智能家居中环境监测系统的 研究与应用 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ■重庆邮电大学网络化控制与智能仪器仪表教育部重点实验室陈家佳肖丽 引言 家居环境是指家庭团聚、休息、 学习和家务劳动的环境。家居环境条 警信息到远程监控主机。根据需要， 本环境监测系统主要包括三部分：前 变量信息并将信息发送到无线网关处。 信息处理中心是以ＧＭ８１２０为核 端信息采集端、信息处理中心、远端 心处理器的室内中心控制机，主要负 监控端。 件的好坏，直接影响着居民的发病率 和死亡率。城市居民每天在室内工作、 学习和生活的时间占全天时间的９Ｏ％ 左右，因此，居室环境与人类健康和 儿童生长发育的关系极为密切。近年 责环境信息的接收、处理、转发、本 前端信息采集端：因ＷＩＡ ＰＡ无 地实时显示、异常报警，报警信息的 线传感网络具有网络拓扑维护灵活、 快速；自适应跳频模式与重传机制， 远程发送。 远程监控端即智能家居远程监控 保障通信可靠性更加有效；支持网内 主机，远程监控主机在接收到来自室 报文聚合，降低网络开销，延长电池 内中心控制机转发的环境信息后将实 寿命；兼容ＩＥＥＥＳ０２．１５．４标准，可 时的在远程监控页面上显示传感器数 以使用现有商品器件，易于实现；兼 据指标；当接收到远程报警时，进行 容无线ＨＡＲＴ标准，支持ＨＡＲＴ命令， 远程的报警提示并将报警信息的存储 很容易升级传统仪表为其增加无线通 到相应的数据库中。系统网络拓扑图 信功能；用户可以方便的使用、管理， 如图１所示。 来，急性传染性非典型肺炎（ＳＡＲＳ）、 Ｈ１Ｎｌ猪流感及超级细菌的出现，都说 明室内环境健康的重要性。因此，“健 康家居”、“智能家居”的新概念突显 其重要意义，也就是家居应将安全、 健康、舒适放在首位。 加强对家居环境的环境状况（包 无需较高的专业知识。因而这里采 用的是基于ＷｌＡ－ＰＡ标准自主研发的 ＷｌＡ．ＰＡ工业无线传感网络中的温度、 硬件平台 硬件平台采用以ＧＭ８１２０ Ｓｏｃ为 括有害气体含量、空气湿度、室内温度、 火灾引起的烟雾等）的实时监测与治 理，可为人们提供一个安全、健康、 舒适的生活环境。 湿度、烟雾、一氧化碳、甲烷等传感 核心处理器的硬件系统。室内中心控 器分布在家居环境内，采集各种环境 制机硬件结构图如图２所示。 系统总体设计 本系统主要是对家居环境中的温 度、湿度、烟雾浓度、一氧化碳浓度、 甲烷浓度进行实时的监测。系统的主 要工作有：自动进行数据采集、处理、 指标分析，实时的将指标信息显示在 液晶屏和远程监控网页上，当温度过 高，烟雾浓度、有害气体浓度超标时， 进行本地声光报警提示并发送远程报 图１系统网络拓扑图 境布局的展示厅。在展示厅的入『ｊ处 安置一个室内中心控制机。将ＷＩＡ． ＰＡ网关放置在门后的交换机箱内， 按照房问（客厅、厨房）的布局，布 置各传感器，在客厅中安放ＷＩＡ—ＰＡ 路由器及ＷＩＡ．ＰＡ温、湿度传感器、 ＷＩＡ．ＰＡ烟雾传感器、ＷＩＡ．ＰＡ一氧 化碳传感器；在厨房中安放ＷＩＡ．ＰＡ 路由器、ＷＩＡ．ＰＡ温、湿度传感器及 ＷＩＡ．ＰＡ甲烷传感器。系统测试环境 图如图５所示。 测试过程：将远程监控主机与室 内中心控制机通过网线相连，然后打 开ＷＩＡ—ＰＡ无线网关与ＷＩＡ—ＰＡ路由 器、各种传感器。在室内中心控制机 家居安防主界面下点击无线测量值按 图４室内中心控制机软件流程图 钮，进入到环境信息监测数据显示界 出声光报警的同时弹出报警图像操作界 试：主要对环境监测值实时显示和环 面，在室内中心控制机界面上可以看 面，等待用户通过操作室内中心控制机 境值异常时的报警功能进行测试。 到房间信息、传感器数据信息以及经 触摸屏查看信息或者取消报警信息等。 硬件组成：室内中心控制机、 过计算的各传感器的采集值。 将１０℃～１００℃的电热丝调至不 Ａ．