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0 引言
隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對居住房子的舒適性及安全性要求也提升到了更高的檔次,，同時計算機技術(shù),、網(wǎng)絡和信息技術(shù)也在不斷發(fā)展，這使得家庭智能系統(tǒng)的遠程監(jiān)控成為一種現(xiàn)實,。本文設計的智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了家用電器等的智能化管理,，對家庭環(huán)境的實時監(jiān)視和自動報警功能。
1 智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分是一個嵌入式Web服務器,，系統(tǒng)集有線和無線Web服務器于一體,，用戶可以利用辦公室的PC登錄家中的Web服務器，在通過用戶名和密碼驗證后,，便可以查看并控制家用電器,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2所示,，主要由ARM9控制器S3C2440,，F(xiàn)LASH，SDRAM,，電源及復位模塊,，觸摸屏顯示模塊，USB攝像頭,，以太網(wǎng)接口模塊,，GPRS模塊，家電控制,，安防控制等組成,。
2．1 ARM9控制器S3C2440
ARM9控制器S3C2440是基于ARM920T內(nèi)核的16／32位RISC處理器，具有功能強大、性價比高,、功耗低的優(yōu)點,。
2．2 家電控制
本系統(tǒng)針對家電設備的智能化程度不同，提出了不同的解決方案,。對于電燈開關(guān)等需要手工控制的傳統(tǒng)家庭設備,。系統(tǒng)添加了輔助控制器(繼電器等)，用戶可通過以太網(wǎng)或手機短信的方式控制處理器GPIOn的狀態(tài),，間接控制家庭設備,；對于電視、空調(diào)等可通過紅外線控制的電器設備,，系統(tǒng)采用帶有以太網(wǎng)接口的通用控制器統(tǒng)一遙控,；對于自身具備網(wǎng)絡接入功能，支持遠程平臺控制的智能電器設備,，直接接入家庭以太網(wǎng)即可,。
2．3 安防控制
系統(tǒng)使用的所有探測器(煙感傳感器、煤氣傳感器,、門磁傳感器等)和報警設備,，都是通過GPIO與控制器相連來完成報警輸入輸出的功能。然而這些輸入輸出信號都有很強的電流,，對系統(tǒng)的干擾較大,，因此采用TLP521光電隔離芯片和繼電器對報警輸入輸出信號分別進行隔離，從而把外部信號對系統(tǒng)的影響降到最低,。
2．4 GPRS模塊
GPRS模塊采用西門子公司的MC35i GPRS MODEM,。當S3C2440控制器收到報警信號時，它通過UART控制MC35i,，將預存的相應報警信息通過GPRS網(wǎng)絡以短信的形式發(fā)送到用戶的手機上,，同時向小區(qū)物業(yè)中心發(fā)出報警，使用戶和物業(yè)部門及時發(fā)現(xiàn)險情,，并采取有效的處理措施減少
經(jīng)濟損失,。
2．5 以太網(wǎng)接口模塊
由于S3C2440本身沒有集成以太網(wǎng)控制模塊，所以需要一個與之相匹配的DM9000控制芯片來實現(xiàn)以太網(wǎng)擴展接口,。在DM9000和RJ45接口之間通過網(wǎng)絡隔離變壓器HR601627來連接,，連接圖如圖3所示，網(wǎng)絡隔離變壓器起信號傳輸,、高電壓隔離等作用,，以保護系統(tǒng)的安全。
2．6 USB攝像頭
本系統(tǒng)所用的USB攝像頭是中星微公司的ZC2301P,。攝像頭ZC301P采集的視頻信號經(jīng)壓縮后形成的視頻數(shù)據(jù)流會通過內(nèi)部總線傳送到嵌入式Web服務器上,，用戶可通過登陸網(wǎng)絡直接觀看Web服務器上的視頻圖像,，實時監(jiān)控家中的情況。
3 系統(tǒng)軟件設計
本系統(tǒng)控制中心是ARM9控制器,，其軟件設計包括系統(tǒng)軟件(嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設備驅(qū)動程序,、嵌入式Web服務器)設計和應用軟件(網(wǎng)頁設計及CGI應用程序)設計,。
3．1 嵌入式操作系統(tǒng)在S3C2440上移植過程
(1)從網(wǎng)站上下載Linux的內(nèi)核源碼linux-2．6．31．tar．bz2和交叉編譯器arm920t-eabi．tgz，這個交叉編譯器是4．1．2版本的,，支持EABI,，可以提高編譯的效率。
(2)在宿主機上將內(nèi)核源碼解壓得到linux-2．6．31,，將交叉編譯器解壓到指定目錄,。
(3)修改Makefile文件及相關(guān)硬件文件。由于內(nèi)核的編譯是根據(jù)Makefile文件的指示進行的,，Makefile文件來組織內(nèi)核的各模塊之間的關(guān)系,，記錄了各個模塊之間的相互聯(lián)系和依賴關(guān)系。所以,，修改Linux2．6．31根目錄下的Maldile文件來指定平臺和交叉編譯器,。
(4)通過命令# make menuconfig來配置內(nèi)核。配置內(nèi)核時,，讓它支持EABI編譯,。
