原标题：基于无线传感器网络实现家庭监护系统的应用方案

基于Zigbee无线传感器网络S3C2410控制器+MC13192无线发射芯片+无线控制器芯片GT60实现家庭监护系统的应用方案

引言

随着物联网（IoT）技术的迅猛发展，家庭监护系统已成为现代智能家居的重要组成部分。通过无线传感器网络和高性能处理器的应用，家庭监护系统能够实时监控家庭环境，为用户提供安全、舒适的生活环境。本文设计了一种基于Zigbee无线传感器网络、S3C2410控制器、MC13192无线发射芯片和无线控制器芯片GT60的家庭监护系统。系统利用传感器采集数据，通过无线通信实现数据传输和远程监控，从而提升家庭安全和管理效率。

系统架构

家庭监护系统的总体架构如图1所示。系统主要由前端感知模块、处理与控制模块、无线通信模块和监控显示模块组成。

1. 前端感知模块：负责检测环境变化，包括温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、门磁传感器等。

2. 处理与控制模块：主要包括S3C2410控制器，用于数据处理和控制指令的执行。

3. 无线通信模块：采用Zigbee无线传感器网络技术，实现数据传输，具体采用MC13192无线发射芯片和GT60无线控制器芯片。

4. 监控显示模块：通过LCD显示屏和移动终端进行数据展示和报警提示。

主控芯片介绍

S3C2410控制器

S3C2410是三星公司生产的一款基于ARM920T内核的高性能嵌入式处理器。其主要特点包括：

• 运行频率高达203 MHz，具有强大的数据处理能力。

• 具有64KB的内部SRAM和256KB的片上闪存。

• 丰富的外设接口，包括UART、SPI、I2C、USB、LCD控制器等。

• 支持多种操作系统，如Linux、WinCE等。

在本系统中，S3C2410控制器作为主控单元，负责综合处理各类传感器数据，并通过无线通信模块实现数据的发送与接收。同时，S3C2410还控制监控显示模块，实时显示环境参数和报警信息。

MC13192无线发射芯片

MC13192是Freescale公司生产的一款符合IEEE 802.15.4标准的低功耗2.4 GHz无线收发芯片，适用于Zigbee无线传感器网络。其主要特点包括：

• 支持DSSS扩频技术，具有较强的抗干扰能力。

• 集成了基带处理器、模拟前端和射频收发器。

• 低功耗设计，适用于电池供电的便携式设备。

在本系统中，MC13192无线发射芯片主要用于无线数据传输，通过Zigbee协议实现各传感器节点与主控制单元之间的数据通信。其低功耗和高可靠性的特性，使其适用于家庭监护系统的无线传输需求。

GT60无线控制器芯片

GT60是一款高性能的无线控制器芯片，常用于Zigbee网络中的协调器设备。其主要特点包括：

• 支持IEEE 802.15.4标准，兼容Zigbee协议。

• 具有高效的网络管理能力，可实现节点的自动加入和离开。

• 支持多种低功耗模式，延长设备的使用寿命。

在本系统中，GT60无线控制器芯片作为Zigbee网络的协调器，负责网络的组建和维护。其高效的网络管理能力，保证了系统内各传感器节点的稳定通信和数据传输。

无线通信模块

无线通信模块是家庭监护系统的核心部分，通过Zigbee协议实现传感器节点与主控单元之间的数据传输。具体的设计包括：

1. Zigbee网络组建：

• 由GT60无线控制器芯片作为协调器，负责网络的初始化和维护。

• 各传感器节点通过MC13192无线发射芯片加入Zigbee网络，实现数据的无线传输。

2. 数据传输与处理：

• 各传感器节点采集到的数据，通过MC13192发送至GT60协调器。

• GT60协调器将接收到的数据通过UART接口传输给S3C2410控制器进行处理。

监控显示模块

监控显示模块包括LCD显示屏和移动终端应用程序，用于实时显示环境参数和报警信息。

1. LCD显示屏：

• 由S3C2410控制器控制，通过LCD控制器接口实现数据的显示。

• 显示内容包括温度、湿度、烟雾浓度等环境参数，以及报警信息。

2. 移动终端应用程序：

• 通过Wi-Fi或移动网络与S3C2410控制器通信，实现远程监控。

• 用户可以通过手机或平板电脑查看实时数据，并接收报警通知。

设计实现

硬件设计

硬件设计包括各模块的电路设计和连接。各模块之间通过UART、SPI等接口进行通信。下面简要介绍各模块的硬件设计。

1. 前端感知模块电路设计：

• 温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和门磁传感器连接至MC13192的ADC接口。

• 各传感器节点通过MC13192实现数据的无线传输。

2. 处理与控制模块电路设计：

• S3C2410控制器连接至GT60协调器的UART接口，实现数据接收。

• S3C2410通过LCD控制器接口连接至LCD显示屏，进行数据展示。

3. 无线通信模块电路设计：

• GT60协调器的射频接口连接至天线，实现无线信号的收发。

• 电源模块为各芯片提供稳定的电源电压。

软件设计

软件设计包括各模块的功能实现和系统的整体协调。软件主要采用C语言编写，利用Keil uVision进行开发调试。下面简要介绍各模块的软件设计。

1. 前端感知模块软件设计：

• 传感器数据采集：通过ADC接口采集传感器数据，并进行去噪、滤波等处理。

• 数据发送：处理后的数据通过MC13192无线发射芯片发送至GT60协调器。

2. 处理与控制模块软件设计：

• 数据接收：通过UART接口接收来自GT60协调器的数据。

• 数据处理：对接收到的数据进行分析和处理，判断是否存在异常情况。

• 显示控制：根据处理结果，控制LCD显示屏进行数据展示和报警信息显示。

3. 无线通信模块软件设计：

• Zigbee协议栈实现：包括网络组建、节点加入与离开、数据传输等功能。

• 数据收发：通过MC13192和GT60的SPI接口，实现数据的接收和发送。

结论

本文设计了一种基于Zigbee无线传感器网络、S3C2410控制器、MC13192无线发射芯片和GT60无线控制器芯片的家庭监护系统。系统通过各类传感器采集环境数据，利用无线通信模块实现数据的传输和远程监控，从而提高家庭安全和管理效率。各模块的硬件设计和软件实现具有较高的可靠性和低功耗特性，适用于智能家居的应用场景。

未来工作中，可以进一步优化系统的功耗和传输距离，增加更多的传感器类型，提高系统的智能化程度和实用性，为用户提供更加安全和便捷的监护体验。同时，可以考虑集成更多的智能家居功能，如智能照明、智能门锁等，实现全面的家庭自动化控制。