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基于无线通信控制的家用智能车库系统 　　摘 要：本项目针对家用车库存在的安全性、便捷性等问题进行研究，通过无线通信实现便捷的车库控制、防盗、视频监控等，并实现利用超声波测距方式解决汽车出入库过程中的刮蹭问题。项目基于ARM内核的STM32嵌入式处理器进行设计与研究，实现的功能包括无线遥控车库门、视频监控、红外防盗、车距探测与预警、电子密码锁等，本项目力求在未来的智能家居中发挥作用。　　关键词：超声波测距；STM32；嵌入式处理器；智能车库；视频监控　　中图分类号：TP393；TN92 文献标识码：A 文章编号：2095--00-03　　0 引 言　　随着别墅型住宅日渐流行，智能车库的控制和管理系统也得到了广泛应用。但传统车库控制通常依赖互联网，存在网络安全风险与缺陷。例如家用私人车库面积有限，车主驾驶车辆进出车库时经常会发生刮蹭；车库防盗系统依赖车库摄像探头，但它只支持发生盗窃后的证据记录，并不能做到真正的防盗报警，且摄像头一直处于工作中，对存储、查看、耗能等都是一个考验。我们针对传统智能车库存在的网络安全、缺少刮蹭警示、车库防盗等级较低、便捷性较差等问题提出了合理的解决方案，并建立了基于ARM处理器和无线全双工通信控制的家用智能车库系统。　　1 设计目标　　本项目力求实现智能车库性价比高、成本低、操作简便、安全性强、更加智能与人性化的目标，支持低成本、低功耗、高质量的智能化家居理念，为未来人性化智能私人车库的发展做铺垫。主要实现以下目标：　　用户使用遥控板无线控制车库大门的启闭；　　利用红外人体感应模块和报警器实现车库的防盗报警；　　利用超声波测距模块实现探测与显示车库墙壁与车两侧的距离，并在距离小于等于4 cm时提醒报警；　　车库门同时支持电磁锁，在无线控制失效的情况下仍然可以开关门；　　遥控板可以打开或关闭车库内的摄像探头，亦可在遥控板上查看视频图像。　　设计指标要求如下：　　实现遥控板和车库主控板之间的全双工无线通信；　　无线图像传输分辨率不低于CIF图像格式标准，颜色信息为国际广播电视标准RGB422；　　超声波测距模块在40 kHz载频下探测误差小于或等于2 cm；　　红外人体感应范围不小于20 m2；　　系统能够长时间可靠工作。　　2 系统功能设计与实现　　本项目基于低成本考虑和外围接口的设计需求，选用ST公司生产的ARMCortex?-M4结构嵌入式处理器ST M32F407作为系统核心。该处理器具有实时控制、高速存储、FSMC、DMA等功能，能够满足项目需求。软件开发平台选用Keil Software公司的MDK5，它满足ARM Cortex?微控制器软件接口标准，可方便的添加STM32处理器的固件库。　　 无线全双工通信的实现　　目前常用的无线传输模块有蓝牙模块，WiFi模块、433长波模块、nRF模块等。蓝牙模块应用最广泛，其优点是近距离匹配容易、成本较低、编程简单；缺点是远距离匹配失效、穿墙效果差、传输速度低，不适合视频图像的远距离传输。WiFi模块主要应用于互联网通信，它是目前传输速率最快的无线通信模块，具有高穿透性和高数据流传输特性，但其协议栈过于复杂、编程匹配困难、成本与功耗相对较高；433长波模块适合远距离数据传输，但成本过高；nRF模块传输速度快、功耗低、协议栈简单、成本低，广泛应用于智能家居中的短距离信号流传输，不论成本、性能还是功耗，均符合本系统的要求。　　通过比较厂家资料可知，选择nRF24L01作为本系统的无线通信模块。nRF24L01采用 GHz国际开放的ISM频段。该模块利用高斯频移键控调制信号，功率谱密度集中且具有恒幅包络特性。调制出的恒定包络单位时间内传输内容较多，不仅速度快、节能，还能使数据在空中的停留时间较短，确保收到的干扰较少，误码率大幅降低，传输过程可靠、高效。　　本系统需要传输格式为CIF的图像数据，CIF的分辨率为352×288，RGB422色彩模式下每像素色彩信息占用8位二进制数，每帧所需的位数为352×288×8=811 008 b。假设每秒传输18帧画面，则每秒需要的位数为 Mb，即每秒需要的字节数为1 825 KB。增加无线通信的起始位和校验位后，无线模块的数据传输速率大约为 Mb/s，小于nRF24L01的最大数据传输速度2 Mb/s。该模块完全能够满足本项目的需求。以上计算基于非压缩的图像数据格式，如果选择支持帧内数据压缩的MJPEG数据传输格式，还可以进一步降低数据传输带宽，提高系统冗余度，或根据需要选择更高的图像分辨率。　　nRF24L01采用SPI通信?线，确保收发信号能够同步进行，但单一的收发不能保证数据传输的可靠性，高速的数据传输需要校验和收发确认。nRF24L01提供了两种不同的收发模式，分别