摘  要： 以S3C2410為核心，以Linux操作系統(tǒng)為平臺，運用嵌入式視頻服務(wù)器設(shè)計了嵌入式智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對家庭監(jiān)控的智能化管理。同時通過GPRS和Internet實現(xiàn)了對家庭系統(tǒng)的遠程控制。
關(guān)鍵詞： ARM；Linux；GPRS；智能家居；遠程監(jiān)控

　智能家居系統(tǒng)利用多項高新技術(shù)把家電設(shè)備、家庭安全防護、家居智能化以及互聯(lián)網(wǎng)有機的結(jié)合在一起。本文闡述了基于GPRS技術(shù)、ARM嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及視頻采集與傳輸技術(shù)來實現(xiàn)智能系統(tǒng)的遠程控制。
1 總體設(shè)計
　本系統(tǒng)使用FS2410開發(fā)板、GPRS模塊以及USB攝像頭完成對現(xiàn)場的監(jiān)控功能，硬件來源于FS2410開發(fā)板自帶的資源以及相應(yīng)的傳感器模塊，如溫度傳感器、紅外傳感器等。當(dāng)溫度傳感器所測量的溫度值高于系統(tǒng)設(shè)置溫度的上限值或者紅外傳感器探測到有不法分子闖入時，則開啟相應(yīng)的報警功能、防盜功能和滅火功能，并通過GPRS模塊以短消息的形式通知用戶，及時反饋現(xiàn)場情況，等待用戶操作。同時用戶可以通過Internet異地遠程實時查看現(xiàn)場情況，并根據(jù)系統(tǒng)中定時捕獲的圖片數(shù)據(jù)以及具體情況采取不同的措施，以達到遠程控制的目的。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
　家居監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分如圖2所示，主要包括S3C2410主控制器、USB攝像頭、GPRS模塊、溫度傳感器、紅外傳感器、報警器和SD卡等。
　系統(tǒng)選用FS2410開發(fā)板作為開發(fā)平臺。由于該開發(fā)板資源豐富，考慮到系統(tǒng)的實際需求，以ARM2410內(nèi)核為重點，裁剪了必要的功能模塊，設(shè)計了家居監(jiān)控的硬件模塊。它包含S3C2410 MCU、2片32 MB NAND Flash、1片2 MB NOR Flash以及1片以太網(wǎng)控制芯片，同時還包括2路串口通信模塊、2個USB接口、1個HOST接口、1個SD卡接口和1個液晶接口等。
　攝像頭模塊采用中星微ZC301攝像頭，它最高分辨率可達640×480，圖像清晰、視頻流暢且亮度和對比度可調(diào)。通過它可以抓取實時的數(shù)據(jù)，直接通過壓縮編碼技術(shù)存儲在SD卡中，也可以把數(shù)據(jù)發(fā)送到BOA服務(wù)器中，這樣可以通過Internet查看實時情況。
　GPRS是在現(xiàn)有的GSM移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種移動分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS通信模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器和天線接口6部分組成，支持數(shù)據(jù)、短信、語音和傳真業(yè)務(wù)。該模塊在本設(shè)計中與S3C2410的UART接口1相連接。
　溫度報警器模塊是由單片機（89C52）作為主控芯片，通過RS485總線與主控制器（ARM處理器）進行通信。溫度傳感器選用Dallas公司的單線數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20。該芯片與傳統(tǒng)的熱敏電阻有所不同，它可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以供單片機處理，不需要再設(shè)計模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。此外，它還具有微型化、低功耗、高性能及抗干擾能力強等優(yōu)點。用戶可以自動設(shè)定報警的上限溫度。溫度報警器模塊如圖3所示。

　紅外監(jiān)控模塊是一種能檢測人或動物身體的紅外線而輸出電信號的傳感器。這里把它作為機器的一種傳感器來應(yīng)用。例如，在房間無人的時候，開啟自動監(jiān)控，結(jié)合攝像機或數(shù)碼照相機自動記錄動物和人的活動等。
　SD卡是一種基于半導(dǎo)體快閃記憶器的新一代記憶設(shè)備，它被廣泛地應(yīng)用于便攜式裝置，這里將其應(yīng)用于系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的快速備份。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
　系統(tǒng)的目標代碼運行在S3C2410上，選用的開發(fā)平臺是ubuntu 8.10，uboot選用的版本是0.3.2，Linux內(nèi)核選用的版本是Linux-2.6.8.1，交叉編譯器選用的是gcc-4.1.1，以Linux為嵌入式操作系統(tǒng)來進行開發(fā)。圖4為開機啟動的主進程；當(dāng)發(fā)現(xiàn)盜賊時，則進入圖5所示的防盜進程；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，則進入圖6所示的防火進程。

