室内环境监控报警系统设计

引 言

随着计算机网络和数据通信技术的进步与发展，人类进入了信息时代，紧接着产生了智能化监控系统。安全报警系统已成为室内环境中安全管理的基础，主要包括防盗报警、气体泄漏报警、火灾报警、室内环境智能报警 [1]。本文建立一个室内环境监控系统，通过智能手机实现对室内环境的检测报警，利用手机控制室内环境系统的开关、摄像头转动， 可随时查看检测画面，C/S 系统的体系结构，使用电脑负责连接控制并与手机通信，手机智能终端负责显示器屏幕显示， 提供用户界面控制检测设备 [2]。

1 系统结构

嵌入式 Web 服务器提供了互联网和无线通信连接方式， 具备丰富的功能扩展接口。用户通过浏览器或 Android 智能APP 登录控制系统 [3]，客户端在身份安全验证通过后，可访问室内环境监控终端并修改系统参数来下达任务 [4]。系统总体设计结构框图如图 1 所示。

图 1 总体框图

2 系统硬件设计

本文系统硬件设计的主控板包括 Samsung 公司的S3C2410 集成芯片、1 024 MB DDRII 存储器、256 MB SLC型闪存、电源管理单元、LCD 显示、网络控制器 DM9000、华为 3G EM770W 无线通信模块 [5]。室内环境系统硬件框图如图 2 所示。

华为 3G EM770W 无线通信模块 [5]。室内环境系统硬件框图如图 2 所示。

图 2 室内环境系统硬件框图

2.1 微处理器 S3C2410

芯片 S3C2410 是 16/32 位 RISC 微处理器，拥有丰富的资源，主要频率最大可达 203 MHz，具有成本低、功耗小、性能高的特点 [6]。S3C2410 采用 272-FBGA 封装，分为总线控制信号、各种各样的元器件接口信号、电源时钟控制信号。

2.2 网络控制器 DM9000

网络控制器 DM9000 有一个一般的处理接口，具有损耗低、成本低廉、性能高、功率低、驱动源代码比较齐全、设计简单方便、能自动协调等特点，支持 3.3 V 或 5 V 的 I/O 电压、介质无关接口， 可用介质无关接口连接网络设备。DM9000 引脚如图 3 所示。

微处理器 S3C2410 与网络控制器 DM9000 连接电路如图 4 所示。

2.3 3G模块 EM770W

3G EM770W 模块外形较小，通过 Mini PCI Express 接口连接主控制板，使用 SIM 卡时必须安装到位。

在没有网络信号或用户不方便上网时，通过互联网发送的报警信息（如防盗报警、防火报警）不能送达，用户不能及时监控室内环境 [7]。为了使报警信息实时可靠地送达用户，用户可通过相应的短信对室内环境进行监控，且当室内环境异常时，系统通过无线模块向用户手机发送报警短信 [8]。

EM770W 引脚如图 5 所示。

一般情况下， 为防止信号干扰， 在 USIM_VCC 上加0.1 μF 电容，在 USIM_CD 上加 10 nF 电容，在 USIM_CLK，USIM_IO，USIM_RST 上加 33 pF 电容。

2.4 RS 232串口

MAX232 芯片是 RS 232 标准串口设计的单电源电平转换芯片，MAX232 的主要特点是 ：符合 RS 232C 技术标准 ；具有电荷泵升压、电压极性变换能力，可产生 ±10 V电压 ；供电电流为 5 mA，功率损耗小 ；有两个内部集成的RS 232C 驱动器。

2.5 传感器模块

2.5.1 温度传感器

DS18B20 是常用的数字温度传感器，具有较强的抗干扰能力，体积小，成本低廉，经济灵活，具有 8 引脚 SIOC 小体积封装形式。

2.5.2 燃气传感器

MQ5 气体传感器采用的材料是二氧化锡（SnO2），空气中有可燃气体时，二氧化锡的电导率随着可燃气体浓度的增大而变大，用一个简单的电路就可将电导率的变化变换为该气体浓度对应的输出信号。

