远近程监护系统的设计
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摘要：在日渐忙碌的现代都市中，很多家庭成年人忙于工作，很少有时间照顾儿童或老人。完整的监护系统包括三部分：环境数据监测系统部分通过Zigbee无线通信采集到温湿度数据，经过中控部分传送到远近程视频监控系统的终端部分;同时终端根据发送来的温湿度可控制中控系统中的红外遥控装置，开启电子设备如空调等，调节家居环境;同时可通过WIFI近程视频监控也可通过 VPN 实现远程视频监控。
关键词：Zigbee无线通信;红外遥控;WIFI;VPN
中图分类号：TP393.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）10-0000-00
1远近程监护系统概述
在日渐忙碌的现代都市中，很多家庭成年人忙于工作，很少有时间照顾儿童或老人。使用网络摄像机，能够在异地通过手机或者其他终端随时了解家中状况，同时可用手机方便的控制家居环境，基于对网络数据的资费考虑，在家居環境内借助于 Wifi，同样可以实现视频监控等。
监护系统包括环境数据检测系统（Zigbee无线通信模块）、中控（STM32主控芯片和红外遥控模块），以及远近程视频监控系统（前端、传输环节和终端）。监护系统框图如图1所示。
2各部分电路设计
2.1环境监测系统设计
2.1.1 环境监测硬件设计
由于环境检测模块主要用在家居，覆盖区域不大，因此主要有协调器和一个终端组成。微控制器选用TI公司生产的无线射频收发器采用CC2530 芯片，网络协调器与监测节点终端的硬件电路基本相同。终端温湿度传感器模块DHT11采集温湿度远程发送到协调器[1]，协调器完成传感器数据接收并在液晶显示模块显示，同时将数据通过串口传送至中控电路。
2.1.2协调器程序设计
基于ZigBee技术的无线测量系统只需要一台协调器和一台终端，它们之间为单播通信。终端和协调器程序流程图如图2所示。
2.2 中控设计
2.2.1 红外遥控电路设计
红外遥控作为现今家庭最主要的远程控制方式，具有易实现以及结构简单等特点。红外发射电路模块采用了38KHz 作为控制码的载波信号。其中红外发射模块电路图如图3所示。
2.2.2 主控硬件设计
本设计中采用了 ST 公司所生产的 STM32F103VCT6 单片机作为中控电路的主控芯片，该芯片为32位ARM微控制器。在中控电路中主控芯片需要通过串口收集ZIGBEE中的协调器、WIFI的信息，还需要控制红外模块将控制信息传输给外部进行红外控制的系统[2][5]。
2.2.3 中控电路的程序设计
监控系统中控软件流程图如图4所示。
2.3 远近程视频监控系统设计
远近程视频监控系统的硬件构成包括三部分：前端（视频采集端），中间传输，终端（监控端）。前端只能是各类摄像机（头），终端可以是 PC、PAD、智能手机等。考虑到资费问题分为：远程视频监视功能（可能需要付费），近程视频监控功能（局域网无需付费）。
2.3.1 远程监控设计方案
采用 VPN 模式视频监控，硬件上包括以下几个部分：摄像机（视频采集）、家用路由器（带有 VPN 功能）、互联网（有线或无线）、终端（智能移动终端或其它智能终端）。
VPN 技术可以解决 IP 地址和端口的限制，在任何可接入的网络环境快速搭建数据链路[3]。
2.3.2 近程视频监控设计方案
本设计使用安卓智能手机作为移动智能终端，近程监视、中控的通信、以及与对环境的相关控制通信链路具体实现经过如图1中的蓝色虚线所示。
2.3.3 远程视频监控 VPN 建立过程
本系统通过 zeroTierone 客户端建立虚拟专网，建立虚拟专网后，在连接实现写入openwrt 路由器基础上，登录 web 管理界面，打开浏览器输入 IP 地址，进行端口号的设置。之后打开浏览器输入 IP就可以获得摄像头的实时画面。
2.4整体调试
安装好各个模块后开启所有电源，系统开始运行。在一段时间搜索后将摄像头图像传输至手机端。手机端显示摄像图像，点击摄像头设置，可以将摄像头位置调整至预设位置，摄像头转动平滑。将预制二维码图片放置在摄像头处点击手机端识别二维码，终端处理接收的图片，将二维码信息显示在手机下方。点击手机端[4]红外控制按键，在二级页面显示出控制对象。手机端对中控发送红外码值，在红外码值验证机上显示正确的码值信息。整体流程结果正常，符合设计要求。工程机测试图如图5所示。
3结语
本文研究了基于Wifi近程监控，也可通过VPN技术的远程监护家居，以及遥控家用电器，实现了远近程监护家居，调试结果显示，可以实现预期目标，方便实用。
参考文献
[1] 戴由旺，李增有，韦俞锋.基于ZigBee的低功耗无线传感节点设计与实现[J].现代电子技术，2011，34（18）：121-123+126.
[2] 韩超，梁泉.Android系统原理及开发要点详解[M].北京：电子工业出版社，2O10.
[3] 郝辉，钱华林.VPN及其隧道技术研究[J].微电子学与计算机，2004（11）：47-51.
[4] 李芳.对VPN技术的研究及应用[J].硅谷，2010（3）：89.
[5] 潘琢金，李冰，罗振，等.基于STM32的UART-WiFi模块的设计与实现[J].制造业自动化，2015，37（7）：127-130. 收稿日期：2020-08-20
*基金項目：江苏省高等学校自然科学研究项目（19KJB510027）——板级X波段4GHz带宽射频信号直接采样关键技术研究。
作者简介：张少华（1978—），女，山东栖霞人，硕士研究生，研究方向：无线能量采集、人工智能、环境监测硬件设计。
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
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