1、动控制、家电控制、视频监控、讯息交互服务等。安全防范功能可以实时监控非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露、紧急呼救等事件的发生。根据光强、温湿度等环境条件的变化，智能家居系统可以对诸如空调、照明电器等的控制从而实现家居环境的自动控制。利用视频图像监控功能，业主可以实时查看家庭现场情况。通过与电信运营商合作，通过方便快捷方式实现用户与家庭的讯息互动。2.2系统功能需求实现安全防范功能，对非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露等紧急情况实现报警；对光强、温湿度等家居环境条件进行检测；对家庭现场情况进行图像采集并进行计算处理；各检测、传输设备采用无线方式组成网络进行信息传输；通过互联网或移动通信网络将检测信息及图
2、片传送至用户；具有数据本地存储功能，设防、撤防功能；美观隐蔽、操作简便、易于安装维护。三.系统总体设计方案系统由检测设备、传输设备、网关设备组成，检测设备、传输设备和网关设备组成簇树结构的无线传感器网络。系统整体结构如下图所示3.1检测设备检测设备包括温湿度、光强、烟雾、燃气、红外、浸水等传感器检测节点，用以实现安防及环境条件的。检测设备以房间为单位组成星形网络，根据实际房间需要决定网络节点数量。组成网络图如下图所示3.2 传输设备 传输设备包括中继节点、路由节点和接收节点（SINK）。中继节点负责以房间为单位的星形网络的建立及维护，将其收来的其下各节点上报的数据转发至路由节点，同时将来自路由
3、节点的配置及控制信息转发至每一个节点。该设备主要目的是对无线信号的中继传输，以保证系统的可靠运行。根据现场实际情况，节点可充当中继器。 路由节点负责以楼层为单位的簇树网络的建立及维护，同时承担楼层之间多跳簇树网络的路由功能，以实现数据由节点通过无线网络转发至接收节点。接收节点是网关设备中的一个重要组成部分，做为整个系统的协调设备，负责整个网络的建立和维护。其功能是实时、可靠的接收来自系统中各节点的发送的无线数据，同时根据需要对节点发送网关设备的查询控制数据。中继节点与路由节点组成的多跳簇树网络如下图所示。3.3网关设备 网关设备连接着多个的相互独立的网络，作为智能家居系统的重要组成部分，管理整
4、个无线监测网络完整的路由表，接收来自传感器网络节点的数据，并对数据进行校正、融合等处理，然后通过操作终端、GPRS或以太网等传送给业主；同时对于业主所发的指令给予相应的处理及实现一定的自动控制功能等。网关实现图像的采集处理，并有显示、输入及数据本地保存等功能。网关设备在系统中位置如下图所示。四 系统工作流程 家庭中根据需要布设一定规模的检测设备和传输设备，检测设备与传输设备组成无线网络。当有非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露等紧急情况发生时，检测设备将检测结果通过传输设备发送给网关设备，网关设备对检测结果进行处理后发送短信至业主。业主接到短信后可发短信至网关设备，控制网关的报警短信发送和摄像头图像
5、的采集。业主需要传输现场情况图片时，网关设备将抓拍图片发送彩信至业主。业主可发送短信至网关设备查询检测设备的工作情况和检测信息。系统的数据流程如下图所示。1：检测设备检测紧急情况的发生；2：检测设备将检测结果发送至传输设备； 3：传输设备将检测结果发送至网关设备； 4：网关设备对检测结果进行处理；5、6：网关设备、短信中心将检测结果发送至业主；7、8：业主发送短信通过短信中心至网关设备；9：网关设备对短息内容进行处理，根据业主需要对检测设备和摄像头进行操作；10、11：业主需要现场图片，网关设备将抓拍图片通过短信中心发送至业主；12：业主需要对检测设备进行控制，控制指令通过传输设备发送至检测设
6、备；13：业主短信操作，如继续获知家居信息，重复712流程；14：根据业主指令，检测设备停止报警或继续检测报警，如继续，重复113流程。五 系统总体设计指标 1. 实现检测信息种类：非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露、光强、温湿度、图像采集； 2. 系统工作温度范围：-1060；3. 安全防范检测节点检测事件成功率100；误报率1； 4. 无线频段：433MHz频段；5. 发射功率：可编程控制的输出功率，最大功率可达+10dBm； 6. 无线网络传输速率：1.2100Kbps可调。六 检测设备设计方案 6.1 设计指标 1. 检测信息种类：非法侵入、浸水、火灾、燃气泄露、光强、温湿度；2. 工作温