2.5.3 湿度传感器

SHT15 型智能湿度 / 温度传感器相对湿度的测量范围为0 ～ 100%，分辨力为 0.03%RH，最大精度为 ±2%RH ；温度测量范围为 -40 ～ 123.8 ℃，分辨力为 0.01 ℃。测量湿度、温度时，A/D 转换的位数最多为 12 位、14 位。

3 系统软件设计

软件设计中，首先进行系统移植，包括 Linux 内核移植、驱动程序开发、BOA 应用开发 ；然后进行应用开发，包括Android 智能手机终端远程控制软件开发等。

3.1 系统移植

3.1.1 系统移植环境

（1）安装主机环境，采用 Windows+VMware+Ubuntu 的方式 ；

（2）安装必要的软件包，安装命令在 Ubuntu 下输入 [9] ；

（3）安装 JDK 开发环境，并设置好环境变量的路径。

3.1.2 移植 Linux 内核

（1） 将 Linux 主机下 android.tar.bz2 文件解压产生Android 源码目录 ；

（2）驱动移植 ；

（3）文件系统和内核启动参数的正确挂载 ；

（4）调试控制台 ；

（5）打开并调试相关驱动（binder，logger 等）。

3.1.3 BOA移植

BOA 能够像普通服务器一样完成协议解析，实现客户端的各种请求，具有高性能、轻量级的优点。

3.2 手机 APP应用系统开发

Android 开发环境的安装步骤如下 ：

（1）安装 JDK

直接从网上下载 JDK，由于所用电脑是 32 位操作系统，选择下载 Windows x86 188.43M jdk-8u92-windows-i586.exe。

（2）配置 JDK 变量环境

配置 JDK 系统变量环境时， 需要设置 3 个系统变量：

Java-home，Path 及 Classpath。

Java-home ：设置系统变量名称，JDK 在 C ：\Program Files\Java\jdk1.8.0_92 目录下，创建后用 %JAVA_HOME% 作为 JDK 安装目录的同一引用路径。

Path ：直接对 Path 属性进行编 辑， 在原变量名后加 ：；%JAVA_HOME%\bin ；%JAVA_HOME%\jre\bin 。

Classpath ：. ；%JAVA_HOME%\lib\dt.jar ；%JAVA_ HOME%\lib\tools.jar。

（3）下载安装 Eclipse

Eclipse 是集成开发环境（IDE），主要为 Android 和 Java应用程序开发 [10]。直接运行 Eclipse 应用程序，打开时需要设置工作目录。

（4）下载安装 AndroidSDK

前面步骤仅仅是普通 Java应用程序的开发， 开发Android应用还需安装 AndroidSDK， 并安装配置 Android Eclipse插件 ADT。

（5）给 Eclipse安装 ADT 插件

使用 Eclipse 需要安装 ADT 插件，可以简化开发过程， 节约时间，ADT 插件中有创建和调试 Android 工程向导。

（6）开发 APP

开发手机 APP 需要了解市场对手机 APP 的应用需求， 现在较为丰富的应用生态是 APP Store 与 Google Play。开发APP 应用需明确产品方向，设计手机 APP 应用要突出其主要功能点，这样才可满足用户对手机 APP 的需求，同时还可给手机 APP 匹配一些相关功能。

本文设计的室内环境手机 APP 操作界面如图6、图7 所示。

图6 室内环境操作界面一图7 室内环境操作界面二

3.3 系统测试

对室内环境远程监控报警系统进行测试，测试结果见表 1 所列。

由表 1 可知，本文系统较好地实现了预期设计功能。远程监控效果如图 8 所示。

图 8 远程监控效果

4 结 语

本文使用 ARM 处理器、网络控制器以及各类传感器开发了室内环境监测系统的终端硬件平台，搭建了 Linux 服务器平台，开发了 Android 系统 APP 平台，实现了各类参数的采集显示与报警，同时可在手机上视频监控室内场景。该系统功能完善，实现了客户的需求目标。