摘 要：伴隨著人們工作節(jié)奏的加快和工作環(huán)境的不確定性，人們越來越注重居住環(huán)境的安全，希望能在第一時間知道家中的安全情況，因此，設(shè)計一種智能家居遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)具有良好的實(shí)際意義。本文淺析基于嵌入式的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。
　　關(guān)鍵詞：嵌入式；智能家居；遠(yuǎn)程控制]
　　引言
　　電子技術(shù)、智能控制技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，使得傳統(tǒng)住宅家居體系已經(jīng)無法滿足居住要求，對于智能化以及安全性的要求逐漸提升。雖然當(dāng)前視頻監(jiān)控已經(jīng)逐漸被重視，但在具體操作中相對復(fù)雜。這種狀況的產(chǎn)生，使得對嵌人式智能家居系統(tǒng)的研究熱度逐漸上升，成為引領(lǐng)遠(yuǎn)程控制的重要方式。目前，大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都以處理器為核心，與一些檢測、監(jiān)控設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)一定的功能，但是由于視頻圖像傳輸?shù)挠绊懸约氨O(jiān)控界面的問題，客戶端的遠(yuǎn)程監(jiān)控效果并不理想。如果嵌入式智能家居系統(tǒng)能夠連接到Internet和GPRS模塊，則用戶可以通過遠(yuǎn)程登錄界面來了解家居環(huán)境信息。因此，本文提出了一款具有網(wǎng)絡(luò)功能的智能家居控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，使用火狐瀏覽器作為上位機(jī)，采用JPEG高效壓縮算法對視頻圖像進(jìn)行壓縮，用戶不僅可以通過瀏覽器監(jiān)測家居環(huán)境信息，還可以訪問Web服務(wù)器中的視頻，同時，GPRS通信模塊還能將異常信息以短信方式通知用戶，提高了智能家居控制的靈活性。
　　1嵌入式智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計
　　基于智能家居制品監(jiān)控的角度分析，主要需要借助當(dāng)前計算機(jī)技術(shù)，設(shè)計并構(gòu)成智能家居子系統(tǒng)，將各個技術(shù)融合之后實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理。站在智能家居系統(tǒng)的角度，主要包括視頻服務(wù)、客戶端、服務(wù)端等部分。硬件設(shè)計。此次設(shè)計采用TX2440A開發(fā)板進(jìn)行設(shè)計，將S3C2440處理器作為主控制芯片，主頻已經(jīng)能夠達(dá)到400MHz，具有單獨(dú)的管理單元、控制器以及存儲器等。LCD顯示部分包括3.5英寸真彩色液晶屏，具備USB接口。在開發(fā)板方面具備多種結(jié)構(gòu)，便于對系統(tǒng)的調(diào)試與測試需求；視頻采集模塊運(yùn)用ZC301攝像頭，可實(shí)現(xiàn)Linux提供攝像頭視頻數(shù)據(jù)的采集；包括DS18B20室內(nèi)溫度的傳感器；GPRS通信模塊。至此，用戶端通過移動終端，向監(jiān)控中心發(fā)送請求，監(jiān)控中心在接受請求之后進(jìn)行處理并進(jìn)行解析，將現(xiàn)場監(jiān)控終端發(fā)送操作指令，現(xiàn)場終端提交反饋，得出操作結(jié)果。
　　2系統(tǒng)架構(gòu)
　　2.1硬件設(shè)計
　　2.1.1嵌入式微處理器
　　本設(shè)計使用TX2440A開發(fā)板進(jìn)行設(shè)計。采用S3C2440處理器作為主控芯片，主頻可以達(dá)到400MHz，具有MMU管理單元、控制器、支持外部存儲器，板載64MBSDRAM，256MBNANDFlash，LCD顯示部分為3.5英寸TFT真彩色液晶屏，網(wǎng)絡(luò)芯片為DM9000，1個10M以太網(wǎng)RJ-45接口，4個USBHost，1個USBSlaveB型接口。TX2440A開發(fā)板上還擴(kuò)展了豐富的接口，如藍(lán)牙接口、CAN接口、ZigBee接口等，方便進(jìn)行軟件調(diào)試以及系統(tǒng)測試。
　　2.1.2視頻采集模塊
　　采用了ZC301攝像頭，利用Linux提供的Video4LinuxAPI函數(shù)對USB攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，然后將視頻數(shù)據(jù)通過內(nèi)部總線發(fā)送到視頻流服務(wù)器MJPG-streamer上，視頻流服務(wù)器將視頻圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮后，采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，再通過CGI函數(shù)集實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的之間的交互，遠(yuǎn)端客戶機(jī)通過瀏覽器就可以查看現(xiàn)場監(jiān)控畫面。