7、度范围：3. 供电方式：浸水和燃气节点交流220V，红外、火灾、光强、温湿度节点直流9V，容量800mAH；4. 无线频段：433MHz频段 1.2100Kbps可调；7. 天线：陶瓷全向天线，0.5dBi增益，驻波比2；8. 结构美观，体积小，易于布设。6.2 硬件设计 硬件平台的控制核心为TI公司16位超低功耗微控制器MSP430F149，具有64KByte片上Flash存储器和2KByte片上RAM；采用先进的3级流水线RISC架构，实现单时钟指令执行周期；处理器包括2个串行同步异步可配置接口控制器、时钟模块、看门狗、A/D等片上外设；采用3.3V低电压系统，可工作于5种低功耗模式，保证
8、整个系统高效率低功耗运转。射频模块采用TI公司低功耗单芯片射频芯片CC1100，具有-110dBm高接收灵敏度和最高+10dBm发射功率，使用ISM频段，频点为433MHz， 254个频率间隔200KHz的可选信道数，可程控8个发射功率和最高500kbps的射频数据传输速率。根据需要，射频模块可设计功放环节，提高发送功率。选用MAX604作为电压转换芯片，其主要技术指标为：输入电压：2.711.5V、输出电压：3.3V、最大输出电流：500mA。检测设备为电池供电时，不需要其他转换电路。当设备供电为交流220V时，电源模块采用JMA-2.5W作为交直流变换电路。根据检测目的不同选择不同的传感器
9、完成检测节点的信息采集功能。传感器的输出分数字和模拟两类，模拟信号需经过模拟处理单元进行滤波、放大、隔直、比较等处理后送控制核心。依据项目需求，确定的传感器型号为： 1. 温湿度传感器SHT11 2. 光强传感器TSL2560 3. 烟雾传感器NIS-09C 4. 可燃气体传感器TP-1.1A 5. 红外传感器RE200B 6. 浸水传感器YW515 硬件平台的结构框图如下所示。6.3 软件设计 检测设备软件需实现：1. 对传感器采集数据进行分析处理；2. 与传输设备组成星形网络；3. 将检测数据发送至传输设备；4. 接收并处理传输设备发送的查询控制数据；5. 协调整个检测设备系统的运行；6.
10、 控制检测设备功耗。检测设备的软件工作流程如下图所示。检测设备加入网络的过程是：设备首先监听公共频点，找到中继节点的ID，然后切换到簇内频点，开始超帧调度，发送入网请求。6.4 结构设计 根据家庭安装布设要求，遵循美观、隐蔽、微型的原则，采用公模塑料外壳，根据具体需求进行再设计加工。6.5 产品化设计 6.5.1 EMC设计 考虑电磁兼容性设计，遵循EMC原则，借鉴经验设计，并对设备进行EMC及EMI测试，根据国家标准对设备进行改进。6.5.2 可生产性设计 电路板设计时考虑焊接、测试环节，做到标识清楚整齐，焊接、调试方便；设计测试点，板上提供测试信息，方便设备测试；软件设计及下载调试遵循简单
11、快捷易上手原则。6.5.3 可靠性设计 采用降额设计。根据设计目标选用了高质量、高可靠性的元器件。采用较高精度等级及可靠性高的分立元件、采用工业级的集成芯片。器件的选择符合工作环境的要求。硬件设计考虑EMC设计。软件设计从编码可读性、正确性、可移植性、可测试性、模块化和标准化等环节考虑提高软件的可维护性和可靠性。七 传输设备设计方案 7.1 设计指标 1. 工作温度范围：-2085；2. 供电方式：交流220V；3. 无线频段：4. 发射功率：可编程控制的输出功率，最大功率可达+25dBm； 5. 无线网络传输速率：6. 天线：鞭状全向天线，2dBi增益，驻波比1.5；7. 结构美观，体积小，
12、易于布设。7.2 硬件设计 传输设备分为中继节点、路由节点、SINK节点三类。中继节点和路由节点采用相同硬件设计，路由节点由交流220V供电，中继节点有交流220V和直流9V两种供电方式可选。SINK节点作为网关设备的一部分进行设计，本章所提传输设备指中继节点和路由节点。硬件平台MCU采用MSP430F149，射频芯片采用CC1100，射频传输模块设计功放电路，功放采用SKY65004。电压转换采用JMA-2.5W和MAX604。硬件平台的结构框图如下所示。7.3 软件设计 传输设备软件需实现： 1. 簇树网路的建立与维护； 2. 稳定可靠的对数据进行传输； 3. 协调节点自身系统的运行。 中
13、继节点的软件工作流程如下图所示。中继节点加入网络的过程是：设备首先监听公共频点，找到路由节点的ID，然后切换到簇内频点，开始超帧调度，发送入网请求。路由节点的软件工作流程如下图所示。路由节点上电初始化后立即进入超帧调度运行阶段并在每个超帧开始时广播发送Beacon帧。传输设备的路由策略采用表驱动和按需路由，有SINK节点发起HELLO Frame，路由节点收到HELLO frame建立到Sink节点的路由表，选择到信号质量最好的路由节点作为到SINK下一跳的路由。路由表需要定期更新。7.4 结构设计 根据家庭安装布设要求，遵循美观、隐蔽、微型的原则，采用公模塑料外壳，充电器形式。7.5 产品化
