实用智能家居系统Word文档格式.docx
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2字符LCD；
5个LED指示灯（一个电源、一个STANDBY、三个通用）；
1个复位按钮（RESET）；
1个唤醒按钮（WAKE-UP）；
5个通用按钮；
20脚JTAG调试接口（高速程序下载、调试，并支持Flash烧写）；
电源接口（+5V/2A）
具体见原理图和PCB图
1.2摄像系统
摄像系统母图
1.2.1规格介绍
视频解码芯片（SAA7111）
JPEG压缩芯片（ZR36060）
AVR单片机（ATmega16L）
CPLD（Lattice:
ISPLSI2064）
SRAM（512K*8）
1.2.2初始化
系统上电后，先分别对SAA7111，ZR36060初始化。
对SAA7111的初始化很简单，用AVR单片机的两个IO口作为
总线的串行时钟线SCL和串行数据线SDA，根据I2C总线的时序特性用软件编程模拟
总线接口。
对ZR36060的初始化是通过ZR36060的主控制器接口完成的。
AVR单片机通过ZR36060的两位地址线AADR1:
0]，片选信号
，读写信号
，
以及数据总线DATA[7:
0]直接对ZR36060内部的4个寄存器操作。
将ZR36060的工作模式设置为:
视频同步从模式，8bit代码主模式，16bit视频总线宽度。
SAA7111初始化部分原理图
ZR36060主机接口
1.2.3大致工作流程
当AVR接收到传输图像数据的命令时，通知CPLD，并将ZR36060的CBUSY信号拉高，系统各个部分开始同步运行。
模拟视频信号从SAA7111的AI22口输入，经过AD转换和亮色分离产生YUV4:
2:
2数字信号，并从VPO[15:
0]口输出到ZR36060的视频接口。
同时输入到ZR36060视频接口的还有行同步信号HS，场同步信号VS，奇偶场指示信号RTS0以及系统时钟LLC（27MHz）和象素时钟（13.5MHz）。
ZR36060对YUV信号进行压缩，从代码接口的CODE[7:
0]输出标准的JPEG码流以及CCS，CWE等信号。
这些信号均输入到CPLD中。
CPLD通过CWE脉冲产生SRAM的写地址，将压缩数据存储到SRAM中。
需要传输JPEG图像时，AVR产生一个合适的脉冲CRD，输入到CPLD中，作为AVR从SRAM中读取数据时的地址，同时也作SRAM的读信号。
SRAM中的数据经CPLD送到AVR的IO口，然后由AVR的PA口直接将数据送到ZIGBEE。
当AVR接收到中止数据传输的命令时，通知CPLD，并将ZR36060的CBUSY信号复位，中止SRAM的读写操作。
此时，SAA7111仍处于工作状态，ZR36060处于等待状态（等待CPLD给出START和FRAME信号），整个系统等待下一次命令。
1.2.4CPLD的功能
CPLD子图
ZR36060向SRAM中写数据时的地址发生器
当ZR36060的代码接口向外传输数据的时候（CBUSY=1），代码接口输出JPEG压缩码流CODE[7:
0]，以及CCS，COE，CWR，ACK等信号。
这些信号都输入到CPLD中。
CPLD内部将实现一个计数器功能，其中，CWR作为计数脉冲。
计数值作为SRAM的地址，将CODE[7:
0]的数据顺序存储到SRAM中。
同时，CWR还作为SRAM的写信号。
单片机从SRAM中读数据时的地址发生器
当单片机需要从SRAM中读取数据的时候，单片机的某一个IO口产生一个合适的脉冲信号CRD，CPLD以该信号作为计数脉冲，产生另外一个读数据的地址，将SRAM中的数据顺序读取到单片机中。
同时，CRD还作为SRAM的读信号。
合理分配SRAM的总线控制权
当ZR36060向SRAM中写数据的时候，SRAM的三总线必须交给ZR36060控制；
当AVR单片机需要从SRAM中读取数据的时候，SRAM的三总线的控制权必须交由AVR。
