为完结对家庭安全的实时监控，提出了智能家居长途安全监控体系规划方案。体系依据ZigBee技能和GSM /GPRS网络进行规划，能够经过彩信和短信宣布监控图画和报警信息，接纳长途指令；一起引入了多种传感器，完结了对家用电器的长途操控，完结了智能家居长途监控。要点论述了体系的硬件、软件规划以及体系的功用测验，完结了多个监控设备的无线联网。试验成果表明，所规划的体系能够完结安全、快捷的智能家居长途监控，并具有较高的可用性和可靠性。
0 前 言
智能家居又称智能住所，正朝着具有无线长途操控、多媒体操控、高速数据传输等功用的方向开展，其关键技能为兼容性强的家庭操控器和满意信息传输需求的家庭网络。现在，传输网络多选用归纳布线技能，约束了体系的运用场所，并且费用较高。选用无线方法构建灵敏快捷的智能家居安全监控体系，成为当时的研讨热门。
现在，运用于智能家居的无线通讯技能首要包含： Ir2DA红外线技能、蓝牙技能和ZigBee技能等。IrDA归于短间隔、点对点的半双工通讯方法，运用不方便且失误率高，不适用于家庭的组网方法；蓝牙技能则由于网络容量有限，本钱较高，不适于节点较多的家居网络运用。
本研讨经过选用传输规模适中、安全可靠、网络容量较大的ZigBee技能，规划智能家居长途安全监控体系。
1 体系架构
1. 1 ZigBee网络拓扑选型
ZigBee是一种近间隔、低复杂度、低功耗、低本钱的双向无线通讯技能，首要适用于主动操控和长途操控范畴。IEEE802. 15. 4 是ZigBee技能的根底，与高速率个人区域网、蓝牙或802. 11x无线局域网比较，ZigBee协议更为简略有用。
ZigBee网络的拓扑结构首要有3种：星型、树状和网状网络。网状网络容错才能高、自习惯力好、传输间隔长，但其复杂度也最高；星型网络具有简练和低功耗等特色，运用简略，适用于家庭的小规模、低复杂度的运用；树状网络则介于两者之间。在智能家居中运用星型网络，可取得较高的性价比。
1. 2 体系构成
本体系选用模块化规划方案。以嵌入式体系主板为中心，经过CMOS摄像头对关键部位进行安全监测，经过手机传递安全信息和图画彩信，并对家用电器进行长途操控，运用ZigBee模块完结家用电器、体系主板和烟雾、温度、煤气等传感器的无线联网。
体系主板的中心操控器为S3C44B0X型32位微操控器，对数据进行处理和判别，并经过彩信模块和Zig2Bee模块宣布信息和指令；扩展板用以接入烟雾、红外、煤气等家庭安防状况传感器；彩信模块将体系操控器所宣布的家庭安防状况信息发送至用户手机，并接纳用户发送的短信指令； ZigBee模块担任体系主板、扩展板和家用电器之间的数据交联。体系结构如图1所示。
图1 依据ZigBee的智能家居安全监控体系
2 体系硬件规划
2. 1 串口摄像机
串口摄像机选用了优化的串行通讯协议，支撑分包传输，使主机能够装备更小的缓存，一起供给了TTL电平缓RS232 电平两种输出。经过串行通讯完结与主机之间的指令和数据的传输，主机可对其进行波特率、图画分辨率、发送方法等状况参数的设定。
2. 2 彩信模块规划
彩信模块内置彩信协议，是集SMS、MMS于一体的GSM /GPRS模块。它选用AT指令进行模块操控，经过RS232接口进行操控指令和数据的传输。其内部集成600 KB 的Flash存储空间，可供发送MMS信息时完结图片的多张上传。
2. 3 体系操控器
本体系选用32位R ISC处理器S3C44B0X,具有丰厚的功用和外设，包含： 8 KB Cache、内部SRAM、LCD操控器、2通道UART、4通道DMA、带有PWM功用的5通道定时器等。该处理器在各方面的功用均能满意体系的需求，并且在同类产品中的性价比也是较高的。
2. 4 ZigBee收发器材
本体系选用CC2430芯片作为ZigBee无线通讯模块。CC2430整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微操控器。
CC2430集成了契合IEEE802. 15. 4 规范的2. 4GHz的RF无线电收发机，支撑数字化的RSSI/LQ I,具有CSMA /CA功用和强壮的DMA功用、电池监测和温度感测功用，一起具有强壮和灵敏的开发工具。
2. 5 体系硬件接口规划
ZigBee模块经过RS232 接口与体系主板经过串口进行通讯； ZigBee模块之间以无线网络的方法进行数据传输，其间与传感器相连的ZigBee模块运用其一般I/O端口作为传感器信号的接纳端口；与家用电器相联的ZigBee模块经过继电器操控家用电器的开关运转。体系硬件的接口规划与衔接如图2所示。
