智能家居安防控制系统的研究硬件部分
目 录
1 绪论 01
1.1 课题背景 01
1.2 课题在国内外发展状况 01
1.3 系统设计主要任务 02
1.4 课题中涉及的主要技术 03
2 智能家居安防系统的总体设计方案 05
2.1 总体结构设计 05
2.2 无线通信技术的选择 06
2.3 传感器的选择 08
2.4 监控终端的设计 09
2.5 本章小结 09
3 智能家居安防系统的硬件设计 10
3.1 硬件设计整体框图 10
3.2 终端节点的电路设计10
3.3 协调器节点的电路设计 18
4 联调测试 18
4.1 人体检测电路测试 19
4.2 温度检测电路测试 19
4.3 光强检测电路测试 19
4.4 气体检测电路测试 19
4.5 手机端同步显示19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
附录A 节点核心板原理图 24
附录B 节点核心板PCB图 25
附录C 传感器节点原理图26
1 绪论
1.1 课题背景
随着人民生活水平的提高，人们越来越关注他们的生活质量，人们希望生活在一个更加安全，舒适的环境里。智能家居安防系统逐渐普及，我们的生活也更加舒适。在中国新兴住宅区主要以小区为主，因此智能家居产品的发展也要适合中国的国情。随着城市流动人口的急剧增加，城市社会的保障满足不了新经济体的快速发展，民航和空防安全已经不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
能满足现代人的需求。随着通信技术的飞速发展，网络和微电子技术、图像处理技术逐渐成熟，各类产品从模拟到数字化的转变正掀起新一轮的网络革命。
现今商品经济的竞争越来越激烈，我们的工作生活节奏也在变快。人们全身心投入到竞争之中，不会花太多心思在家务工作方面，家务事的管理就显得特别重要。在智能控制系统中家居安全控制器可以提供很多方案，因此在处理家务方面人们可以更加省心。同时它还提供了一个舒适健康的环境，可以监测室内的温湿度也可以通过远程通信来实时反馈家中的情况，减少避免如火灾，盗窃等造成的经济损失。因此人们可以全身心地投入到工作中以提高他们的生活质量。所有的发明与创造都会使人类的生活更加方便和舒适。
信息技术的普及极大地促进了住宅向智能化转变，为住宅提供可靠的技术保障，使用也更加方便。现在的智能家居产品已经开始向无线演变，不再仅仅注重于豪宅的智能化。作为平民百姓我们也能够去选择智能家居控制方案，来享受体验生活。智能家居是一个低碳环保，绿色健康，安全等优点集于一身的产品。智能家居可以真正满足消费者的需求，让他们的生活更加舒适，从而使人们具有更高级的生活追求。根据当前人们的生活水平和人们对住宅智能化的初步要求，为了让智能家居安防控制系统能够适用于市场，满足人们对生活环境安全、安宁、便捷的要求，为此本课题对于智能家居安防控制系统进行了设计与研究。
1.2 课题在国内外发展状况
1.2.1 国内研究现状
我国的智能家居安防产业发展的比较晚，70%的智能家居安防产品主要来自于美国、日本和韩国。上世纪八十年代智能家居的概念被引入到我国，现在我国智能家居安防业的发展较为好，但总体来说还处于市场发展的初期，大多数只是参考国外的相关经验一直没有适合市场拥有自主知识产权的成熟产品。但是在城市安全、城市报警与监控系统以及奥运会、世博会等大型安防项目的推动下，我国的智能家居安防产业的发展进入了前所未有的高峰期，其中最主要的还是在门禁系统和家用图像监控系统以及智能安防报警等方面。国内的大型IT企业在资金与技术方具有优势，它们最早开始了智能家居安防产品的研发和生产，在低端产品市场上拥有重要的地位。如：南京普天楼宇智能有限公司，中美科龙公司，北京德达创先科技集团，上海五艾智能系统有限公司等，这些与智能家居安防相关的科技公司正在加紧类似产品的的研究。在我国三网融合的趋势下，我国的安防企业充分利用电脑、网络、电信三方面的综合布线技术通过家庭监控平台将安防相关的各子系统结合，实现了安防系统的智能化和网络化，但是我国家居安防企业想要充分开拓智能家居安防的市场就需要对自己的产品产品做出革命性的改变。
1.2.2 国外研究现状
美国最早在智能家居安防方面进行研究，在上世纪八十年代第一栋智能建筑被设计出来并进行展出，开辟了智能家居业的先河。随后，经济发达的国家也提出了智能家居的设计理念，德国、韩国、日本、新加坡等国家在智能家居方面的研究也在快速发展。一直都处于家居自动化技术领先地位的是Honeywell公司，该公司使用先进的综合布线技术和家居的数据语音控制技术，把安防系统、可视化语音和远程通信系统相结合在一起，实现了真正的智能家居。但是，该智能家居方案的实施与安装费用较高，只适用于国外别墅式的高档家庭，并不适合于我国社区式的普通家庭。日本索尼公司最近推出的新的集成变焦相机ssc-et18l *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