　系統(tǒng)中，消息的傳遞采用共享內(nèi)存的通信方式，共享內(nèi)存相比其他幾種方式有著更方便的數(shù)據(jù)控制能力，數(shù)據(jù)在讀寫過程中會更透明。當(dāng)成功導(dǎo)入一塊共享內(nèi)存后，它只是相當(dāng)于一個字符串指針來指向一塊內(nèi)存，在當(dāng)前進程下，用戶可以隨意的訪問，決定使用共享內(nèi)存的通信方式。在共享內(nèi)存中定義的協(xié)議如下：
　typedef struct
　{
　short int fireflag；//防火標志
　short int thief_start；//防盜標志
　short int fire_proofing_opt；//防火開關(guān)
　short int thief_proofing_opt；//防盜開關(guān)
　short int fire_putout_opt；//滅火開關(guān)
　short int photo_opt；//照相開關(guān)
　short int beep_opt；//報警開關(guān)
　short int message_opt；//短消息開關(guān)
　float temperature；//溫度值
　}shm_buff；
　攝像頭模塊的程序設(shè)計主要是在Linux內(nèi)核中加入對ZC301的支持。Video4Linux（簡稱V4L）是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動，它為針對視頻設(shè)備的應(yīng)用程序編程提供一系列接口函數(shù)，這些視頻設(shè)備包括現(xiàn)今市場上流行的TV卡、視頻捕捉卡和USB攝像頭等。

　溫度報警器模塊主要利用DS18B20來獲取現(xiàn)場實時的溫度值，同時和系統(tǒng)中設(shè)置的上限值（這里設(shè)置為40℃）進行比較，如果大于上限值，則執(zhí)行防火監(jiān)控進程。內(nèi)核空間通過中斷方式獲取當(dāng)前的溫度值，應(yīng)用程序通過內(nèi)核提供的copy_to_user函數(shù)來獲取溫度數(shù)據(jù)。
紅外監(jiān)控模塊主要利用了熱釋電紅外傳感器來感受外界的變化，產(chǎn)生跳變沿，從而產(chǎn)生中斷的方式，以異步的方式上報事件，進行防盜監(jiān)控。
　內(nèi)核空間的設(shè)計為：
　irqreturn_t s3c2410but_keyevent（）；
　kill_fasync（&async_queue，SIGIO，POLL_IN）；
　//內(nèi)核空間發(fā)送SIGIO信號給用戶空間
　用戶空間的設(shè)計為：
　signal（SIGIO，input_handler）；//SIGIO的信號處理函數(shù)
　fcntl（dev_fd，F(xiàn)_SETOWN，getpid（））；
　//為應(yīng)用程序指定進程為文件的屬主
　oflags=fcntl（dev_fd，F(xiàn)_GETFL）；//獲取文件描述符
　fcntl（dev_fd，F(xiàn)_SETFL，oflags|FASYNC）；
　//修改相應(yīng)的描述符，在設(shè)備中設(shè)置FASYNC異步標志
　SD卡模塊主要是利用Linux內(nèi)核提供的udev機制處理可熱插拔/動態(tài)設(shè)備，結(jié)合Linux下的linuxrc腳本文件，快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。
　為了實現(xiàn)動態(tài)Web戰(zhàn)術(shù)，本系統(tǒng)在設(shè)計中選用了支持CGI（Common Gateway Interface）技術(shù)的BOA服務(wù)器。CGI在物理上是一段程序，運行在服務(wù)器上，提供同客戶端 Html頁面的接口。
本系統(tǒng)選用SQLite數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫具有功能強大、接口簡單、速度快、占用空間小的優(yōu)點，使其比較適用于嵌入式系統(tǒng)中。SQLite主要用于BOA服務(wù)器登錄的驗證。
4 系統(tǒng)的實現(xiàn)
　本文結(jié)合GPRS、Internet以及視頻采集技術(shù)實現(xiàn)了具有豐富軟硬件資源、低成本、低功耗、便于擴展、升級及維護等特點的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。

　本文基于Linux操作系統(tǒng)，利用S3C2410為主處理器，結(jié)合GPRS以及Internet實現(xiàn)了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，各項測量數(shù)據(jù)準確，控制過程可靠，使其可以廣泛的應(yīng)用于實際生活中。
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