基于nRF24LE1和MMS的智能家居监测系统

摘要：挪威Nordic半导体公司最新推出世界上最小、集成度最高的单片超低功耗2.4G射频系统芯片nRF24LE1，可用它来构建智能家居监测系统的无线传感器网络。摄像头采用简单灵活的无线多节点安装方式，和传感器一起受节点nRF24LE1控制。在节点nRF24LE1的控制下，拍摄的图像和其他监测数据高速发送给主机。主机nRF24LE1控制GPRS模块以MMS（彩信）形式向用户手机发送遇警或主动监测数据。

随着社会经济和科学技术的发展，人们对物质生活的水平和质量要求不断提高。物质生活水平和质量的提高，使得人们对家居安全等方面的问题提出了更高的要求。本文提出一种基于nRF24LE1无线射频芯片和MMS（彩信）技术的智能家居监测系统。nRF24LE1是挪威Nordic半导体公司最新（2008年9月9日）推出的世界上最小、集成度最高的单片超低功耗2.4GHz射频系统芯片。本系统不仅可以监测居室的安全状况，如煤气泄漏、起火、非法闯入等情况，而且可以通过MMS功能向户主手机发送现场图像。通过GPRS网络本系统还能够实现对居室状况进行主动监测。本系统摄像头采用的无线多节点安装方式，可在更多关键位置安装摄像头，不会破坏居室原有结构，连接线路数量少、布线简单，可以灵活安装和增删监控摄像头。

如图1所示，系统主要包括多个nRF24LE1监测节点、nRF24LE1和TR800 GPRS模块构成的主机。

图1 系统组成框图

3 传感器监测控制

MMS支持JPEG、GIF图片格式，而且目前中国移动支持的“彩信”信息的容量最大为50KB。根据这个要求，摄像头可选用GXT-M201串口JPEG彩色摄像模组。GXT-M201是一低成本、低功耗摄像模组，图像采用JPEG压缩，通过简单的串口指令控制图像的拍摄、获取。GXT-M201摄像模组支持160×128/80×64等图像分辨率，通过RS232串口传输静态图像，支持不同分辨率可变JPEG编码质量设置。

系统摄像头安装在各个节点，由节点nRF24LE1内置的8051核控制，通过UART串口连接。采用nRF24LE1内置的nRF24L01+射频收发器的跳频技术、MultiCeiver技术和增强型ShockBurst模式，构建无线传感器网络，摄像头采用无线安装方式，可在更多关键位置安装摄像头，不会破坏居室原有结构，连接线路数量少、布线简单。户主可以灵活安装和增删监控摄像头。而传统的有线方式安装监控摄像头数目较少、位置固定、布线复杂、易破坏居室结构。

另外，nRF24LE1接口资源丰富，根据需要可以很容易为各个节点增加相应的传感器件，实现煤气、火情等更多的监测功能。nRF24LE1内置的nRF24L01+空中传输速率最大可达2Mbps，能够实现数据的实时传输。

4 系统设计

如图1所示，各监测节点电路主要由nRF24LE1、天线、摄像头和其他传感器件构成。nRF24LE1通过串口与GXT-M201摄像模组连接。nRF24LE1还有丰富的接口资源可以容易地扩展更多的传感器件，实现更多的监测功能。当传感器件检测到居室有不安全状况出现时，由nRF24LE1内置的8051核控制，获取检测数据，启动GXT-M201摄像模组拍摄现场，然后将图像和其他数据通过nRF24LE1内置的nRF24L01+无线收发模块，按照增强型ShockBurst模式发送给主机。另一方面，当nRF24LE1内置的nRF24L01+无线收发模块接收到有效的主机主动监测要求时，nRF24LE1同样监测现场，将图像和其他数据通过内置的nRF24L01+，按照增强型ShockBurst模式发送给主机。

主机部分主要由nRF24LE1、TR800 GPRS模块、天线和扬声器等电路构成的。当监测到居室有不安全状况出现时，主机nRF24LE1通过增强型ShockBurst模式接收各节点的数据，并通过串口使用AT命令控制TR800 GPRS模块向用户手机发送“彩信”。另一方面，用户通过手机向主机TR800 GPRS模块发送短信息、“彩信”或拨打电话，选择喊话警告或主动获取监测数据。主机接收到用户手机信息后，控制扬声器实现喊话功能，或者通过增强型ShockBurst模式要求各节点提供相应监测数据，然后再通过“彩信”发送给用户手机。

5 结语

采用最新推出的nRF24LE1超低功耗系统级射频收发芯片，可以很方便的构建智能家居无线传感器监测系统。特别是多摄像头的无线安装方式，使得用户可灵活地在更多关键位置安装和增删摄像头，不会破坏居室原有结构，连接线路数量少、布线简单。

实验表明，系统通过GXT-M201摄像模组摄像和TR800 GPRS模块收发“彩信”，控制方式简单、收发稳定、实时性好、监测图像清晰。本系统在其它远程无线监测领域也有非常大的推广价值。