一種智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的解決方案

摘要：以智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)為例，設(shè)計(jì)了一種以Web技術(shù)為核心的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，并實(shí)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(tái)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(yùn)用CGI技術(shù)處理HTML表單，限制系統(tǒng)硬件，實(shí)現(xiàn)交互操作，完成用戶(hù)認(rèn)證、門(mén)窗限制、照明限制、溫度監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等功能。遠(yuǎn)程用戶(hù)可以通過(guò)IE閱讀器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，并對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)管理。智能家居又稱(chēng)為數(shù)字家庭，一般是指以計(jì)算機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)、數(shù)字化的視聽(tīng)設(shè)備、數(shù)字化的家用電器及平安監(jiān)控設(shè)備等，通過(guò)有線或無(wú)線的方式將這些設(shè)備連接起來(lái)，為家庭用戶(hù)供應(yīng)簡(jiǎn)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(tái)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(hù)認(rèn)證，門(mén)窗限制等家居監(jiān)控功能。1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖1為智能家居遠(yuǎn)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(bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控、防火報(bào)警等功能模塊，這些功能模塊通過(guò)Web服務(wù)器接入Internet網(wǎng)，用戶(hù)可通過(guò)計(jì)算機(jī)登錄因特網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)狀況，同時(shí)室內(nèi)如檢測(cè)到火、盜等異樣狀況可通過(guò)Internet向用戶(hù)報(bào)警。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由YC2440-F開(kāi)發(fā)板、網(wǎng)絡(luò)接口、門(mén)窗限制、照明設(shè)備、溫度傳感器、USB攝像頭等組成。YC2440-F開(kāi)發(fā)板作為整個(gè)系統(tǒng)的限制核心，負(fù)責(zé)信息的采集和處理，并限制各個(gè)模塊協(xié)調(diào)工作，如圖2所示。限制核心采納YC2440-F開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板是揚(yáng)創(chuàng)科技公司運(yùn)用三星S3C2440處理器開(kāi)發(fā)的ARM9開(kāi)發(fā)板。YC2440-F開(kāi)發(fā)板采納核心板+擴(kuò)展板的結(jié)構(gòu)。門(mén)窗限制模塊可以讓用戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程限制室內(nèi)門(mén)窗的開(kāi)啟與關(guān)閉，如有人以非正常方式通過(guò)門(mén)窗進(jìn)入室內(nèi)，可向用戶(hù)報(bào)警。在試驗(yàn)中選用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)來(lái)模擬門(mén)窗限制，電機(jī)正轉(zhuǎn)表示門(mén)窗開(kāi)啟，電機(jī)反轉(zhuǎn)表示門(mén)窗關(guān)閉，步進(jìn)電機(jī)如強(qiáng)行被破壞則報(bào)警。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)集成芯片ULN2003驅(qū)動(dòng)，門(mén)窗限制電路如圖3所示。照明限制模塊可以讓用戶(hù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程限制室內(nèi)照明系統(tǒng)的打開(kāi)與關(guān)閉。在試驗(yàn)中運(yùn)用4個(gè)發(fā)光二極管來(lái)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(cè)模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，假如檢測(cè)到室內(nèi)溫度超過(guò)50℃則報(bào)警。溫度監(jiān)測(cè)電路采納DS18B20溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。DS18B20運(yùn)用1-Wire技術(shù)，具有線路簡(jiǎn)潔，精度高、體積小、低功耗等特點(diǎn)。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(cè)模塊電路。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控室內(nèi)狀況，用戶(hù)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)視察室內(nèi)的狀況。視頻監(jiān)控采納用一般USB攝像頭實(shí)現(xiàn)。3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(yùn)用Boa,視頻服務(wù)器運(yùn)用Servfox5,這是兩款Linux下的開(kāi)源軟件，將源碼進(jìn)行適當(dāng)修改就可以移植到嵌入式系統(tǒng)中。3.2驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)用戶(hù)進(jìn)程是通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)文件限制硬件，對(duì)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(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主要工作就是編寫(xiě)子函數(shù)，并填充file_operations結(jié)構(gòu)體的各個(gè)域。步進(jìn)電機(jī)、LED和溫度傳感器DS18B20都是通過(guò)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序?yàn)槔f(shuō)明Linux驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程，詳細(xì)步驟如下：（1）編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序源代碼，將程序源文件motor.c,添加到內(nèi)核的drivers/char書(shū)目下。（2）編輯drivers/char書(shū)目下的配置文件Kconfig,添加如下內(nèi)容：configMOTORtristate"MotorDriver"（3）在char書(shū)目下打開(kāi)Makefile,添加obj-$（CONFIG_MOTOR）+=motor.o（4）在內(nèi)核書(shū)目下執(zhí)行makemenuconfig吩咐，進(jìn)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(dòng)模塊。在char書(shū)目下產(chǎn)生motor.ko的文件，即所需的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。通過(guò)NFS方式傳到開(kāi)發(fā)板上。（6）加載驅(qū)動(dòng)模塊，執(zhí)行insmodmotor.ko.（7）建立文件節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行mknod/dev/MOTOR_Driverc2280.3.3實(shí)現(xiàn)基于Web的遠(yuǎn)程監(jiān)控智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)Web服務(wù)器為用戶(hù)供應(yīng)簡(jiǎn)潔，美觀的操作界面。網(wǎng)絡(luò)限制部分包括登錄界面、用戶(hù)認(rèn)證、主界面、門(mén)窗限制、照明限制、溫度監(jiān)測(cè)及視頻監(jiān)控。用戶(hù)認(rèn)證是通過(guò)CGI程序?qū)崿F(xiàn)的。首先在登錄界面中運(yùn)用HTML語(yǔ)言添加表單：<formmethod="post"action="/cgi-bin/logon.cgi">用戶(hù)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(huì)通過(guò)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?hù)名和密碼進(jìn)行認(rèn)證。用戶(hù)認(rèn)證界面如圖7所示，門(mén)窗限制界面如圖8所示。運(yùn)用表單在網(wǎng)頁(yè)中添加2個(gè)按鈕，分別限制門(mén)窗的打開(kāi)和關(guān)閉。對(duì)應(yīng)的CGI程序調(diào)用步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序，限制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，模擬門(mén)窗限制。照明限制界面如圖9所示，在網(wǎng)頁(yè)中添加4個(gè)復(fù)選框，分別配有4個(gè)發(fā)光二極管。對(duì)應(yīng)的CGI程序調(diào)用LED的驅(qū)動(dòng)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(dòng)程序，讀取溫度傳感器的值，然后計(jì)算溫度，最終返回一個(gè)網(wǎng)頁(yè)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(yè)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(gè)按鈕限制視頻服務(wù)器的打開(kāi)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(tái)的設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了嵌入式Linux操作系統(tǒng)在S3C2440微處理器平臺(tái)上的移植。編寫(xiě)了步進(jìn)電機(jī)、發(fā)光二極管