图2 体系硬件接口规划
串口摄像机和彩信模块运用RS232 接口与S3C44B0X处理器进行数据和指令的传输。
3 体系软件规划
整个体系软件开发选用模块化规划方案，详细可分为3个部分： ZigBee无线收发、彩信及短信收发和图画收集处理。
3. 1 ZigBee无线网络的运用
无线通讯的软件规划首要包含：体系反常报警信号的传输和接纳、ARM处理器和ZigBee模块之间以及各ZigBee模块之间的数据传输操控等， ZigBee无线通讯模块软件流程图如图3所示。其间，依据在网络中所在的层次，将ZigBee模块设定为3个运转形式：
形式1.与体系主板相连。用来接纳其他ZigBee模块发送的报警信息和将主板给出的操控信息发送给其他ZigBee模块，是主板与外部设备进行无线通讯的中心纽带。
形式2.经过继电器与家用电器相连，置于接纳状况。当接纳到其他ZigBee模块发送过来的操控指令时，操控家电履行相应的开关动作。
形式3.经过继电器与传感器相连，置于发送状况。当ZigBee模块接纳到传感器的报警信号时，将报警信号发送给其他ZigBee模块。
模块的形式可经过拨码开关进行设定。不同形式的模块担任各层间数据和指令的传输，构成了家庭安防局域网。
图3 无线通讯模块的软件流程
3. 2 彩信及短信的收发完结
彩信模块可完结SMS和MMS的收发功用，经过AT指令进行操控。首要要进行模块初始化装备，如设置接入点、IP设定、设置MMS通讯形式、设置服务器网址等。
Xmodem协议的开端标志是文件接纳方宣布NAK字节，文件发送方在收到该信号后发送数据帧，两边开端正常通讯进程。依据Xmodem协议上传图片的流程如图4所示。
图4 发送文件流程
3. 3 反常状况检测
本体系能够经过图画方法，对外人侵略、火灾等室内反常状况进行主动判别。其智能性首要体现在：体系软件能够对环境状况进行自学，然后能习惯布景环境的改变；关于临界状况，能够主动发动状况盯梢监控，经过多幅图片取得精确的判别成果。以布景差分法和帧间差分法为根底，选用了动态阈值结合法。整个方针的检测进程首要包含：图画预处理；量化函数运动检测（或小方针运动盯梢检测） ; 反常状况判别及处理。
当体系接纳到摄像机传送的新图画后，首要进行预处理和去噪，以得到能够量化物体运动或反常区域的二值图画；然后进行反常状况剖析与判别。体系选用两种反常量化函数：依据大局的位图处理和检查检测处理。然后，依据反常量化函数方针进行特定的后续操作。若需进入反常报警处理程序，则传送报警信号，发送MMS信息，并存储当时视频等；若需进入临界反常盯梢，则发动临界反常盯梢程序；不然进行布景替换断定并等候获取下一幅监控图画。
4 体系测验及试验数据剖析
本体系选用运动方针检测算法，完结对监督方针的图画处理与反常判别，占布景面积8‰的小方针都能被体系辨认。体系有用消除了因环境光线改变、布景微变、小方针渐进运动等要素引起的体系误判。选用本体系软、硬件进行侵略事情检测，其试验图片及检测作用如图5所示。
图5 侵略事情盯梢检测作用
为验证ZigBee通讯在智能家居安全监控体系中的功用，测验了两组功用方针：
①无妨碍状况下，跟着间隔的添加，数据丢包率、接纳功率和自由空间衰减的改变状况；
②数据传输间隔为30 m时，跟着妨碍物添加而发生的丢包率；试验数据别离如表1、表2所示。
接纳功率依据CC2430芯片内建的RSSI （接纳信号强度指示） 测得， RSSI的值存放在寄存器RSSIL.
RSSI_VAL中，其与接纳功率的对应联系如下：
P =RSSI_VAL +RSSI_OFFSET[ dBm ].
其间， RSSI_OFFSET是经历取值，约为- 45 dB.
表1 无妨碍物时的测验数据
表2 存在妨碍时的30 m间隔测验数据
试验成果表明，在无妨碍物传输间隔为80 m以内时，传输数据的丢包率低于1%,能够充沛满意正常家居环境的通讯需求，并且接纳功率很低，十分合适家庭的运用； ZigBee模块之间通讯传输间隔为30 m时，穿过2堵水泥墙的丢包率仅为1%，穿过1堵水泥墙时丢包率为0% ,彻底能够满意体系规划的要求。
5 结束语
本研讨提出并规划完结一种依据ZigBee的智能家居安全监控体系，别离从体系功用介绍、硬件规划、软件规划、试验数据剖析等方面剖析了ZigBee技能在该体系中的运用。将ZigBee技能运用于智能家居中，完结了快速率、低本钱、低功耗的无线网络通讯。经过将传统传感器报警体系和图画监控体系相结合，形成了新式的智能安防体系。用户能够经过手机或PC机接纳MMS信息，依据需求进行长途手机设定，然后完结灵敏、快捷的家庭安全监控。
