基于ZigBee 的嵌入式小区监控系统的研究

庞春辉 辽宁机电职业技术学院 辽宁丹东 118009

【文章摘要】

随着人们生活水平的提高，居民对住宅要求也有了新的标准，尤其是居民密切关注的小区安全问题，信息技术的出现与不断更新恰好为此提供了便利。目前大多数小区都已经实现了智能监控，保障了小区的安全稳定。因此，本研究主要对基于ZigBee 的嵌入式小区监控系统进行分析，本系统由家庭子系统、视频监控子系统和总监控系统组成，可实现小区住户及小区内环境的全方位监控。

【关键词】

ZigBee; 嵌入式; 小区监控系统

1 系统设计总体方案

根据当前小区组网与控制系统特点， 本研究提出了基于ZigBee 无线传感网络以及ARM 嵌入式平台的小区监控系统设计方案。本系统主要由三部分组成，即家庭子系统、视频监控子系统和总监控系统，其中，家庭子系统的功能是通过采集住户家中温度、气体浓度等信息来获得住户家中的数据信息，一旦住户家中环境出现不正常现象，该系统便会自动向发出报警信息，并可以直接传输到总监控系统，以便相关管理人员及时采取措施解决家中安全问题。视频监控子系统则主要是对小区内各个角落的摄像头采集信息进行处理，并发送到总监控系统，以便管理人员及时了解小区环境安全情况。总监控系统需要收集、处理与存储家庭子系统与视频监控子系统传输的各种信息，并及时通知相关人员对各种异常情况进行处理。

此外，用户也可以通过手机终端或者是PC 端，借助Internet 网访问嵌入式Web 服务器BOA, 嵌入式Web 服务器根据客户发送的Web 请求, 运行与Web 请求对应的CGI 脚本, 通过CGI 来发送串口数据包给Atmegal28 单片机来控制各种设备，同时ARM 通过串口向ZigBee 无线传感器网络的协调器发送交互指令, 获取ZigBee 无线传感器网络各节点(Node) 采集到的环境参数。图1 为本系统具体的实现方案。

作为一个嵌入式系统,ARM 处理器是整个系统的控制中心现在市场上ARM 处理器的种类繁多, 本研究经比较选择一款高性能、低成本的ARM 处理器-- 三星S5PV210 作为嵌入式微处理器。目前最流行的嵌入式操作系统包括嵌入式Linux、Windows CE 等，本设计结合他们在源代码开放性、资源与开发工具灵活性等方面的优势选择Linux 嵌入式系统软件。系统是在嵌入式Linux 平台的基础上实现的WEB 服务器的功能, 结合HTML 网页语言、JavaScript 脚本动态获取嵌入式WEB 服务器对客户端浏览器请求的相应数据和通用网关界面CGI, 实现用户身份验证、远程控制室内的各种设备以及查看ZigBee 传感器网络采集到的环境参数。GSM/GPRS 模块, 通过USB 转串口与ARM 通信, 当室内出现异常情况时,ARM 发送AT 指令控制模块拨打电话或者发送信息给用户, 提醒用户及时查看和处理室内的危险情况。

无线传感器网络采用了新兴的ZigBee 技术, 每个ZigBee 模块节点都可以采集到环境参数, 包括温湿度、烟雾浓度、光照强度及人体红外检测, 节点通过ZigBee 无线网络发送采集到的数据给协调器节点, 协调器通过USB 转串口把传感器采样到数据发送给ARM 开发板, 实现对室内的环境监测。低成本、低功耗的ZigBee 无线技术与ARM 嵌入式结合, 不仅自组网方便快捷, 而且很容易与Internet 连接, 实现远程监控,Linux 嵌入式处理与无线传感器网络ZigBee 技术实现了完美的结合。

2 系统硬件

2.1 家庭子系统

家庭子系统主要由传感网络和ARM 服务器两部分组成，传感网络中数据采集节点与汇聚节点的交互需要利用无线网络，汇聚节点与ARM 服务器利用串口进行数据传输，ARM 服务器与主控端之间的通信是在利用网口接入局域网的基础上实现的。这样设计使节点的能耗较低，而传感器与处理器所耗能量也相对较少， 从而最终减少了整个系统运行中的能耗。

2.2 摄像子系统

摄像子系统主要由CortexTM-A8 处理器三星S5PV210 和多个CCD 摄像头组成， 摄像子系统的功能就是对小区内的公共设施及各个活动区域进行全方位监控，信息的采集过程主要利用了CCD 摄像头，信息采集之后，通过ARM 平台处理，便可以在网络连接的基础上将其传送到PC 主控端。

3 系统软件

本文中的系统是基于局域网的远程监控系统，在PC 主控机端设计WEB 页面， 用于执行操作和进行数据的交互，主控端数据主要来源于家庭子系统和摄像子系统，并部署嵌入式WEB 服务器BOA，实现PC 页面的数据交互。

3.1 家庭子系统软件架构

家庭子系统采用linux 操作系统作为软件的运行平台，其功能主要是监控住户的家庭环境，当住户家庭环境出现意外时，它可以自动报警。linux 在嵌入式应用领域具有较强的系统裁剪性，可以更好的适应嵌入式设备的内存限制，具备实时性、可靠性与稳定性等优点。

3.2 摄像子系统软件架构

摄像子系统采用CCD 摄像头采集视频数据，在ARM 平台上移植linux 操作系统作为软件的运行平台，移植BOA 作为嵌入式Web 服务器，移植spcaLserv 作为流媒体服务器，最终采集的视频信息是通过流媒体服务器和BOA 传输到PC 的主控系统的，其需要实现的主要功能就是对小区内部环境进行监控。

4 结论

综上所述，随着物联网技术的飞速发展, 现代人类已经无法满足于传统的家居生活方式, 尤其是在无线通信技术、嵌入式技术等先进技术的出现与发展过程中, 更多的智能化系统平台实现了小区环境和设备的监控。因此，本研究主要设计了基于ZigBee 的嵌入式小区监控系统，对系统设计总体方案及软硬件设置进行了详细分析，搭建了Linux 环境下的嵌入式系统开发环境, 完成嵌入式Web 服务器和嵌入式视频服务器的移植, 实现了Linux 嵌入式处理与无线传感器ZigBee 技术的完美结合。

【参考文献】

[1] 翟宏伟. 基于物联网技术的智能家庭应用研究[D]. 北京邮电大学,2011, 2

[2] 李宁. 基于物联网架构和ZigBee 协议的监控系统的设计与实现[D]. 天津大学,2011,1

[3] 南瑞亭. 基于物联网的家居监控系统研发[D]. 广华南理工大学,2012,2

【作者简介】

庞春辉. 男.1982 辽宁省丹东市，讲师，研究方向：嵌入式、软件开发

图1 基于ZigBee 的嵌入式小区监控系统008

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