一種智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案

摘要：以智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)為例，設(shè)計了一種以Web技術(shù)為核心的遠程監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，并實施建立在基于S3C2440微處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)的軟硬件平臺上。在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中構(gòu)建了Web服務(wù)器和視頻服務(wù)器。在此基礎(chǔ)上運用CGI技術(shù)處理HTML表單，限制系統(tǒng)硬件，實現(xiàn)交互操作，完成用戶認證、門窗限制、照明限制、溫度監(jiān)測、視頻監(jiān)控等功能。遠程用戶可以通過IE閱讀器進行實時監(jiān)視，并對監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備實現(xiàn)管理。智能家居又稱為數(shù)字家庭，一般是指以計算機接口技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，將各種家用數(shù)字化設(shè)備有機結(jié)合為一體的智能化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些家用數(shù)字化設(shè)備包括電話、計算機、數(shù)字化的視聽設(shè)備、數(shù)字化的家用電器及平安監(jiān)控設(shè)備等，通過有線或無線的方式將這些設(shè)備連接起來，為家庭用戶供應(yīng)簡潔、平安、牢靠、智能化的綜合服務(wù)。本文以Web技術(shù)為核心，在基于S3C2440微處理器和嵌入式Linux操作系統(tǒng)的軟硬件平臺上構(gòu)建了Web服務(wù)器和視頻服務(wù)器，Web服務(wù)器采納Boa,視頻服務(wù)器采納Servfox,結(jié)合CGI技術(shù)處理HTML表單，完成用戶認證，門窗限制等家居監(jiān)控功能。1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖1為智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖。室內(nèi)部分主要包括家電限制、防盜報警、遠程監(jiān)控、防火報警等功能模塊，這些功能模塊通過Web服務(wù)器接入Internet網(wǎng)，用戶可通過計算機登錄因特網(wǎng)，遠程監(jiān)控室內(nèi)狀況，同時室內(nèi)如檢測到火、盜等異樣狀況可通過Internet向用戶報警。2系統(tǒng)硬件設(shè)計智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由YC2440-F開發(fā)板、網(wǎng)絡(luò)接口、門窗限制、照明設(shè)備、溫度傳感器、USB攝像頭等組成。YC2440-F開發(fā)板作為整個系統(tǒng)的限制核心，負責信息的采集和處理，并限制各個模塊協(xié)調(diào)工作，如圖2所示。限制核心采納YC2440-F開發(fā)板。該開發(fā)板是揚創(chuàng)科技公司運用三星S3C2440處理器開發(fā)的ARM9開發(fā)板。YC2440-F開發(fā)板采納核心板+擴展板的結(jié)構(gòu)。門窗限制模塊可以讓用戶通過互聯(lián)網(wǎng)遠程限制室內(nèi)門窗的開啟與關(guān)閉，如有人以非正常方式通過門窗進入室內(nèi)，可向用戶報警。在試驗中選用一個步進電機來模擬門窗限制，電機正轉(zhuǎn)表示門窗開啟，電機反轉(zhuǎn)表示門窗關(guān)閉，步進電機如強行被破壞則報警。步進電機通過集成芯片ULN2003驅(qū)動，門窗限制電路如圖3所示。照明限制模塊可以讓用戶通過互聯(lián)網(wǎng)遠程限制室內(nèi)照明系統(tǒng)的打開與關(guān)閉。在試驗中運用4個發(fā)光二極管來模擬照明系統(tǒng)，圖4為照明限制模塊硬件電路圖。溫度監(jiān)測模塊可以實時監(jiān)測室內(nèi)溫度，假如檢測到室內(nèi)溫度超過50℃則報警。溫度監(jiān)測電路采納DS18B20溫度傳感器來實現(xiàn)。DS18B20運用1-Wire技術(shù)，具有線路簡潔，精度高、體積小、低功耗等特點。硬件電路只需將DS18B20連接到通用I/O端口GPB0端即可。圖5為溫度監(jiān)測模塊電路。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過攝像頭實時監(jiān)控室內(nèi)狀況，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時視察室內(nèi)的狀況。