ＰＡ网关、交换机；ＷＩＡ．ＰＡ温／ 系统初始化完成以后，室内中心 ＷＩ控制机创建数据接收线程获取家居环 湿度传感器、ＷＩＡ－ＰＡ甲烷传感器、 同的温度，放在温度传感器下，可以 境信息。传感器会发送两种数据包： ＷＩＡ－ＰＡ一氧化碳传感器、ＷＩＡ－ＰＡ烟 看到室内中心控制机和远程监控中心 个是入网包，一个是数据包。收到 雾传感器、路由器各两个。的页面上温度传感器的数值不断地实 软件组成：将写好的室内控制中 入网包后，通过解析确定是哪个传感 时刷新改变；当温度传感器的值超过 器上线，然后在室内中心机的相应界 心机程序下载到室内中心控制机中， 事先设定的阈值后，室内中心控制机 一面上显示相应传感器的名称。收到数 确保室内中心机能正常工作，同时将 会实时的发出本地声光报警，同时发 Ａ－ＰＡ传感器的程序和ＷＩＡ－ＰＡ 据包后，进行数据包的处理提出有效 各ＷＩ出远程报警信息，远程监控页面上也 数据信息，计算出传感器的值，并在 网关的程序下载到各自的硬件系统中 出现了温度异常报警提示，同时查看 室内中心控制机上进行传感器数值的 确保能正常使用。同时将远程监控中 数据库，发现有报警信息的存储。其 实时显示。同时将收到环境信息发送 心的管理软件打开。 中环境信息实时显示和报警界面显示 到远程监控中心，进行信息的及时更 系统测试的地点选择在按家居环 如图６所示。 新和显示。当室内温度过高或者烟雾浓 度、有害气的含量超标时，室内中心控 制机将进行实时的本地报警同时将报警 信息发送到远端监控主机上。室内中心 控制机软件主流程图如图４所示。 图５系统测试环境图 系统功能涌试 环境实时监测系统的主要功能测 Ｄｅｓｉｇｎ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ●叹 ｌ腿朋 结论 通过系统功能测试发现，基于 ＷＩＡ．ＰＡ无线传感网络的家居环境实 时监测系统能较好的实现对家居环 境信息的实时采集；室内中心控制 图６环境测量实时 显示报警界面 机也能实时的接收、转发、处理、 显示环境信息数据，并在异常时进 行本地声光报警和发送远程报警信 息。远程监控页面上也能实时的进 气体超标报警提示和报警信息的存 网络能较好地应用于智能家居环境 Ａ．ＰＡ无线传感 监测中。圆 行环境信息更新，温度过高、有害 储。因而验证了ＷＩ．主／从模式（ＰＯＲＴ１） Ｉ，Ｆ格式 ．・ＰＯＲＴ２：ＭＳＢ、调整后的ＬＳＢ（１６ 位／２４位）、１２Ｓ ・ＰＯＲＴ１：ＭＳＢ、调整后的ＬＳＢ（１６ 位／２４位）、ｌ Ｓ ・硬件 Ｃ总线控制 ・工作电压 一数字Ｉ／Ｏ和电荷泵：３．０Ｖ－３．６Ｖ ＤＡＣ模拟：３．０Ｖ－３．６Ｖ ．・封装：４８引脚ＱＦＰ 评估板ＡＫＤ４６８７．Ａ ＡＫ４６８７的评估板ＡＫＤ４６８７一Ａ 是一个单芯片的２４位ＣＯＤＥＣ，带有 双通道ＡＤＣ和双通道的ＤＡＣ。它不 仅能够评估ＡＫ４６８７的Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ转 图３ ＡＫ４６８７典型连接Ｉ￣Ｉ（ＨＮＶ控制模式，ＭＣＬＫ＝７６８ｆｓ。主模式） 换，还能评估异步操作特性。此外， 该评估板还可以通过Ｓ／ＰＤＩＦ连接器 与数字音频设备轻松连接。 图４评估ｔ￣ＫＤ４６８７ 方框图 ＡＫＤ４６８７－Ａ功能 ・兼容两种类型的数字音频接口 ．带有ＤＩＴ／ＤＩＲ的ＢＮＣ（Ｓ／ＰＤＩＦ）输 入，输出（ＡＫ４１１８Ａ） ．１ ０引脚接头用于寄存器控制 详情请见： （ｆｓ＝３２ｋＨｚ ４８ｋＨｚ） １２８ｆｓ、１９２ｆｓ、２５６ｆｓ ３８４ｆｓ １ ２８ｆｓ、１ ９２ｆｓ ｆｆｓ＝１ ２８ｋＨｚ～１ ９２ｋＨｚ） ・ｈｔｔＰ：，，ｓ０ＩｕｔｉＯｎ．ｅｃｃｎ．ＣＯｍ， （ｆｓ＝６４ｋＨｚ ９６ｋＨｚ） 双音频串行Ｉ／Ｆ（ＰＯＲＴ１、ＰＯＲＴ２） ｓｏｌｕｔｉｏｎ ２０１ １ ０９２８１ ０２５２８２５．ｈｔｍ皿