一、設(shè)計(jì)摘要

針對(duì)目前市場(chǎng)上家庭監(jiān)控系統(tǒng)和智能家具控制的速度與穩(wěn)定性的不足，本課題將利用FPGA可編程邏輯設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)控制速度和穩(wěn)定性。目前的家庭監(jiān)控與智能控制系統(tǒng)大多利用有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)設(shè)備組建以太網(wǎng)，將監(jiān)控節(jié)點(diǎn)連接到監(jiān)控中心，監(jiān)控距離有限；部分監(jiān)控系統(tǒng)還是模擬方式，視頻不壓縮或者使用MJpeg(Motion Joint Photographic Experts Group，MJpeg)、Mpeg(MovingPicture Experts Group，Mpeg)等一些早期標(biāo)準(zhǔn)，壓縮率低，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性差。這些系統(tǒng)基本不具備自動(dòng)報(bào)警功能和快速控制響應(yīng)，需要人工值守，浪費(fèi)人力物力，可靠性低。本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)利用FPGA和GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻數(shù)據(jù)，同時(shí)采用高效的視頻壓縮算法，并設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警和快速智能控制功能。

二、系統(tǒng)原理

（1）

本項(xiàng)目利用FPGA可編程邏輯器件和GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的安防監(jiān)控與智能控制，在有人入侵或火災(zāi)發(fā)生時(shí)能發(fā)及時(shí)發(fā)送短消息給用戶(hù)，預(yù)警有人入侵或火災(zāi)發(fā)生，用戶(hù)接到短消息預(yù)警后，通過(guò)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)通過(guò)遠(yuǎn)程登陸web服務(wù)器查看家中情況并作出相應(yīng)處理，比如采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)照片視頻，及時(shí)報(bào)警，遠(yuǎn)程控制家電。

在本次設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)包括了家庭智能控制系統(tǒng)、家庭子系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)三大部分，其中家庭智能控制系統(tǒng)+家庭子系統(tǒng)構(gòu)成家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。此次的設(shè)計(jì)以家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)為主體。

系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：家庭智能控制系統(tǒng)和家庭子系統(tǒng)。

1) 家庭智能控制系統(tǒng)部分，即主控制器：主要包含F(xiàn)PGA核心板設(shè)計(jì)。主要的模塊有：USB攝像頭；GPRS模塊；H.264視頻壓縮技術(shù)和其他相關(guān)的電源管理電路，LCD顯示器，按鍵等等；

2) 家庭子系統(tǒng)部分：包括紅外家電控制子模塊、電子門(mén)禁子模塊、溫度測(cè)試子模塊及開(kāi)關(guān)量控制子模塊四個(gè)部分，四個(gè)子模塊相互獨(dú)立，通過(guò)RS485總線(xiàn)構(gòu)成家庭子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為五個(gè)大的模塊，分別是：嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建模塊；攝像頭監(jiān)控模塊；GPRS遠(yuǎn)程通訊模塊；WEB服務(wù)器模塊；智能家電控制模塊。

1、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)搭建模塊主要是實(shí)現(xiàn)交叉編譯工具的安裝，uboot的具體移植，文件系統(tǒng)的制作，內(nèi)核的移植。

2、攝像頭監(jiān)控模塊主要實(shí)現(xiàn)攝像頭的驅(qū)動(dòng)移植，遠(yuǎn)程圖像采集的具體實(shí)現(xiàn)。圖像采集流程人具體分析。

3、GPRS遠(yuǎn)程通訊模塊主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的接收與發(fā)送。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警的功能。并通過(guò)GPRS上網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控家里情況。

4、WEB服務(wù)器模塊主要為提供遠(yuǎn)程web服務(wù)，用戶(hù)可能通過(guò)internet或GPRS網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控家里情況。

5、智能家居控制模塊硬件上要完成RS485 總線(xiàn)設(shè)計(jì)以及家庭系統(tǒng)模塊（包括紅外家電控制，電子密碼鎖，溫度報(bào)警器等）硬件電路設(shè)計(jì)。

基于GPRS的智能家居控制系統(tǒng)從功能上分析，主要分為：入侵報(bào)警功能模塊，火災(zāi)報(bào)警功能模塊，GPRS遠(yuǎn)程接發(fā)消息模塊，攝像頭監(jiān)控模塊，WEB服務(wù)器模塊，智能家電控制模塊。

2 技術(shù)特點(diǎn)

1、FPGA

FPGA(Field Programmable Gate Array)即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列，它是在PAL、GAL、EPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。FPGA的使用非常靈活，同一片F(xiàn)PGA通過(guò)不同的編程數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生不同的電路功能。FPGA在通信、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)、儀器、工業(yè)控制、軍事和航空航天等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著功耗和成本的進(jìn)一步降低，F(xiàn)PGA還將進(jìn)入更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

2、GPRS技術(shù)

GPRS（General Packet Radio Service，通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)）是在現(xiàn)有的 GSM移動(dòng)通信系統(tǒng)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來(lái)的一種移動(dòng)分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS 通過(guò)在 GSM 數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中引入分組交換功能實(shí)體， 以支持采用分組方式進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸。GPRS 系統(tǒng)可以看作是對(duì)原有的 GSM 電路交換系統(tǒng)進(jìn)行的業(yè)務(wù)擴(kuò)充，以滿(mǎn)足用戶(hù)利用移動(dòng)終端接入 Internet 或其它分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求。以 GSM、CDMA 為主的數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信和以 Internet 為主的分組數(shù)據(jù)通信是目前信息領(lǐng)域增長(zhǎng)最為迅猛的兩大產(chǎn)業(yè)，正呈現(xiàn)出相互融合的趨勢(shì)。GPRS 可以看作是移動(dòng)通信和分組數(shù)據(jù)通信融合的第一步。 移動(dòng)通信在目前的話(huà)音業(yè)務(wù)繼續(xù)保持發(fā)展的同時(shí)， 對(duì)IP 和高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持已經(jīng)成為第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)的方向，而且也將成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)特征。

三、軟件流程

本項(xiàng)目采取嵌入式C語(yǔ)言為主要編程語(yǔ)言，F(xiàn)PGA與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合，由傳感器采集到的數(shù)據(jù)，通過(guò)FPGA處理后，傳送到嵌入式系統(tǒng)，由無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)絇C端或者移動(dòng)終端，由PC端發(fā)出控制指令到家庭子網(wǎng)絡(luò)，PC界面用QT編程。

整個(gè)家庭智能系統(tǒng)的軟件主要分為三個(gè)部分，后臺(tái)軟件，主控制器軟件，及

各個(gè)子模塊軟件。三部分軟件的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖。

用戶(hù)手機(jī)通過(guò)短信通道向主控制器發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)的控制。 PC端的后臺(tái)軟件通過(guò)Internet和移動(dòng)GPRS服務(wù)連接， 再由移動(dòng)GPRS服務(wù)器和主控制器進(jìn)行GPRS通訊。同時(shí)PC端軟件也可以通過(guò)本地的RS232接口和主控制器進(jìn)行通訊，不過(guò)這種方式一般只用于對(duì)主控器的本地調(diào)試及軟件升級(jí)等。

主控制器和家庭內(nèi)的各個(gè)子模塊之間的連接通過(guò)RS485串行總線(xiàn)完成。