　　2.1.3傳感器模塊
　　本系統(tǒng)采用DS18B20溫度傳感器采集室內(nèi)溫度；采用HIH-4000濕度傳感器采集室內(nèi)的濕度；采用DSM501A粉塵傳感器來檢測室內(nèi)粉塵濃度；采用PIP探頭LH1778為核心的檢測電路來檢測是否有人員入侵，并利用蜂鳴器進(jìn)行本地報警和GSM短信報警。這些傳感器模塊通過S3C2440的I/O口接到控制中心，并把采集到的信息發(fā)送到Web服務(wù)器上。
　　2.1.4GPRS通信模塊
　　GPRS通信模塊選用西門子電氣公司生產(chǎn)的MC35i，該模塊可以提供語音傳輸、彩信業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)等接口，內(nèi)置了彩信MMS協(xié)議和TCP/IP協(xié)議。該模塊與處理器S3C2440采用串型端口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，MC35i上的TXD0端口主要用于接收處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)；GPRS模塊上的RXD0端口用于向處理器發(fā)送數(shù)據(jù)。通信模塊將GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)鏈接起來，通過與監(jiān)控中心建立通信鏈路來進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)通信。
　　2.2軟件設(shè)計
　　2.2.1環(huán)境檢測模塊的軟件設(shè)計
　　該模塊設(shè)計主要是檢測室內(nèi)的溫度、濕度、和粉塵濃度，整個流程是先由傳感器獲取室內(nèi)的狀態(tài)信息，然后通過網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)椒��?wù)器平臺上。用戶通過操作平臺就可以查看室內(nèi)環(huán)境信息，當(dāng)達(dá)到危險值時，蜂鳴器進(jìn)行報警，同時微處理器通過串口向GSM短信模塊發(fā)送命令，通知用戶家中有危險。
　　2.2.2照明模塊的軟件設(shè)計
　　該模塊主要設(shè)計室內(nèi)照明，系統(tǒng)采用開發(fā)板上的LED1～LED3燈分別來模擬室內(nèi)照明燈。在/www/Leddate目錄下建立一個文本文件：led.txt，保存LED燈的狀態(tài)信息，將每次對LED燈的操作進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時更新。
　　2.2.3視頻監(jiān)控模塊的軟件設(shè)計
　　視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)分為三個部分：視頻圖像采集、視頻數(shù)據(jù)傳輸、視頻圖像顯示。通過Linux系統(tǒng)內(nèi)部的V4L對視頻圖像采集，將采集到的原始圖像數(shù)據(jù)通過JPEG壓縮輸出給客戶端進(jìn)行實(shí)時播放，網(wǎng)絡(luò)傳輸中應(yīng)用層采用TRTP/RTCP協(xié)議配合來保證傳輸?shù)馁|(zhì)量，傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層采用TCP/IP協(xié)議。同時移植BoaWeb服務(wù)器，通過CGI監(jiān)聽客戶端的請求，從而實(shí)現(xiàn)與客戶端的網(wǎng)絡(luò)交互。
　　2.3監(jiān)測界面的實(shí)現(xiàn)
　　根據(jù)CGI程序的工作原理，監(jiān)控頁面主要分兩部分組成：靜態(tài)表單頁面設(shè)計和動態(tài)Web頁面設(shè)計，使用HTML來設(shè)計靜態(tài)頁面，使用CGI技術(shù)制作動態(tài)頁面。當(dāng)用戶通過瀏覽器訪問Web服務(wù)器時，訪問的第一個文件是index.html，將彈出一個對話框要求用戶輸入登錄信息，進(jìn)行身份驗(yàn)證，由login.cgi對用戶的登陸信息進(jìn)行驗(yàn)證，通過認(rèn)證之后，用戶才能進(jìn)入系統(tǒng)的主頁面main.html，在main.html主頁面里為用戶提供三種功能：家居環(huán)境檢測；室內(nèi)電燈控制；網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控。其中家居環(huán)境檢測、報警信號、照明燈由main.cgi程序進(jìn)行控制，每個模塊利用CGI傳輸數(shù)據(jù)和操作指令，完成照明燈的操作和數(shù)據(jù)保存；網(wǎng)絡(luò)視頻由視頻流服務(wù)器Mjpg-streamer通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綖g覽器。當(dāng)鼠標(biāo)點(diǎn)擊視頻查看按鈕時，該頁面會鏈接到stream.html上，顯示視頻監(jiān)控畫面，在此界面上，點(diǎn)擊左側(cè)的菜單可以進(jìn)行遠(yuǎn)程畫面拍照，點(diǎn)擊控制菜單將進(jìn)入視頻參數(shù)調(diào)整界面。

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