遠(yuǎn)近程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張少華 丁晟

摘要：在日漸忙碌的現(xiàn)代都市中，很多家庭成年人忙于工作，很少有時(shí)間照顧兒童或老人。完整的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)包括三部分：環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部分通過(guò)Zigbee無(wú)線通信采集到溫濕度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)中控部分傳送到遠(yuǎn)近程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的終端部分;同時(shí)終端根據(jù)發(fā)送來(lái)的溫濕度可控制中控系統(tǒng)中的紅外遙控裝置，開(kāi)啟電子設(shè)備如空調(diào)等，調(diào)節(jié)家居環(huán)境;同時(shí)可通過(guò)WIFI近程視頻監(jiān)控也可通過(guò) VPN 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：Zigbee無(wú)線通信;紅外遙控;WIFI;VPN

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：1007-9416（2020）10-0000-00

1遠(yuǎn)近程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)概述

在日漸忙碌的現(xiàn)代都市中，很多家庭成年人忙于工作，很少有時(shí)間照顧兒童或老人。使用網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，能夠在異地通過(guò)手機(jī)或者其他終端隨時(shí)了解家中狀況，同時(shí)可用手機(jī)方便的控制家居環(huán)境，基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的資費(fèi)考慮，在家居環(huán)境內(nèi)借助于 Wifi，同樣可以實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控等。

監(jiān)護(hù)系統(tǒng)包括環(huán)境數(shù)據(jù)檢測(cè)系統(tǒng)（Zigbee無(wú)線通信模塊）、中控（STM32主控芯片和紅外遙控模塊），以及遠(yuǎn)近程視頻監(jiān)控系統(tǒng)（前端、傳輸環(huán)節(jié)和終端）。監(jiān)護(hù)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2各部分電路設(shè)計(jì)

2.1環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 環(huán)境監(jiān)測(cè)硬件設(shè)計(jì)

由于環(huán)境檢測(cè)模塊主要用在家居，覆蓋區(qū)域不大，因此主要有協(xié)調(diào)器和一個(gè)終端組成。微控制器選用TI公司生產(chǎn)的無(wú)線射頻收發(fā)器采用CC2530 芯片，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)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(yuǎn)程發(fā)送到協(xié)調(diào)器[1]，協(xié)調(diào)器完成傳感器數(shù)據(jù)接收并在液晶顯示模塊顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳送至中控電路。

2.1.2協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)

基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線測(cè)量系統(tǒng)只需要一臺(tái)協(xié)調(diào)器和一臺(tái)終端，它們之間為單播通信。終端和協(xié)調(diào)器程序流程圖如圖2所示。

2.2 中控設(shè)計(jì)

2.2.1 紅外遙控電路設(shè)計(jì)

紅外遙控作為現(xiàn)今家庭最主要的遠(yuǎn)程控制方式，具有易實(shí)現(xiàn)以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。紅外發(fā)射電路模塊采用了38KHz 作為控制碼的載波信號(hào)。其中紅外發(fā)射模塊電路圖如圖3所示。

2.2.2 主控硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中采用了 ST 公司所生產(chǎn)的 STM32F103VCT6 單片機(jī)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(guò)串口收集ZIGBEE中的協(xié)調(diào)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(jìn)行紅外控制的系統(tǒng)[2][5]。

2.2.3 中控電路的程序設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)中控軟件流程圖如圖4所示。

2.3 遠(yuǎn)近程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)近程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成包括三部分：前端（視頻采集端），中間傳輸，終端（監(jiān)控端）。前端只能是各類(lèi)攝像機(jī)（頭），終端可以是 PC、PAD、智能手機(jī)等。考慮到資費(fèi)問(wèn)題分為：遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視功能（可能需要付費(fèi)），近程視頻監(jiān)控功能（局域網(wǎng)無(wú)需付費(fèi)）。

2.3.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)方案

采用 VPN 模式視頻監(jiān)控，硬件上包括以下幾個(gè)部分：攝像機(jī)（視頻采集）、家用路由器（帶有 VPN 功能）、互聯(lián)網(wǎng)（有線或無(wú)線）、終端（智能移動(dòng)終端或其它智能終端）。

VPN 技術(shù)可以解決 IP 地址和端口的限制，在任何可接入的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境快速搭建數(shù)據(jù)鏈路[3]。

2.3.2 近程視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)使用安卓智能手機(jī)作為移動(dòng)智能終端，近程監(jiān)視、中控的通信、以及與對(duì)環(huán)境的相關(guān)控制通信鏈路具體實(shí)現(xiàn)經(jīng)過(guò)如圖1中的藍(lán)色虛線所示。

2.3.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控 VPN 建立過(guò)程

本系統(tǒng)通過(guò) zeroTierone 客戶(hù)端建立虛擬專(zhuān)網(wǎng)，建立虛擬專(zhuān)網(wǎng)后，在連接實(shí)現(xiàn)寫(xiě)入openwrt 路由器基礎(chǔ)上，登錄 web 管理界面，打開(kāi)瀏覽器輸入 IP 地址，進(jìn)行端口號(hào)的設(shè)置。之后打開(kāi)瀏覽器輸入 IP就可以獲得攝像頭的實(shí)時(shí)畫(huà)面。

2.4整體調(diào)試

安裝好各個(gè)模塊后開(kāi)啟所有電源，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。在一段時(shí)間搜索后將攝像頭圖像傳輸至手機(jī)端。手機(jī)端顯示攝像圖像，點(diǎn)擊攝像頭設(shè)置，可以將攝像頭位置調(diào)整至預(yù)設(shè)位置，攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)平滑。將預(yù)制二維碼圖片放置在攝像頭處點(diǎn)擊手機(jī)端識(shí)別二維碼，終端處理接收的圖片，將二維碼信息顯示在手機(jī)下方。點(diǎn)擊手機(jī)端[4]紅外控制按鍵，在二級(jí)頁(yè)面顯示出控制對(duì)象。手機(jī)端對(duì)中控發(fā)送紅外碼值，在紅外碼值驗(yàn)證機(jī)上顯示正確的碼值信息。整體流程結(jié)果正常，符合設(shè)計(jì)要求。工程機(jī)測(cè)試圖如圖5所示。

3結(jié)語(yǔ)

本文研究了基于Wifi近程監(jiān)控，也可通過(guò)VPN技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)家居，以及遙控家用電器，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)近程監(jiān)護(hù)家居，調(diào)試結(jié)果顯示，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，方便實(shí)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 戴由旺，李增有，韋俞鋒.基于ZigBee的低功耗無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（18）：121-123+126.

[2] 韓超，梁泉.Android系統(tǒng)原理及開(kāi)發(fā)要點(diǎn)詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2O10.

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[4] 李芳.對(duì)VPN技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].硅谷，2010（3）：89.

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收稿日期：2020-08-20

*基金項(xiàng)目：江蘇省高等學(xué)校自然科學(xué)研究項(xiàng)目（19KJB510027）——板級(jí)X波段4GHz帶寬射頻信號(hào)直接采樣關(guān)鍵技術(shù)研究。

作者簡(jiǎn)介：張少華（1978—），女，山東棲霞人，碩士研究生，研究方向：無(wú)線能量采集、人工智能、環(huán)境監(jiān)測(cè)硬件設(shè)計(jì)。

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