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智能家居中环境监测系统的研究

家居环境是指家庭团聚、休息、学习和家务劳动的环境。家

居环境条件的好坏，直接影响着居民的发病率和死亡率。城市居

民每天在室内工作、学习和生活的时间占全天时间的90%左右，

因此，居室环境与人类健康和儿童生长发育的关系极为密切。近

年来，急性传染性非典型肺炎(SARS)、H1NI猪流感及超级细菌

的出现，都说明室内环境健康的重要性。因此，“健康家居”、

“智能家居”的新概念突显其重要意义，也就是家居应将安全、

健康、舒适放在首位。

加强对家居环境的环境状况(包括有害气体含量、空气湿度、

室内温度、火灾引起的烟雾等)的实时监测与治理，可为人们提

供一个安全、健康、舒适的生活环境。

系统总体设计

本系统主要是对家居环境中的温度、湿度、烟雾浓度、一氧

化碳浓度、甲烷浓度进行实时的监测。系统的主要工作有：自动

进行数据采集、处理、指标分析，实时的将指标信息显示在液晶

屏和远程监控网页上，当温度过高，烟雾浓度、有害气体浓度超

标时，进行本地声光报警提示并发送远程报警信息到远程监控主

机。根据需要，本环境监测系统主要包括三部分：前端信息采集

端、信息处理中心、远端监控端。

前端信息采集端：因WIA-PA无线传感网络具有网络拓扑维

护灵活、快速;自适应跳频模式与重传机制，保障通信可靠性更

加有效;支持网内报文聚合，降低网络开销，延长电池寿命;兼容

IEEE802.15.4标准，可以使用现有商品器件，易于实现;兼容无

线HART标准，支持HART命令，很容易升级传统仪表为其增

加无线通信功能;用户可以方便的使用、管理，无需较高的专业

知识。因而这里采用的是基于WIA-PA标准自主研发的WIA-PA

工业无线传感网络中的温度、湿度、烟雾、一氧化碳、甲烷等传

感器分布在家居环境内，采集各种环境变量信息并将信息发送到

无线网关处。

信息处理中心是以GM8120为核心处理器的室内中心控制

机，主要负责环境信息的接收、处理、转发、本地实时显示、异

常报警，报警信息的远程发送。

远程监控端即智能家居远程监控主机，远程监控主机在接收

到来自室内中心控制机转发的环境信息后将实时的在远程监控

页面上显示传感器数据指标;当接收到远程报警时，进行远程的

报警提示并将报警信息的存储到相应的数据库中。系统网络拓扑

图如图1所示。

图1系统网络拓扑图

硬件平台

硬件平台采用以GM8120Soc为核心处理器的硬件系统。室

内中心控制机硬件结构图如图2所示。

图2室内中心控制机硬件结构图

其中GM8120核心处理器具有以下功能特点：

•1.8V内核供电，3.3V外部I/O供电;

•具备8KB的I-Cache和8KB的D-Cache/MMU;

•外部存储控制器(SDRAM控制和异步SRAM/ROM/Flash

控制器);

•LCD控制器;

•具有PLL片上时钟发生器;

•视频捕捉接口：CCIR-656和CCIR601接口;

•MPEG-4和JPEG编/解码引擎;

•10M/100M以太网卡控制器;

•外部存储接口整合HighSpeedUSB2.0OTG控制器与

PHY的IP;

•通用异步收发器UART、串行的I2C和I2S接口;

•32位看门狗定时器;

•具有日历功能的RTC;

•调试接口JTAG;

•SD卡接口;

•16个通用I/O口和4通道外部中断源。

同时GM8120还是一款针对在Internet上传送音/视频数据

的SoC芯片，内核为ARM9、支持MPEG-4编/解码且MPEG-4

实时编码/解