14、设计 7.5.1 EMC设计 考虑到交流220V供电对无线射频传输的影响，加强对硬件设计的各个环节的控制。7.5.2 可生产性设计 7.5.3 可靠性设计 八 网关设备设计方案 8.1 设计指标 直流5V；可编程控制的输出功率，最大功率可达+25dBm5. 无线网络传输速率：鞭状全向天线，3dBi增益，驻波比7. 接口支持：SD卡座，USB主机，USB设备，RS232，RJ45。8.2 硬件设计 硬件平台控制核心选用三星S3C2440A。采用ARM920T内核，主频400MHZ，最高可达533 MHZ。支持NAND FLASH、NORFLASH，SDRAM，支持STN/TFT LCD、触摸屏控
15、制器，4通道DMA、3通道UART、2通道SPI、IIC总线，IIS/AC97音频控制器，SD/MMC控制器，2通道USB HOST、1通道USB DEVICE，4通道PWM、8通道A/D转换、RTC，CMOS摄像头，多功能IO及多种电源管理。射频传输射频芯片采用CC1100，射频传输模块设计功放电路，功放采用SKY65004。gprs彩信模块采用IWOW公司的TR800。TR800支持四频 （GSM850 / EGSM 900 / DCS 1800 / PCS 1900） 。内嵌协议：TCP/IP、 WAP、 MMS 以及 Push-To-Talk 。内含3M bytes内存可应用于客户应用
16、程序。提供包含2个UART和1个SPI总线，提供1路数字及2路模拟音频接口。摄像头选用omnivision的ov9650，130万像素，YUV/RGB输出格式。电源模块采用国家半导体公司LM2576,和LM1084实现，LM2576为开关型降压集成电路，最大输出电流3A；最高输入电压40V；输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可调）等可选。LM1084为低压差调压器，最高输入电压29V，输出电压3.3V、5V、12V和ADJ。SDRAM选用两片Hynix公司的HY57V561620。FLASH选用三星的K9F1G08U0B，为64M的NAND型FLASH。SD卡及USB主机提供本
17、地存储功能。USB设备及RS232进行调试测试用及同PC的连接。 RJ45提供网关接入互联网功能。 网关平台的结构框图如下图所示。（2）物品的独一无二8.3 软件设计 合计 50 100%网关设备软件需实现：这里有营业员们向顾客们示范着制作各种风格炯异的饰品，许多顾客也是学得不亦乐乎。据介绍，经常光顾“碧芝”的都是些希望得到世界上“独一无二”饰品的年轻人，他们在琳琅满目的货架上挑选，然后亲手串连，他们就是偏爱这种的方式，完全自助在现场，有上班族在里面精挑细选成品，有细心的小女孩在仔细盘算着用料和价钱，准备自己制作的原料。可以想见，用本来稀奇的原料，加上别具匠心的制作，每一款成品都必是独一无二的
18、。而这也许正是自己制造所能带来最大的快乐吧。1. 整个网络拓扑的维护和管理；月生活费 人数（频率） 百分比2. 检测设备检测信息的收集；3. 对检测、传输设备的控制和查询；4. 摄像头的控制和图像采集；5. 本地存储及布防、撤防功能；6. 与业主移动终端的信息交互；2003年，上海市人均GDP按户籍人口计算就达到46700元，是1995年的2.5倍；居民家庭人均月可支配收入为14867元，是1995年的2.1倍。收入不断增加的同时，居民的消费支出也在增加。2003年上海居民人均消费支出为11040元，其中服务性消费支出为3369元，是1995年的3.6倍。7. 协调整个系统的运行；8. 其他扩
19、展功能。8.4 结构设计 遵循美观、小型的原则，采用公模外壳，根据具体需求进行再设计加工。8.5 产品化设计附件（一）： 8.5.1 EMC设计 （二）上海的人口环境对饰品消费的影响考虑电磁兼容性设计，遵循EMC原则，借鉴经验设计，并对设备进行EMC及EMI测试，根据国家标准对设备进行改进。而手工艺制品是一种价格适中，不仅能锻炼同学们的动手能力，同时在制作过程中也能体会一下我国传统工艺的文化。无论是送给朋友还是亲人都能让人体会到一份浓厚的情谊。它的价值是不用金钱去估价而是用你一颗真诚而又温暖的心去体会的。更能让学生家长所接受。8.5.2 可生产性设计 “碧芝自制饰品店”拥有丰富的不可替代的异国风采和吸引人的魅力，理由是如此的简单：世界是每一个国家和民族都有自己的饰品文化，将其汇集进行再组合可以无穷繁衍。8.5.3 可靠性设计 （4） 信息技术优势采用降额设计。对设备进行长期大量可靠性测试。
