基于WiFi的智能楼宇监控系统硬件电路设计

王萍+王涛

【摘要】在现代智能建筑中楼宇监控扮演了越来越重要的角色，传统的监控系统大都是通过有线方式布置的，存在诸多弊端。基于WiFi的楼宇监控系统采用WiFi技术，搭建了以S3C2440A芯片为核心的控制器硬件平台，集成了多种传感器、声光报警装置、电源等模块设计完成。系统具有安装便捷、可靠性高、扩展灵活、实时性强等优点，可以对楼宇监控对象进行远程监控。该系统也可以应用于智能家居、工业控制等领域，扩展性好，具有很好的实用价值。

【关键词】楼宇监控 WiFi 传感器 S3C2440A芯片

1984年美国建造了世界上第一座智能大厦，此后世界各国纷纷效仿，智能楼宇这一概念应运而生，楼宇监控系统是实现楼宇智能化的重要部分，系统可分为楼宇环境（温度、湿度、气体等）监控子系统和楼宇设备（电梯、空调、照明和供配电系统等）监控子系统两部分。集计算机技术、传感器技术、通讯技术等多种先进技术于一体。通过对楼宇智能化的监控可实现对楼宇照明、清洁、以及机房机电设备的设备参数和运行环境等方面的实时控制，具有明显的节能效果，根据调查显示节能可达15%～20%；同时便于管理人员随时了解设备运行状况，有效提高现代化管理水平。

在楼宇监控系统中，需要监测对象的很多，需配合大量传感器实现，传统有线方式设备布线困难，不易扩展，限制了数据采集点的灵活性；同时不具备网络的通讯的功能，难以实现远程监控。随着无线通信技术和嵌入式Internet技术发展，设备能够通过嵌入式模块而不是PC直接接入Internet，突破了以往传统有线监控的时空地域限制，促进了无线监控技术的发展。

一、系统总体设计

对楼宇内变配电、照明、给排水、电梯、空调、供暖、安防、消防等众多子系统设置智能节点，由这些节点和无线接入点组成无线局域网。监控现场选用无线路由器作为中心设备，一方面和节点相连接，另一方面和监控中心的上位机相连接。传感器节点对各子系统进行实时监测，并对出现故障的系统进行自动调节与控制，同时以无线方式将各子系统的状态（如温度、湿度、烟雾度等）发送给上位机。为方便状态信息的识别，每个节点都有唯一标识（IP），通过该IP标识指示传感器的位置。上位机对接收到的状态数据进行分析和处理，如果接收到报警类信息则向现场监控节点发出动作指令，启动报警，并在监控界面上显示报警点的具体位置；如果接收到非报警类信息，则将设备的运行状态在监控界面上实时显示并存入数据库，供相关人员查看使用。同时用户也可以通过Web页面远程查看监测信息等状况。

传感节点：能够实时采集监测物信息和执行控制命令，有特殊情况立即报警；经心跳包保持与监控中心通信网络的连接，达到“永远在线”。

通信网络：是监控中心和传感节点间的通信通道，能够实时对监测信息和控制命令双向传输。

监控中心：组成由PC机、Web服务器、数据库服务器，通过PC查看当前信息和历史数据。

二、系统硬件电路设计

（一）微处理器模块

传感节点的核心是微处理器模块，选择微处理器选择上主要考虑节点的功能和功耗等因素。微处理器首先要周期性地给传感器总线发送信号，还要与监控中心保持连接，保证在线。通过分析，选择了一款基于ARM920T处理器核实现的微处理器S3C2440A。

（二）传感器模块

（1）温湿度传感器。采用DHT22一体化数字传感器。除了配有与8位单片机相连的NTC测温元件和感湿元件，还有一个存放校准系数的OTP寄存器。传感器引脚分别是VDD，DATA，NC、GND，单总线的接口與微处理器直接连在一起，简化了电路，使系统集更加方便。特性如表1、表2所示。

（2）安防传感器。安防传感器采用基于红外线技术的自动控制模块的HC-SR501，感应模块采用双元探头（A，B），探头的窗口为长方形。当人体从A到B或从B到A走过时，红外光谱达到双元的时间和距离有差值，差值数据越大，感应越灵敏，所以安装传感器时应使探头双兀方向与人体移动最多的方向平行，确保人体经过时先后被探头双元所感应。人体感应模块的电气参数如表3所示。

（三）无线通信模块

WLAN组成有由无线网卡和接入点两部分。此次设计用的是WN321G+54M无线网卡，芯片为RT73，通用串行总线USB接入。屋内外传输距离分别为100米、300米。

（四）电源模块

处理器为了降低的功耗，用多路电源供电，本系统的S3C2440A处理器，其核心电压为1.25V，3.3V外部I/O及存储器供电。

（五）UART接口电路

S3C2440A带有串行接口，接口标准为RS-232。PC机的串行口为RS-232C电平，用正负电压表示逻辑状态，微处理器控制模块的串行口为TTL电平，所以设计硬件电路时，需要MAX232芯片进行电平转换。

三、结论

通过对以往传统有线监控和常用无线通信技术的分析，在楼宇监控系统中引入WiFi技术，采用WiFi技术，搭建了以S3C2440A芯片为核心的控制器硬件平台，集成了多种传感器、声光报警装置、电源等模块。系统安装便捷、可靠性高、扩展灵活、实时性强等优点，可以对楼宇监控对象进行远程实时监控。该系统也可以应用于智能家居、工业控制等领域，扩展性好，具有很好的实用价值。