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基于OpenWRT智能家庭安防系统的研究与实现

出处:电子发烧友整理 发布于:2017-12-27 | 921 次阅读

本文主要针对室内安全进行了研究和设计,以OpenWrt开源软件为核心,已有的硬件为基础设计了基于OpenWrt的智能家庭室内安防系统。

1.整体设计方案

本设计的整体结构分为两大部分,分别是硬件设计部分和软件设计部分。以软硬件相结合的方式实现整体的功能。在硬件设计方面采用模块化设计,其中主要包括五大模块:远程监控模块、无线通信模块、视频采集模块、单片机控制模块和传感器数据采集模块。软件设计方面以OpenWrt开源的嵌入式Linux系统为基础,OpenWrt开源系统当中包含了3000多个可供用户自由选择的软件包,可以根据自己的需要来编写自己的软件包构建自己的应用程序从而能够最大限度地定制自己的嵌入式设备。系统整体设计框图如下图所示:

基于OpenWRT智能家庭安防系统的研究与实现

2硬件设计

2.1远程监控模块

远程监控模块指的是手机端和电脑端,用户可以任何有网络连接的地方实时通过手机或者电脑实时获取室内监控画面和环境参数,当发生异常通过获取的短信报警信息,实时查看视频和客户端数据,能够使用户及时做出反应。

2.2无线通信模块

无线通讯模块是本设计的核心,它的主芯片是Ralink的RT5353芯片,它具有高性能、高集成度的中央微型处理器,主频达350MHz,完全满足嵌入式操作系统的需要。它支持

IEEE802.11标准的Wi—Fi网络,20/40M的频带允许高达150Mbps的数据传输效率,这样就使它的覆盖面更广,数据吞吐量更大。另外他提供多个以太网接口,可与外网和内部多个网络设备进行连接,它还提供一个USB主设备接口和两个通用异步收发器接31,这样就可以非常方便的进行外部设备的扩展。

2.3视频监控模块

为了保证室内视频图像信息的清晰度,使用户能够实时接收图像,本设计采用USB摄像头作为视频图像的采集工具。它不需要信号的转换可以直接传输图像信息的数字信号,客户端(PC/手机)只需要USB接口或者无线传输的方式直接接收图像视频信号,而USB接31的转换速度更快。USB摄像头市场使用广泛性价比更高,使用简单。综合考虑选用天敏网客UVC-T24无驱版摄像头,640x480像素,USB2.0接口,有效提高图像传输速度,高帧率视频显示,画面顺畅不间断,暗光环境中能够保证画面的清晰度。数字摄像头的原理图如下图所示:

基于OpenWRT智能家庭安防系统的研究与实现

2.4控制模块

控制模块是由STC89C52单片机和GSM通信模块组合而成,通过单片机控制GSM模块实现远程信息通信报警的功能。

本设计选用西门子公司推出的新一代无线通信GSM模块TC35系列,它能够安全可靠地实现系统方案中的数据、语音、短消息传输并且能够保证传输速率的要求。模块的工作电压为3.3—5.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,模块有AT命令集接1,该模块集射频3电路和基带于一体,为数据、语音、短消息提供快速、可靠、安全的传输。单片机和GSM模块采用异步串行通信接口的方式,通信速度可以根据实际需要设定。控制模块连接图如图3所示。

2.5传感器数据采集模块

传感器采集模块的设计当中结合了ZigBee技术和传感器技术的方法,通过红外传感器、煤气传感器、温度传感器实现室内门禁、烟雾、温度等信息的采集并且由无线通讯模块将采集的信息上传给上位机,其中技术是这个设计当中的关键。由于本设计属于室内安防环境,监测的范围比较小,并且各个节点之间不需要相互通信,所以选择星型网络。协调器通过RS232串口与无线通讯模块连接,各个节点使用RFD连接传感器,利用电池供电,可以根据实际需要布置在室内的任何位置,所有节点所采集到的的数据都会发送至协调器,上位机(PC/手机端)客户端通过无线通讯模块就可以接收到传感器的实时数据。

3软件设计

3.1软件功能总体设计

无线通信模块采用IEEE802.11标准的无线通信技术。在基于OpenWrt系统内核当中配置实现USB摄像头的驱动和信号的传输,无线通信模块接收到的无线传感器数据通过网络传输到远程监控端口其中包括温度、门禁、烟雾的数据信号和视频监控画面,然后由上位机发出控制信号和接收下位机反馈的信号。编程实现串口转发和控制处理通信,主程序流程图如下图所示。

基于OpenWRT智能家庭安防系统的研究与实现

3.2嵌入式系统的选择

本设计选择OpenWrt操作系统,OpenWrt是一个开源的嵌入式Linux系统,它提供给用户一个完全可写的文件系统和软件包管理系统,用户可以根据自己的需要的编写自己的软件包来最大限度的定制自己的嵌入式设备,降低了嵌入式Linux开发的门槛。同时OpenWrt为开发人员提供简单易用的开发环境来构建自己的应用程序。

由于近些年计算机技术的迅速发展,OpenW~系统通过开发人员不断对系统修改、更新,现在它已经不仅仅局限在路由器的简单功能,它适用于特定的系统,它包含了3000多个可供用户自由选择的软件包,用户可以根据自己的需要安装软件包,用户只需要通过简单的指令就可以实现相应软件的下载、编译、安装和使用。

3.3主系统的软件安装

本设计当中由发展非常成熟的网络公共资源中下载对应的OpenWrt系统需要的软件包和

操作系统的源代码,然后更新并且安装软件包,最后配置CPU、开发板型号和用户页面LUCI,在LUCl界面我们可以配置网口

和串口驱动、DNS、硬件挂起和以太网代理模块的软件包,之后进行编译生成bin文件。将bin文件下载安装到RT5350开发板上就实现了系统的安装。

在安装好操作系统之后就可以成功生成Wi—Fi无线信号,电脑、手机等智能设备就可以无线接入,开发板就可以挂载摄像头并且实现无线Wi—Fi与模块的相互通信,只要通过LUCI页面的软件包管理功能就可以开发相应的软件包,然后进行加载,安装就可以完成。

3.4远程端口的软件设计

远程端口即上位机,它包括手机端和PC端设计软件客户端,使上位机实现室内监控画面的采集和室内环境参数,能够在异常发生时,及时让异常信号在客户端上做出显示和报警。远程端口的通过设计客户端的方式将视屏画面和数据画面显示在远程端口,这样用户可以在有网络连接的条件下对室内环境进行实时监测。

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