入侵報警？火災報警？遠程監控？家電控制？這套智能家居系統全部實現

一、設計摘要

針對目前市場上家庭監控系統和智能家具控制的速度與穩定性的不足，本課題將利用FPGA可編程邏輯設計，提高系統控制速度和穩定性。目前的家庭監控與智能控制系統大多利用有線或者無線設備組建以太網，將監控節點連接到監控中心，監控距離有限；部分監控系統還是模擬方式，視頻不壓縮或者使用MJpeg(Motion Joint Photographic Experts Group，MJpeg)、Mpeg(MovingPicture Experts Group，Mpeg)等一些早期標準，壓縮率低，網絡適應性差。這些系統基本不具備自動報警功能和快速控制響應，需要人工值守，浪費人力物力，可靠性低。本課題所設計的系統利用FPGA和GPRS網絡傳輸視頻數據，同時采用高效的視頻壓縮算法，并設計和實現自動報警和快速智能控制功能。

二、系統原理

（1）

本項目利用FPGA可編程邏輯器件和GPRS技術實現遠程的安防監控與智能控制，在有人入侵或火災發生時能發及時發送短消息給用戶，預警有人入侵或火災發生，用戶接到短消息預警后，通過現在網絡通過遠程登陸web服務器查看家中情況并作出相應處理，比如采集現場實時照片視頻，及時報警，遠程控制家電。

在本次設計中，系統網絡的結構包括了家庭智能控制系統、家庭子系統與外部網絡三大部分，其中家庭智能控制系統+家庭子系統構成家庭內部網絡。此次的設計以家庭內部網絡為主體。

系統分為兩個部分：家庭智能控制系統和家庭子系統。

1) 家庭智能控制系統部分，即主控制器：主要包含FPGA核心板設計。主要的模塊有：USB攝像頭；GPRS模塊；H.264視頻壓縮技術和其他相關的電源管理電路，LCD顯示器，按鍵等等；

2) 家庭子系統部分：包括紅外家電控制子模塊、電子門禁子模塊、溫度測試子模塊及開關量控制子模塊四個部分，四個子模塊相互獨立，通過RS485總線構成家庭子系統網絡。

本系統設計主要分為五個大的模塊，分別是：嵌入式系統開發平臺搭建模塊；攝像頭監控模塊；GPRS遠程通訊模塊；WEB服務器模塊；智能家電控制模塊。

1、嵌入式系統開發平臺搭建模塊主要是實現交叉編譯工具的安裝，uboot的具體移植，文件系統的制作，內核的移植。

2、攝像頭監控模塊主要實現攝像頭的驅動移植，遠程圖像采集的具體實現。圖像采集流程人具體分析。

3、GPRS遠程通訊模塊主要實現遠程信息的接收與發送。實現遠程報警的功能。并通過GPRS上網遠程監控家里情況。

4、WEB服務器模塊主要為提供遠程web服務，用戶可能通過internet或GPRS網絡接入互聯網，遠程監控家里情況。

5、智能家居控制模塊硬件上要完成RS485 總線設計以及家庭系統模塊（包括紅外家電控制，電子密碼鎖，溫度報警器等）硬件電路設計。

基于GPRS的智能家居控制系統從功能上分析，主要分為：入侵報警功能模塊，火災報警功能模塊，GPRS遠程接發消息模塊，攝像頭監控模塊，WEB服務器模塊，智能家電控制模塊。

2 技術特點

1、FPGA

FPGA(Field Programmable Gate Array)即現場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎上進一步發展的產物。它是作為專用集成電路(ASIC)領域中的一種半定制電路而出現的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數有限的缺點。FPGA的使用非常靈活，同一片FPGA通過不同的編程數據可以產生不同的電路功能。FPGA在通信、數據處理、網絡、儀器、工業控制、軍事和航空航天等眾多領域得到了廣泛應用。隨著功耗和成本的進一步降低，FPGA還將進入更多的應用領域。

2、GPRS技術

GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無線業務）是在現有的 GSM移動通信系統基礎之上發展起來的一種移動分組數據業務。GPRS 通過在 GSM 數字移動通信網絡中引入分組交換功能實體， 以支持采用分組方式進行的數據傳輸。GPRS 系統可以看作是對原有的 GSM 電路交換系統進行的業務擴充，以滿足用戶利用移動終端接入 Internet 或其它分組數據網絡的需求。以 GSM、CDMA 為主的數字蜂窩移動通信和以 Internet 為主的分組數據通信是目前信息領域增長最為迅猛的兩大產業，正呈現出相互融合的趨勢。GPRS 可以看作是移動通信和分組數據通信融合的第一步。 移動通信在目前的話音業務繼續保持發展的同時， 對IP 和高速數據業務的支持已經成為第二代移動通信系統演進的方向，而且也將成為第三代移動通信系統的主要業務特征。

三、軟件流程

本項目采取嵌入式C語言為主要編程語言，FPGA與嵌入式系統相結合，由傳感器采集到的數據，通過FPGA處理后，傳送到嵌入式系統，由無線傳輸到PC端或者移動終端，由PC端發出控制指令到家庭子網絡，PC界面用QT編程。

整個家庭智能系統的軟件主要分為三個部分，后臺軟件，主控制器軟件，及

各個子模塊軟件。三部分軟件的結構關系如圖。

用戶手機通過短信通道向主控制器發出指令進行相應的控制。 PC端的后臺軟件通過Internet和移動GPRS服務連接， 再由移動GPRS服務器和主控制器進行GPRS通訊。同時PC端軟件也可以通過本地的RS232接口和主控制器進行通訊，不過這種方式一般只用于對主控器的本地調試及軟件升級等。

主控制器和家庭內的各個子模塊之間的連接通過RS485串行總線完成。