起。 （ 7） 嵌入式 :嵌入式技术是指设备通过嵌入式模块 ,而并非 PC 系统 ,直接接入Intemet 实现信息交互的过程 ,或者通过 移动通信模块 ,直接接入移动网络实现远程交互的过程。这样避免系统对传统 Pc
33、机的依赖造成的耗电和故障问题。 1.3 论文研究工作 及论文结构 1.3.1 论文研究工作 本设计采用 stm32f103 为主控制器 ，能够在 -20 到 70 范围的高低温运行测试中运行良好， 有着丰富的接口，能够方便快捷的进行各种安防传感器的安装与测试。 本课题的研究思路是按照系统划分，分为硬件部分和软件部分。 监控系统的硬件 部分为微控制器和各类型传感器的选择与调试、防盗防火防水侵等安防子系统的系统数据采集、有事故发生时的声光报警 和报警后故障追忆 等等。 相对于硬件部分，软件部分则更为重要。软件部分包括了各种传感器信号的采集，并将传感器设置一定的阈值，若达到阈值上线，则将 记录 此时的时间、地点、原因到，每记录 10 次刷新。该记录可以进行上 翻 追忆 。 本文主要完成的内容为： （ 1）选择合适的报警器和各传感器的类型 （ 2）对各传感器进行阈值规定，如烟雾探测器、破碎探测器等，一旦有事故发生，达到设定阈值，就会有相应的传感器动作，声光报警器发出 警报，若报警后无人手动关闭声光报警器，报警器将会一直报警动作。 （ 3）每发生一次声光报警，则 记录 时间、地点、事故原因（火灾引起、门禁引