視頻監(jiān)控采納用一般USB攝像頭實現(xiàn)。3系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由設(shè)備驅(qū)動程序、嵌入式Linux操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序構(gòu)成，如圖6所示。其中嵌入式Linux操作系統(tǒng)采納2.6版本的內(nèi)核。Web服務(wù)器運用Boa,視頻服務(wù)器運用Servfox5,這是兩款Linux下的開源軟件，將源碼進行適當修改就可以移植到嵌入式系統(tǒng)中。3.2驅(qū)動程序的開發(fā)用戶進程是通過設(shè)備驅(qū)動文件限制硬件，對設(shè)備文件的操作方式就是系統(tǒng)調(diào)用，如open、read、write、close等。編寫設(shè)備驅(qū)動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations結(jié)構(gòu)體的各個域。步進電機、LED和溫度傳感器DS18B20都是通過通用I/O限制的，做為字符型設(shè)備。USB攝像頭屬于USB設(shè)備。下面以步進電機驅(qū)動程序為例說明Linux驅(qū)動程序的開發(fā)過程，詳細步驟如下：（1）編寫驅(qū)動程序源代碼，將程序源文件motor.c,添加到內(nèi)核的drivers/char書目下。（2）編輯drivers/char書目下的配置文件Kconfig,添加如下內(nèi)容：configMOTORtristate"MotorDriver"（3）在char書目下打開Makefile,添加obj-$（CONFIG_MOTOR）+=motor.o（4）在內(nèi)核書目下執(zhí)行makemenuconfig吩咐，進行內(nèi)核配置：在DeviceDriver-CharacterDriver下將MOTOR選為M,模塊方式，退出保存設(shè)置。（5）執(zhí)行吩咐m(xù)akemodules,編譯驅(qū)動模塊。在char書目下產(chǎn)生motor.ko的文件，即所需的步進電機驅(qū)動模塊。通過NFS方式傳到開發(fā)板上。（6）加載驅(qū)動模塊，執(zhí)行insmodmotor.ko.（7）建立文件節(jié)點，執(zhí)行mknod/dev/MOTOR_Driverc2280.3.3實現(xiàn)基于Web的遠程監(jiān)控智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以通過Web服務(wù)器為用戶供應(yīng)簡潔，美觀的操作界面。網(wǎng)絡(luò)限制部分包括登錄界面、用戶認證、主界面、門窗限制、照明限制、溫度監(jiān)測及視頻監(jiān)控。用戶認證是通過CGI程序?qū)崿F(xiàn)的。首先在登錄界面中運用HTML語言添加表單：<formmethod="post"action="/cgi-bin/logon.cgi">用戶名：<inputtype="text"name="user"><br>密碼：<inputtype="password"name="pwd"><br>   <inputtype="submit"value="登錄"></form>參數(shù)action指明處理該表單的CGI程序，此表單所填的內(nèi)容會通過Web服務(wù)器以name=value1&pwd=value2的方式傳給logon.cgi程序處理，該程序?qū)τ脩裘兔艽a進行認證。用戶認證界面如圖7所示，門窗限制界面如圖8所示。運用表單在網(wǎng)頁中添加2個按鈕，分別限制門窗的打開和關(guān)閉。對應(yīng)的CGI程序調(diào)用步進電機的驅(qū)動程序，限制電機轉(zhuǎn)動，模擬門窗限制。照明限制界面如圖9所示，在網(wǎng)頁中添加4個復(fù)選框，分別配有4個發(fā)光二極管。對應(yīng)的CGI程序調(diào)用LED的驅(qū)動程序，限制發(fā)光二極管。溫度限制界面如圖10所示。CGI程序調(diào)用DS18B20的驅(qū)動程序，讀取溫度傳感器的值，然后計算溫度，最終返回一個網(wǎng)頁顯示DS18B20的信息和溫度。視頻監(jiān)控界面如圖11所示，在網(wǎng)頁中添加Java插件，接收并顯示視頻服務(wù)器Servfox發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)。添加2個按鈕限制視頻服務(wù)器的打開與關(guān)閉。以S3C2440微處理器為限制核心，完成了智能家居硬件平臺的設(shè)計。實現(xiàn)了嵌入式Linux操作系統(tǒng)在S3C2440微處理器平臺上的移植。編寫了步進電機、發(fā)光二極管