p/et18op可以用于安全监控，并实现远程控制。监控系统已经由网络化转向智能化发展，方便了用户进行远程的监控。索尼公司的安防监控方案虽然先进，但是其成本对于我国的普通的家庭来说还是较高的，对于家居高消费人群来说比较适合。智能家居系统普及程度最高的是韩国。安防市场的发展迅速带动了安防技术的提升，智能家居安防系统将向着智能化、网络化、个性化、移动化的方向发展。
1.3 系统设计主要任务
智能家居安防控制系统整体方案的设计；智能家居无线传感网络中，节点传感器的选择；多路报警信号同步采集与处理；节点控制核心模块的设计与调试。
针对传统家居安防系统误报警率高、各子系统相互独立，无智能联动、布线繁杂，施工和维护难度大、以及不具备远程报警功能等不足，结合物联网技术的巨大优势，该项目提出了一个基于物联网的技术的智能家居安防系统，围绕物联网的关键技术 （智能传感器节点、无线传感器网路、电信网及互联网的融合及数据融合）以及智能家居安防系统解决方案等开展研究，具体内容如下：
（1）智能家居安防控制系统的设计。包括总体设计、层面的划分、整个系统的功能规划、安防解决方案的设计等；
（2）智能家居无线传感器网络节点中传感器的选择、报警信号同步采集与处理、节点控制核心模块的软件设计与调试；
（3）家居与用户之间的远程通信设计；
1.4 课题中主要涉及的技术
1.4.1 ZigBee技术
在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点但仍然有许多缺陷。对产业的发展来说，要实现家庭自动化控制和工业远程控制，蓝牙技术是复杂的，它的消耗功率大，间隔较小，组网规模也较小。随着工业自动化技术、无线数据通信技术的发展，在工业领域，无线数据传输必须是安全可靠的，能够承受各种电磁干扰。2003年ZigBee协议正式推出。另外，Zigbee使用了在它之前人们所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。
3.2.7 USB转串口模块
USB转串口模块主要用于连接仿真器并和电脑相连，实现串口通信，用于程序的下载及调试。USB转串口电路图如图3.7所示。
1 绪论 01
1.1 课题背景 01
1.2 课题在国内外发展状况 01
1.3 系统设计主要任务 02
1.4 课题中涉及的主要技术 03
2 智能家居安防系统的总体设计方案 05
2.1 总体结构设计 05
2.2 无线通信技术的选择 06
2.3 传感器的选择 08
2.4 监控终端的设计 09
2.5 本章小结 09
3 智能家居安防系统的硬件设计 10
3.1 硬件设计整体框图 10
3.2 终端节点的电路设计10
3.3 协调器节点的电路设计 18
4 联调测试 18
4.1 人体检测电路测试 19
4.2 温度检测电路测试 19
4.3 光强检测电路测试 19
4.4 气体检测电路测试 19
4.5 手机端同步显示19
结论 21
致谢 22
参考文献 23
附录A 节点核心板原理图 24
附录B 节点核心板PCB图 25
附录C 传感器节点原理图26
1 绪论
1.1 课题背景
随着人民生活水平的提高，人们越来越关注他们的生活质量，人们希望生活在一个更加安全，舒适的环境里。智能家居安防系统逐渐普及，我们的生活也更加舒适。在中国新兴住宅区主要以小区为主，因此智能家居产品的发展也要适合中国的国情。随着城市流动人口的急剧增加，城市社会的保障满足不了新经济体的快速发展，民航和空防安全已经不 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
能满足现代人的需求。随着通信技术的飞速发展，网络和微电子技术、图像处理技术逐渐成熟，各类产品从模拟到数字化的转变正掀起新一轮的网络革命。
现今商品经济的竞争越来越激烈，我们的工作生活节奏也在变快。人们全身心投入到竞争之中，不会花太多心思在家务工作方面，家务事的管理就显得特别重要。在智能控制系统中家居安全控制器可以提供很多方案，因此在处理家务方面人们可以更加省心。同时它还提供了一个舒适健康的环境，可以监测室内的温湿度也可以通过远程通信来实时反馈家中的情况，减少避免如火灾，盗窃等造成的经济损失。因此人们可以全身心地投入到工作中以提高他们的生活质量。所有的发明与创造都会使人类的生活更加方便和舒适。