(5)在linux-2．6．31根目錄下執(zhí)行命令# make zImage來編譯內(nèi)核，將生成的內(nèi)核鏡像文件zImage通過相應的固化軟件固化到系統(tǒng)相應的存儲器中,，完成linux-2．6．31內(nèi)核在ARM微處理器上的移植,。
3．2 驅(qū)動程序的設計
控制器需要多個設備驅(qū)動程序。嵌入式Linux系統(tǒng)中設備驅(qū)動程序有一個標準的框架,，可以根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)來填寫框架中的函數(shù),。主要的函數(shù)包括 open()，read(),，write(),，ioctl()，release(),，module_init()和module_exit()等,。為了減小內(nèi)核的大小，把編寫好的驅(qū)動程序編譯成模塊,。編寫Makefile,、Kconfig文件，分別執(zhí)行make menuconfig命令選擇驅(qū)動程序的加載方式,，利用makemodules命令生成目標文件,，最后利用insmod命令調(diào)用 initial_module函數(shù)將編譯好的模塊調(diào)入內(nèi)存即可。
3．3 Web服務器Boa移植
Boa是一個嵌入式Web服務器，能夠生成動態(tài)的頁面,，支持CGI,，比較適合嵌入式系統(tǒng)。在硬件電路板上存放一個網(wǎng)頁,，在用戶端可以通過瀏覽器來訪問硬件電路板上這個網(wǎng)頁,，然后通過網(wǎng)頁中的內(nèi)容就可以和硬件電路板上的硬件設備進行交互。具體移植過程如下：
(1)從網(wǎng)上下載Boa服務器源碼壓縮包boa-0．94．13．tar.gz,，將其解壓得到boa-0．94．13,，在boa-0．94．13／src下編譯生成boa可執(zhí)行程序。
(2)把宿主機Linux操作系統(tǒng)下的／etc／mime．types復制到根文件系統(tǒng)的／etc目錄中,，在根文件系統(tǒng)的／etc中建立boa文件夾,，根文件系統(tǒng)的／etc／boa目錄下建立www、cgi-bin目錄,，www中存放HTML文件,，cgi-bin中存放CGI腳本，把網(wǎng)頁文件 index．files和index．html復制到根文件系統(tǒng)的／etc／boa／www目錄下,，在根文件系統(tǒng)的／var目錄下建立日志目錄 log／boa,。
(3)對Boa作配置和修改。主要通過對defines．h,，boa．conf和mime．types文件進行修改來實現(xiàn),。修改defines．h指定 Web服務器的根目錄路徑(SERVER_ROOT)。boa．conf文件由一些規(guī)則組成,，用于配置Boa服務器,，指定相應端口，服務器名稱,，一些相關(guān)文件的路徑等,。Boa服務器要想正確運行，必須保證該文件是正確配置的,，而且該文件和某些靜態(tài)網(wǎng)頁,，CGI可執(zhí)行程序等都放于某特定目錄下。
(4)把boa-0．94．13／sre下編譯出的boa可執(zhí)行程序復制到根文件系統(tǒng)的／usr／bin目錄下,，把修改過的配置文件boa．conf復制到開發(fā)板的／etc／boa目錄下,，并將一些靜態(tài)頁面放在由boa．conf指定的目錄下。
(5)重新編譯根文件系統(tǒng),。把根文件系統(tǒng)下載到硬件電路板上,。
在硬件電路板上運行嵌入式Web服務器Boa，通過瀏覽器就能訪問系統(tǒng)所設計的網(wǎng)頁,。
3．4 應用軟件設計
本系統(tǒng)的核心是一個嵌入式Web服務器,，其應用軟件的設計包括網(wǎng)頁設計和CGI應用程序設計兩部分,。
(1)網(wǎng)頁設計：網(wǎng)頁設計采用設計工具Dreamweaver，F(xiàn)rongtPage等來實現(xiàn),。
(2)CGI應用程序設計：采用C語言來編寫CGI應用程序,，實現(xiàn)外部實時數(shù)據(jù)采樣、與家電設備的通信與控制等,。CGI技術(shù)可以實現(xiàn)瀏覽器與嵌入式Web 服務器的動態(tài)數(shù)據(jù)交互,。CGI程序保存在嵌入式Web服務器端。在用戶端打開HTML頁面,，點擊HTML頁面上設備的控制按鈕，就會通過Internet 把用戶請求送到嵌入式Web服務器中,，服務器接收用戶請求并交給CGI程序處理,，實現(xiàn)用戶的功能需求，這就做到了通過對HTML頁面上相應設備的點擊實現(xiàn)家庭網(wǎng)絡中設備的遠程控制,。
4 結(jié)束語
該系統(tǒng)硬件采用ARM9 S3C2440 微處理器作為控制核心,，軟件采用linux-2.6.31內(nèi)核作為系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)，采用Boa作為嵌入式Web服務器,，結(jié)合以太網(wǎng)通信技術(shù)和 GPRS無線通信技術(shù)實現(xiàn)了對家庭環(huán)境的遠程實時監(jiān)控,、安防自動報警和對家電設備遠程控制的功能。本監(jiān)控系統(tǒng)具有較大的實用價值,，未來的發(fā)展空間非常大,，能夠使人們生活得更加舒適安全。