基于WiFi的智能樓宇監(jiān)控系統(tǒng)硬件電路設計

王萍+王濤

【摘要】在現(xiàn)代智能建筑中樓宇監(jiān)控扮演了越來越重要的角色，傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)大都是通過有線方式布置的，存在諸多弊端。基于WiFi的樓宇監(jiān)控系統(tǒng)采用WiFi技術，搭建了以S3C2440A芯片為核心的控制器硬件平臺，集成了多種傳感器、聲光報警裝置、電源等模塊設計完成。系統(tǒng)具有安裝便捷、可靠性高、擴展靈活、實時性強等優(yōu)點，可以對樓宇監(jiān)控對象進行遠程監(jiān)控。該系統(tǒng)也可以應用于智能家居、工業(yè)控制等領域，擴展性好，具有很好的實用價值。

【關鍵詞】樓宇監(jiān)控 WiFi 傳感器 S3C2440A芯片

1984年美國建造了世界上第一座智能大廈，此后世界各國紛紛效仿，智能樓宇這一概念應運而生，樓宇監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)樓宇智能化的重要部分，系統(tǒng)可分為樓宇環(huán)境（溫度、濕度、氣體等）監(jiān)控子系統(tǒng)和樓宇設備（電梯、空調(diào)、照明和供配電系統(tǒng)等）監(jiān)控子系統(tǒng)兩部分。集計算機技術、傳感器技術、通訊技術等多種先進技術于一體。通過對樓宇智能化的監(jiān)控可實現(xiàn)對樓宇照明、清潔、以及機房機電設備的設備參數(shù)和運行環(huán)境等方面的實時控制，具有明顯的節(jié)能效果，根據(jù)調(diào)查顯示節(jié)能可達15%～20%；同時便于管理人員隨時了解設備運行狀況，有效提高現(xiàn)代化管理水平。

在樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中，需要監(jiān)測對象的很多，需配合大量傳感器實現(xiàn)，傳統(tǒng)有線方式設備布線困難，不易擴展，限制了數(shù)據(jù)采集點的靈活性；同時不具備網(wǎng)絡的通訊的功能，難以實現(xiàn)遠程監(jiān)控。隨著無線通信技術和嵌入式Internet技術發(fā)展，設備能夠通過嵌入式模塊而不是PC直接接入Internet，突破了以往傳統(tǒng)有線監(jiān)控的時空地域限制，促進了無線監(jiān)控技術的發(fā)展。

一、系統(tǒng)總體設計

對樓宇內(nèi)變配電、照明、給排水、電梯、空調(diào)、供暖、安防、消防等眾多子系統(tǒng)設置智能節(jié)點，由這些節(jié)點和無線接入點組成無線局域網(wǎng)。監(jiān)控現(xiàn)場選用無線路由器作為中心設備，一方面和節(jié)點相連接，另一方面和監(jiān)控中心的上位機相連接。傳感器節(jié)點對各子系統(tǒng)進行實時監(jiān)測，并對出現(xiàn)故障的系統(tǒng)進行自動調(diào)節(jié)與控制，同時以無線方式將各子系統(tǒng)的狀態(tài)（如溫度、濕度、煙霧度等）發(fā)送給上位機。為方便狀態(tài)信息的識別，每個節(jié)點都有唯一標識（IP），通過該IP標識指示傳感器的位置。上位機對接收到的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析和處理，如果接收到報警類信息則向現(xiàn)場監(jiān)控節(jié)點發(fā)出動作指令，啟動報警，并在監(jiān)控界面上顯示報警點的具體位置；如果接收到非報警類信息，則將設備的運行狀態(tài)在監(jiān)控界面上實時顯示并存入數(shù)據(jù)庫，供相關人員查看使用。同時用戶也可以通過Web頁面遠程查看監(jiān)測信息等狀況。

傳感節(jié)點：能夠?qū)崟r采集監(jiān)測物信息和執(zhí)行控制命令，有特殊情況立即報警；經(jīng)心跳包保持與監(jiān)控中心通信網(wǎng)絡的連接，達到“永遠在線”。

通信網(wǎng)絡：是監(jiān)控中心和傳感節(jié)點間的通信通道，能夠?qū)崟r對監(jiān)測信息和控制命令雙向傳輸。

監(jiān)控中心：組成由PC機、Web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器，通過PC查看當前信息和歷史數(shù)據(jù)。

二、系統(tǒng)硬件電路設計

（一）微處理器模塊

傳感節(jié)點的核心是微處理器模塊，選擇微處理器選擇上主要考慮節(jié)點的功能和功耗等因素。微處理器首先要周期性地給傳感器總線發(fā)送信號，還要與監(jiān)控中心保持連接，保證在線。通過分析，選擇了一款基于ARM920T處理器核實現(xiàn)的微處理器S3C2440A。

（二）傳感器模塊

（1）溫濕度傳感器。采用DHT22一體化數(shù)字傳感器。除了配有與8位單片機相連的NTC測溫元件和感濕元件，還有一個存放校準系數(shù)的OTP寄存器。傳感器引腳分別是VDD，DATA，NC、GND，單總線的接口與微處理器直接連在一起，簡化了電路，使系統(tǒng)集更加方便。特性如表1、表2所示。

（2）安防傳感器。安防傳感器采用基于紅外線技術的自動控制模塊的HC-SR501，感應模塊采用雙元探頭（A，B），探頭的窗口為長方形。當人體從A到B或從B到A走過時，紅外光譜達到雙元的時間和距離有差值，差值數(shù)據(jù)越大，感應越靈敏，所以安裝傳感器時應使探頭雙兀方向與人體移動最多的方向平行，確保人體經(jīng)過時先后被探頭雙元所感應。人體感應模塊的電氣參數(shù)如表3所示。

（三）無線通信模塊

WLAN組成有由無線網(wǎng)卡和接入點兩部分。此次設計用的是WN321G+54M無線網(wǎng)卡，芯片為RT73，通用串行總線USB接入。屋內(nèi)外傳輸距離分別為100米、300米。

（四）電源模塊

處理器為了降低的功耗，用多路電源供電，本系統(tǒng)的S3C2440A處理器，其核心電壓為1.25V，3.3V外部I/O及存儲器供電。

（五）UART接口電路

S3C2440A帶有串行接口，接口標準為RS-232。PC機的串行口為RS-232C電平，用正負電壓表示邏輯狀態(tài)，微處理器控制模塊的串行口為TTL電平，所以設計硬件電路時，需要MAX232芯片進行電平轉(zhuǎn)換。

三、結(jié)論

通過對以往傳統(tǒng)有線監(jiān)控和常用無線通信技術的分析，在樓宇監(jiān)控系統(tǒng)中引入WiFi技術，采用WiFi技術，搭建了以S3C2440A芯片為核心的控制器硬件平臺，集成了多種傳感器、聲光報警裝置、電源等模塊。系統(tǒng)安裝便捷、可靠性高、擴展靈活、實時性強等優(yōu)點，可以對樓宇監(jiān)控對象進行遠程實時監(jiān)控。該系統(tǒng)也可以應用于智能家居、工業(yè)控制等領域，擴展性好，具有很好的實用價值。