信息技术的普及极大地促进了住宅向智能化转变，为住宅提供可靠的技术保障，使用也更加方便。现在的智能家居产品已经开始向无线演变，不再仅仅注重于豪宅的智能化。作为平民百姓我们也能够去选择智能家居控制方案，来享受体验生活。智能家居是一个低碳环保，绿色健康，安全等优点集于一身的产品。智能家居可以真正满足消费者的需求，让他们的生活更加舒适，从而使人们具有更高级的生活追求。根据当前人们的生活水平和人们对住宅智能化的初步要求，为了让智能家居安防控制系统能够适用于市场，满足人们对生活环境安全、安宁、便捷的要求，为此本课题对于智能家居安防控制系统进行了设计与研究。
1.2 课题在国内外发展状况
1.2.1 国内研究现状
我国的智能家居安防产业发展的比较晚，70%的智能家居安防产品主要来自于美国、日本和韩国。上世纪八十年代智能家居的概念被引入到我国，现在我国智能家居安防业的发展较为好，但总体来说还处于市场发展的初期，大多数只是参考国外的相关经验一直没有适合市场拥有自主知识产权的成熟产品。但是在城市安全、城市报警与监控系统以及奥运会、世博会等大型安防项目的推动下，我国的智能家居安防产业的发展进入了前所未有的高峰期，其中最主要的还是在门禁系统和家用图像监控系统以及智能安防报警等方面。国内的大型IT企业在资金与技术方具有优势，它们最早开始了智能家居安防产品的研发和生产，在低端产品市场上拥有重要的地位。如：南京普天楼宇智能有限公司，中美科龙公司，北京德达创先科技集团，上海五艾智能系统有限公司等，这些与智能家居安防相关的科技公司正在加紧类似产品的的研究。在我国三网融合的趋势下，我国的安防企业充分利用电脑、网络、电信三方面的综合布线技术通过家庭监控平台将安防相关的各子系统结合，实现了安防系统的智能化和网络化，但是我国家居安防企业想要充分开拓智能家居安防的市场就需要对自己的产品产品做出革命性的改变。
1.2.2 国外研究现状
美国最早在智能家居安防方面进行研究，在上世纪八十年代第一栋智能建筑被设计出来并进行展出，开辟了智能家居业的先河。随后，经济发达的国家也提出了智能家居的设计理念，德国、韩国、日本、新加坡等国家在智能家居方面的研究也在快速发展。一直都处于家居自动化技术领先地位的是Honeywell公司，该公司使用先进的综合布线技术和家居的数据语音控制技术，把安防系统、可视化语音和远程通信系统相结合在一起，实现了真正的智能家居。但是，该智能家居方案的实施与安装费用较高，只适用于国外别墅式的高档家庭，并不适合于我国社区式的普通家庭。日本索尼公司最近推出的新的集成变焦相机ssc-et18l *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
p/et18op可以用于安全监控，并实现远程控制。监控系统已经由网络化转向智能化发展，方便了用户进行远程的监控。索尼公司的安防监控方案虽然先进，但是其成本对于我国的普通的家庭来说还是较高的，对于家居高消费人群来说比较适合。智能家居系统普及程度最高的是韩国。安防市场的发展迅速带动了安防技术的提升，智能家居安防系统将向着智能化、网络化、个性化、移动化的方向发展。
1.3 系统设计主要任务
智能家居安防控制系统整体方案的设计；智能家居无线传感网络中，节点传感器的选择；多路报警信号同步采集与处理；节点控制核心模块的设计与调试。
针对传统家居安防系统误报警率高、各子系统相互独立，无智能联动、布线繁杂，施工和维护难度大、以及不具备远程报警功能等不足，结合物联网技术的巨大优势，该项目提出了一个基于物联网的技术的智能家居安防系统，围绕物联网的关键技术 （智能传感器节点、无线传感器网路、电信网及互联网的融合及数据融合）以及智能家居安防系统解决方案等开展研究，具体内容如下：
（1）智能家居安防控制系统的设计。包括总体设计、层面的划分、整个系统的功能规划、安防解决方案的设计等；
（2）智能家居无线传感器网络节点中传感器的选择、报警信号同步采集与处理、节点控制核心模块的软件设计与调试；
（3）家居与用户之间的远程通信设计；
1.4 课题中主要涉及的技术
1.4.1 ZigBee技术
在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点但仍然有许多缺陷。对产业的发展来说，要实现家庭自动化控制和工业远程控制，蓝牙技术是复杂的，它的消耗功率大，间隔较小，组网规模也较小。随着工业自动化技术、无线数据通信技术的发展，在工业领域，无线数据传输必须是安全可靠的，能够承受各种电磁干扰。2003年ZigBee协议正式推出。另外，Zigbee使用了在它之前人们所研究过的面向家庭网络的通信协议Home RF Lite。
3.2.7 USB转串口模块
USB转串口模块主要用于连接仿真器并和电脑相连，实现串口通信，用于程序的下载及调试。USB转串口电路图如图3.7所示。
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