在这个过程靠CPLD来实现。
ZR36060工作状态控制
ZR36060有很多种工作状态，在这个系统中必须交替处于三种状态：
睡眠状态，空闲状态，压缩状态。
系统上电后ZR36060要在在睡眠状态锁定缩相环（SLEEP=0），然后SLEEP=1进入空闲状态，在空闲状态完成初始化，然后等待压缩启动信号START，然后扫描FRAME，开始进入压缩状态开始压缩数据。
压缩完一场后END=0，当ZR36060检测到END=0后停止压缩，又处于空闲状态。
1.2.5单片机的功能
Atmega16L子图
系统的初始化
系统的初始化主要时指SAA7111和ZR36060的初始化。
AVR单片机通过SCL，SDA对SAA7111进行初始化；
通过ZR36060的主机接口对ZR36060进行初始化；
控制系统的启动
单片机负责接收ZIGBEE发送过来的命令并启动系统开始工作；
发送数据给ZIGBEE
单片机的PA口分时复用。
初始化时作为ZR36060主机接口的数据线，之后作为和ZIGBEE传输数据的通道。
1.3传感器
传感器系统是智能家居的反馈的终端，包括识别人（红外热释电传感器），门窗防盗（门磁传感器），火报警（烟雾温度传感器）。
在本系统中，每个传感器与无线节点相连，传感器的数据由ZigBee无线节点回送。
1.3.1规格介绍
红外热释电传感器
离子烟雾传感器
磁式传感器
1.3.2红外热释电传感器原理
人体有恒定的体温，一般在37℃，所以会发出特定波长为10μm左右的红外线。
被动式红外探头就是靠探测人体发射的10μm左右的红外线而进行工作的。
人体发射的10μm左右的红外线，通过菲涅尔滤光片增强后，聚集到红外感应源上。
红外感应源泉通常采用热释电元件。
这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时将会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后产生报警信号。
上图为双元热释电红外检测元件LHI968的内部电路。
它由两个双元热释电陶瓷，感应红外信号，再经场效应管放大输出。
D端的电阻和S端的电容具有抗电磁干扰能力。
信号从S端引出经前级放大，通过47μF电容后再次放大，与设定门限电压进行比较，获得报警输出信号。
47μF电容能够除直流成分，从而消除了使用环境（阳光、灯光、火源泉等）对探测器的影响，后面再加一延时触发电路以便主人设防与撤防。
现在已有专用集成芯片BISS0001实现以上功能。
为了适应主人进门时撤防的需要，设计一报警延时电路。
延时长度须满足：
当人以1m/s的速度从探测器的正前方移动0.2m，不产生报警；
但移动3m应报警，测试速度应能检测0.3～3m/s或更宽的速度X围。
1.3.3离子烟雾传感器工作原理
图3（a）是单电离室的结构图，P1和P2是一对电极，在电极之间放有放射性物质241Am，不断放出a射线，高速运动的a离子撞击极板间的空气分子，将其电离为正离子和负离子，从而使电极之间原来不导电的空气具有了导电性。
如果在极板P和P2之间加上一个电压E，极板间原来杂乱无章的正负离子，在电场的作用下作有规则的运动，从而在极板间形成电离电流，施加的电压越高，则电离电流越大，当电离电流增加到一定值时，将不再增加，此电流称为饱和电流，如图3（b）所示。
为了减少温度、湿度等环境条件变化对电离电流带来的影响，以提高传感器工作的稳定性，将两个电离室串接起来与电源相接，上面的一个为补偿电离室，下面的一个为检测电离室，在结构上检测电离室做成烟雾容易进入的型式，而补偿电离室做成烟雾很难进入、而空气又能慢慢进入的型式。
当有火灾发生时，烟雾进入检测电离室，由于烟离子的阻挡作用，一方面使电离后的正负离子在电场中的运动速度降低，另一方面使a射线的电离能力降低，从而使检测电离室的电离电流减小，这一现象，相当于补偿电离室的等效电阻未变，而检测电离室的等效电阻变大，从而使A点的电位升高。
