遠近程監護系統的設計

張少華 丁晟

摘要：在日漸忙碌的現代都市中，很多家庭成年人忙于工作，很少有時間照顧兒童或老人。完整的監護系統包括三部分：環境數據監測系統部分通過Zigbee無線通信采集到溫濕度數據，經過中控部分傳送到遠近程視頻監控系統的終端部分;同時終端根據發送來的溫濕度可控制中控系統中的紅外遙控裝置，開啟電子設備如空調等，調節家居環境;同時可通過WIFI近程視頻監控也可通過 VPN 實現遠程視頻監控。

關鍵詞：Zigbee無線通信;紅外遙控;WIFI;VPN

中圖分類號：TP393.1? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：1007-9416（2020）10-0000-00

1遠近程監護系統概述

在日漸忙碌的現代都市中，很多家庭成年人忙于工作，很少有時間照顧兒童或老人。使用網絡攝像機，能夠在異地通過手機或者其他終端隨時了解家中狀況，同時可用手機方便的控制家居環境，基于對網絡數據的資費考慮，在家居環境內借助于 Wifi，同樣可以實現視頻監控等。

監護系統包括環境數據檢測系統（Zigbee無線通信模塊）、中控（STM32主控芯片和紅外遙控模塊），以及遠近程視頻監控系統（前端、傳輸環節和終端）。監護系統框圖如圖1所示。

2各部分電路設計

2.1環境監測系統設計

2.1.1 環境監測硬件設計

由于環境檢測模塊主要用在家居，覆蓋區域不大，因此主要有協調器和一個終端組成。微控制器選用TI公司生產的無線射頻收發器采用CC2530 芯片，網絡協調器與監測節點終端的硬件電路基本相同。終端溫濕度傳感器模塊DHT11采集溫濕度遠程發送到協調器[1]，協調器完成傳感器數據接收并在液晶顯示模塊顯示，同時將數據通過串口傳送至中控電路。

2.1.2協調器程序設計

基于ZigBee技術的無線測量系統只需要一臺協調器和一臺終端，它們之間為單播通信。終端和協調器程序流程圖如圖2所示。

2.2 中控設計

2.2.1 紅外遙控電路設計

紅外遙控作為現今家庭最主要的遠程控制方式，具有易實現以及結構簡單等特點。紅外發射電路模塊采用了38KHz 作為控制碼的載波信號。其中紅外發射模塊電路圖如圖3所示。

2.2.2 主控硬件設計

本設計中采用了 ST 公司所生產的 STM32F103VCT6 單片機作為中控電路的主控芯片，該芯片為32位ARM微控制器。在中控電路中主控芯片需要通過串口收集ZIGBEE中的協調器、WIFI的信息，還需要控制紅外模塊將控制信息傳輸給外部進行紅外控制的系統[2][5]。

2.2.3 中控電路的程序設計

監控系統中控軟件流程圖如圖4所示。

2.3 遠近程視頻監控系統設計

遠近程視頻監控系統的硬件構成包括三部分：前端（視頻采集端），中間傳輸，終端（監控端）。前端只能是各類攝像機（頭），終端可以是 PC、PAD、智能手機等。考慮到資費問題分為：遠程視頻監視功能（可能需要付費），近程視頻監控功能（局域網無需付費）。

2.3.1 遠程監控設計方案

采用 VPN 模式視頻監控，硬件上包括以下幾個部分：攝像機（視頻采集）、家用路由器（帶有 VPN 功能）、互聯網（有線或無線）、終端（智能移動終端或其它智能終端）。

VPN 技術可以解決 IP 地址和端口的限制，在任何可接入的網絡環境快速搭建數據鏈路[3]。

2.3.2 近程視頻監控設計方案

本設計使用安卓智能手機作為移動智能終端，近程監視、中控的通信、以及與對環境的相關控制通信鏈路具體實現經過如圖1中的藍色虛線所示。

2.3.3 遠程視頻監控 VPN 建立過程

本系統通過 zeroTierone 客戶端建立虛擬專網，建立虛擬專網后，在連接實現寫入openwrt 路由器基礎上，登錄 web 管理界面，打開瀏覽器輸入 IP 地址，進行端口號的設置。之后打開瀏覽器輸入 IP就可以獲得攝像頭的實時畫面。

2.4整體調試

安裝好各個模塊后開啟所有電源，系統開始運行。在一段時間搜索后將攝像頭圖像傳輸至手機端。手機端顯示攝像圖像，點擊攝像頭設置，可以將攝像頭位置調整至預設位置，攝像頭轉動平滑。將預制二維碼圖片放置在攝像頭處點擊手機端識別二維碼，終端處理接收的圖片，將二維碼信息顯示在手機下方。點擊手機端[4]紅外控制按鍵，在二級頁面顯示出控制對象。手機端對中控發送紅外碼值，在紅外碼值驗證機上顯示正確的碼值信息。整體流程結果正常，符合設計要求。工程機測試圖如圖5所示。

3結語

本文研究了基于Wifi近程監控，也可通過VPN技術的遠程監護家居，以及遙控家用電器，實現了遠近程監護家居，調試結果顯示，可以實現預期目標，方便實用。

參考文獻

[1] 戴由旺，李增有，韋俞鋒.基于ZigBee的低功耗無線傳感節點設計與實現[J].現代電子技術，2011，34（18）：121-123+126.

[2] 韓超，梁泉.Android系統原理及開發要點詳解[M].北京：電子工業出版社，2O10.

[3] 郝輝，錢華林.VPN及其隧道技術研究[J].微電子學與計算機，2004（11）：47-51.

[4] 李芳.對VPN技術的研究及應用[J].硅谷，2010（3）：89.

[5] 潘琢金，李冰，羅振，等.基于STM32的UART-WiFi模塊的設計與實現[J].制造業自動化，2015，37（7）：127-130.

收稿日期：2020-08-20

*基金項目：江蘇省高等學校自然科學研究項目（19KJB510027）——板級X波段4GHz帶寬射頻信號直接采樣關鍵技術研究。

作者簡介：張少華（1978—），女，山東棲霞人，碩士研究生，研究方向：無線能量采集、人工智能、環境監測硬件設計。

Design of Remote and Near Range Monitoring System

ZHANG Shao-hua，DING Sheng

（Jiangsu Vocational College Of Information Technology， Wuxi? Jiangsu? 214153）

Abstract： In the increasingly busy modern city， many family adults are busy with their work and have little time to take care of children or the elderly. The whole monitoring system consists of three parts： the environmental data monitoring system collects the temperature and humidity data through ZigBee wireless communication， and transmits the data to the terminal part of the remote and short-range video monitoring system through the central control part; at the same time， the terminal can control the infrared remote control device in the central control system according to the temperature and humidity sent， turn on electronic equipment such as air conditioning， and adjust the home environment; at the same time， it can use the WIFI short range video monitoring can also realize remote video monitoring through VPN.

Key words： zigBee wireless communication; infrared remote control; WiFi; VPN