基于ZigBee 的嵌入式小區監控系統的研究

【文章摘要】

隨著人們生活水平的提高，居民對住宅要求也有了新的標準，尤其是居民密切關注的小區安全問題，信息技術的出現與不斷更新恰好為此提供了便利。目前大多數小區都已經實現了智能監控，保障了小區的安全穩定。因此，本研究主要對基于ZigBee 的嵌入式小區監控系統進行分析，本系統由家庭子系統、視頻監控子系統和總監控系統組成，可實現小區住戶及小區內環境的全方位監控。

【關鍵詞】

ZigBee; 嵌入式; 小區監控系統

1 系統設計總體方案

根據當前小區組網與控制系統特點， 本研究提出了基于ZigBee 無線傳感網絡以及ARM 嵌入式平臺的小區監控系統設計方案。本系統主要由三部分組成，即家庭子系統、視頻監控子系統和總監控系統，其中，家庭子系統的功能是通過采集住戶家中溫度、氣體濃度等信息來獲得住戶家中的數據信息，一旦住戶家中環境出現不正常現象，該系統便會自動向發出報警信息，并可以直接傳輸到總監控系統，以便相關管理人員及時采取措施解決家中安全問題。視頻監控子系統則主要是對小區內各個角落的攝像頭采集信息進行處理，并發送到總監控系統，以便管理人員及時了解小區環境安全情況。總監控系統需要收集、處理與存儲家庭子系統與視頻監控子系統傳輸的各種信息，并及時通知相關人員對各種異常情況進行處理。

此外，用戶也可以通過手機終端或者是PC 端，借助Internet 網訪問嵌入式Web 服務器BOA, 嵌入式Web 服務器根據客戶發送的Web 請求, 運行與Web 請求對應的CGI 腳本, 通過CGI 來發送串口數據包給Atmegal28 單片機來控制各種設備，同時ARM 通過串口向ZigBee 無線傳感器網絡的協調器發送交互指令, 獲取ZigBee 無線傳感器網絡各節點(Node) 采集到的環境參數。圖1 為本系統具體的實現方案。

作為一個嵌入式系統,ARM 處理器是整個系統的控制中心現在市場上ARM 處理器的種類繁多, 本研究經比較選擇一款高性能、低成本的ARM 處理器-- 三星S5PV210 作為嵌入式微處理器。目前最流行的嵌入式操作系統包括嵌入式Linux、Windows CE 等，本設計結合他們在源代碼開放性、資源與開發工具靈活性等方面的優勢選擇Linux 嵌入式系統軟件。系統是在嵌入式Linux 平臺的基礎上實現的WEB 服務器的功能, 結合HTML 網頁語言、java script 腳本動態獲取嵌入式WEB 服務器對客戶端瀏覽器請求的相應數據和通用網關界面CGI, 實現用戶身份驗證、遠程控制室內的各種設備以及查看ZigBee 傳感器網絡采集到的環境參數。GSM/GPRS 模塊, 通過USB 轉串口與ARM 通信, 當室內出現異常情況時,ARM 發送AT 指令控制模塊撥打電話或者發送信息給用戶, 提醒用戶及時查看和處理室內的危險情況。

無線傳感器網絡采用了新興的ZigBee 技術, 每個ZigBee 模塊節點都可以采集到環境參數, 包括溫濕度、煙霧濃度、光照強度及人體紅外檢測, 節點通過ZigBee 無線網絡發送采集到的數據給協調器節點, 協調器通過USB 轉串口把傳感器采樣到數據發送給ARM 開發板, 實現對室內的環境監測。低成本、低功耗的ZigBee 無線技術與ARM 嵌入式結合, 不僅自組網方便快捷, 而且很容易與Internet 連接, 實現遠程監控,Linux 嵌入式處理與無線傳感器網絡ZigBee 技術實現了完美的結合。

2 系統硬件

2.1 家庭子系統

家庭子系統主要由傳感網絡和ARM 服務器兩部分組成，傳感網絡中數據采集節點與匯聚節點的交互需要利用無線網絡，匯聚節點與ARM 服務器利用串口進行數據傳輸，ARM 服務器與主控端之間的通信是在利用網口接入局域網的基礎上實現的。這樣設計使節點的能耗較低，而傳感器與處理器所耗能量也相對較少， 從而最終減少了整個系統運行中的能耗。

2.2 攝像子系統

攝像子系統主要由CortexTM-A8 處理器三星S5PV210 和多個CCD 攝像頭組成， 攝像子系統的功能就是對小區內的公共設施及各個活動區域進行全方位監控，信息的采集過程主要利用了CCD 攝像頭，信息采集之后，通過ARM 平臺處理，便可以在網絡連接的基礎上將其傳送到PC 主控端。

3 系統軟件

本文中的系統是基于局域網的遠程監控系統，在PC 主控機端設計WEB 頁面， 用于執行操作和進行數據的交互，主控端數據主要來源于家庭子系統和攝像子系統，并部署嵌入式WEB 服務器BOA，實現PC 頁面的數據交互。

3.1 家庭子系統軟件架構

家庭子系統采用linux 操作系統作為軟件的運行平臺，其功能主要是監控住戶的家庭環境，當住戶家庭環境出現意外時，它可以自動報警。linux 在嵌入式應用領域具有較強的系統裁剪性，可以更好的適應嵌入式設備的內存限制，具備實時性、可靠性與穩定性等優點。

3.2 攝像子系統軟件架構

攝像子系統采用CCD 攝像頭采集視頻數據，在ARM 平臺上移植linux 操作系統作為軟件的運行平臺，移植BOA 作為嵌入式Web 服務器，移植spcaLserv 作為流媒體服務器，最終采集的視頻信息是通過流媒體服務器和BOA 傳輸到PC 的主控系統的，其需要實現的主要功能就是對小區內部環境進行監控。

4 結論

綜上所述，隨著物聯網技術的飛速發展, 現代人類已經無法滿足于傳統的家居生活方式, 尤其是在無線通信技術、嵌入式技術等先進技術的出現與發展過程中, 更多的智能化系統平臺實現了小區環境和設備的監控。因此，本研究主要設計了基于ZigBee 的嵌入式小區監控系統，對系統設計總體方案及軟硬件設置進行了詳細分析，搭建了Linux 環境下的嵌入式系統開發環境, 完成嵌入式Web 服務器和嵌入式視頻服務器的移植, 實現了Linux 嵌入式處理與無線傳感器ZigBee 技術的完美結合。

【參考文獻】

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