显然烟雾浓度越大，烟离子的阻挡作用越强，A点电位越高。
这一电压信号经由T1、T2组成的跟随电路，传送给模／数转换电路，实现对烟雾浓度的采样。
采用离子源作为烟敏元件的突出特点是电流消耗极低，只有数百nA，适合在总线系统中使用。
图4中的Rt为自检电阻器，由于离子源等效电阻很高（一般在10MO以上），只要适当选择Rt，就可使Rt上的压降在正常情况下近似为0.对探测器进行自检时，一个逻辑高电压加到Rf上，使传感器输出升高，单片机根据自检前后的模／数转换结果，可判断出模／数转换及传感器两个模块的功能是否正常。
1.3.4门窗磁式传感器工作原理
门窗磁式传感器一般案卷在门内侧的上方。
它由两部分组成：
较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场；
较大的是门窗磁式传感器主体，内部有一个常开型的干簧管。
当永磁体和干簧管靠得很近时（小于5mm），门窗磁式传感器处于工作守候状态；
当永磁体离开干簧管一定距离后（大于8mm），门窗磁式传感器立即产生报警信号。
2传输通信
2.1ZigBee无线传输
ZigBee作为传输无线传输协议，在系统中各个模块互联互通采用。
在ARM7主板上，Jennic5121Module作为网络协调器，组建整个星型网络核心，负责节点管理、动态组网与数据传输；
对于传感器、摄像机等数据发送设备，作为精简功能节点，只构成无线网络终端，由核心节点负责其网络的加入管理。
2.1.1规格介绍
JennicZigBeeModule5121
LP2985fixed-outputvoltageregulator
TSL2550LightSensor
SHT11TemperatureandHumiditySensor
2.1.2ZigBee
ZigBee是一种高可靠的无线数据传输网络，采取了IEEE802。
15。
4强有力的无线物理层所规定的全部，同时增加了逻辑网络、网络安全和应用层。
与以已有的无线传输方式相比：
市场名/标准
GPRS/GSM1xRTT/CDMA
Wi-Fi/802。
11b
Bluetooth/802。
1
ZigBee/802。
4
应用重点
广阔X围声音，数据
Web，Email，图像
电缆替代品
监测控制
系统资源
16MB+
1MB+
250KB+
4KB-32KB
电池寿命（天）
1至7
0.5至5
1至7
100至1，000+
网络容量
1
32
7
255/65，000
带宽（KB/s）
64-128+
11，000+
720
20-250
传输距离（米）
1，000+
1-100
1-10+
1-100+
特点
覆盖面大，质量
速度，灵活性
价格便宜，方便
可靠，低功耗，价格便宜
ZigBee新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，应用于智能家居系统，能有效发挥它低成本、低功耗和丰富而便捷的优点。
在本套系统中，低速率室内无线连接传输部分使用ZigBee技术，ZigBee技术可靠XX性充分满足智能家居的安全与人性化。
以下为各节点的技术概要:
节点名
摄像头
红外传感器
烟雾传感器
门窗传感器
用户触点
结点数（用户需求）
1～10
5～30
1～20
5～20
工作有效时间（天）
（有线供电）
200+
节点所需速率（Kb/s）
20～50
<
5
室内有效距离
1-40
1-100
可行性
满足
非常好
由于家庭构建的特点，以基于ARM7（STR710ZF）中央控制为核心，各反馈采集子系统返回信息，子系统的互联互通要求不高，采用ZigBee一点对多点的树状结构。
2.1.3ZigBee协议栈
完整的ZigBee协议栈由物理层、介质访问控制层、网络层、安全层和高层应用规X组成。
如图所示，ZigBee协议栈的网络层、安全层和应用程序接口等由ZigBee联盟制定。
其中安全层（Security）主要实现密钥管理、存取等功能。
应用程序接口负责向用户提供简单的应用软件接口（API），包括应用子层支持（ApplicationSub-layerSupport，APS）、ZigBee设备对象（ZigBeeDeviceObject，ZDO）等，实现应用层对设备的管理。
2.1.4ZigBee无线传输模块
ZigBee采用Jennic公司的JN5121无线模块，JN5121是低功耗低价格的适应IEEE802。
4协议的无线微控制芯片。
JN5121使用硬件MAC和安全加密加速硬件AES，整合的电源控制设备使该系统极低的电源消耗。
单芯片集合无线收发器和无线传感器网络微控制器
高效低功耗微控制器负责控制和传感器
硬件MAC保证低功耗
用户设备扩展
2.1.5ZigBee硬件设计
Jennic5121原理图
传感器模块
使用集成光感芯片TSL2550D与温感芯片，在每个节点均可返回数据。
同时，传感器芯片可根据市场与用户需求更改添加。
2.2CDMA部分
2.2.1规格介绍
选用AnyDATA公司的CDMA集成模DTGS-800，该模块具有体积小（33mm*53mm*2。
8mm），接口丰富，可直接通过UART接口与CPU通信。
电器参数:
✓供电电压:
DC4。
5V
10%Battery3.4---4。
3V
✓工作电流:
最大时为520mA，空闲时为90mA。
串行波特率:
115200bps
2.2.2CDMA功能描述
CDMA部分主要由CDMAmoduleDTGS-800构成。
具有以下功能：
发送紧急短信至指定手机，通知主人家庭情况。
可接听，使主人及时监听家庭中的动静，判断是否有意外发生。
以上功能通过AT指令完成。
CDMA的复位可通过AT指令完成，也可通过设计中的外部引脚实现复位。
2.2.3CDMA硬件设计描述（部分）
2.2.3.1电源设计
1.DTGS-800供电电源
系统供电电压为DC5。
0V，为使电路简单，设计中采用两个二极管串联的方法将供电电压降到合适的X围内供DTGS-800使用。
具体电路原理图如下图:
电流500mA时，两个1N5817的电压降大约为0.8V
电流90mA时，两个1N5817的电压降大约为0.4V
因此DTGS-800的实际供电电压在4.2V与4.6V之间，符合DTGS-800供电要求。
2.UIM卡供电电源
UIM卡供电电压3.0V，选用低压差的电源调整芯片RT9182BCE，输出两路3.0V，RT9182BCE输入选用DTGS-800的供电电压。
利用DTGS-800的UIM卡电源使能输出控制RT9182的SHUTDOWN引脚，以控制UIM卡的电源开断。
电路原理图如下图所示。
2.2.3.2响铃及耳麦的设计
3软件模块
3.1系统结构图
上图为家庭监控系统软件管理系统结构。
对家庭监控系统的管理可以同过连接到ETHERNET上的电脑来实现。
用户可以以网页界面的形式来访问服务器，对监控系统的一切操作都需要通过服务器来实现。
用户向服务器发送对系统的操作的请求，由服务器执行对各个家庭的监控系统进行的设置和管理。
另外可以在用户登陆时进行身份确认，并在访问权限上进行一定的分级设置，实现不同用户使用需求（比如对安保部门和户主需要用不同的访问权限）。
3.2基本功能及其框架
本系统主要面向对象为家庭主人或者是安保部门。
通过对可视化可操作界面，只需要简单的操作就能实现对整个家庭监控系统的管理。
本系统主要实现对系统的查看和设置功能，即查看系统状态和设置系统参数。
3.2.1通过系统的人机交互介面进行操作
通过系统的LCD上的菜单提示进行操作，操作流程大致为：
3.2.2通过服务器以访问网页的形式进行操作
由于系统可以通过网卡接入ETHERNET，而这种系统可以实现一个物管公司对一片居民进行服务，所以以统一服务器进行服务成为可能。
这种操作的流程为：
3.2.3当家中出现异常情况时系统反映流程图
家中出现异常情况时系统反映流程图为：
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