摘  要： 為了實現(xiàn)智能安防系統(tǒng)人機界面的友好性和提高人機交互效率，采用三星S3C6410為核心的硬件平臺和以嵌入式Linux系統(tǒng)為核心的軟件平臺，并在此基礎(chǔ)上使用開放源代碼的圖形界面庫Qt和處理視頻模塊的Linphone庫，開發(fā)了智能安防系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)。經(jīng)測試，基本上達到了設(shè)計要求，并在跨平臺性、可擴展性等方面得到了顯著提高。
關(guān)鍵詞： Linux；Qt；Linphone；家居安防系統(tǒng)

　電子信息技術(shù)、集成電路技術(shù)、通信技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，帶動了一系列現(xiàn)有電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代。家居安防系統(tǒng)終端由最簡單的點擊按鍵到集成模塊的出現(xiàn)，由普通的液晶顯示到觸摸顯示的實現(xiàn)，極大地方便了用戶的使用。在當前的安防系統(tǒng)中，為了使用戶更好地實現(xiàn)與系統(tǒng)的交互，達到系統(tǒng)控制的現(xiàn)代化、智能化、人性化，需要一個操作簡單、運行可靠、占用資源少的人機交互界面。
　從20世紀90年代開始，嵌入式系統(tǒng)就開始引入圖形化的用戶設(shè)計系統(tǒng)。目前在嵌入式界面設(shè)計中，比較流行的有MiniGUI[1]、Qt\Embedded[2]、OpenGUI[3]等。但相比較而言，Qt[4]是一個跨平臺的C++圖形界面應(yīng)用程序框架，它實際上是一個類庫，里面包括了大量的重要類，完全面向?qū)ο?，擁有良好的擴展性與穩(wěn)定性，并支持模塊化編程。在設(shè)計界面的過程中，可以充分利用Qt高度面向?qū)ο蠛湍K化的特征，從繁瑣的X編程中解脫出來，專注于程序本身的內(nèi)容，這樣使在Linux系統(tǒng)下界面設(shè)計成為一件非常輕松的事。且現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的4.7版本支持界面設(shè)計與編寫代碼分開的設(shè)計模式，可以極大地方便開發(fā)人員設(shè)計相對性能更高的界面，大大地提高了開發(fā)周期。更重要的是，這樣的設(shè)計理念，可以為產(chǎn)品的后期維護提供極大地保障。
本文基于此提出了在嵌入式Linux系統(tǒng)下，基于Qt和Linphone[5]庫的安防系統(tǒng)的開發(fā)，其中Qt主要要求設(shè)計界面簡單的通信，Linphone主要用來對視頻的處理，而把三星S3C6410作為該系統(tǒng)的控件器兼處理器。
1 硬件組成及工作原理
　本方案的硬件開發(fā)平臺主要由終端機、攝像頭、電話機、管理中心、大堂主機、路由器、智能家居模塊、防區(qū)模塊等組成，具體如圖1所示。

　其中終端機采用ARM11架構(gòu)的S3C6410作為處理器，其上的顯示屏采用彩色數(shù)字TFT-LCD，觸摸屏為數(shù)字電阻式，且它們的大小為10寸、分辨率為1 000×600。攝像頭通過USB接口與終端機連接，完成視頻圖像的采集，實現(xiàn)可視功能。電話機通過RVVP6X0.5屏蔽線與終端機連接，完成音頻的采集，實現(xiàn)對講功能；防區(qū)模塊主要獲取用戶比較感興趣的信息，如門禁信息、報警信息、煙霧信息等；智能家居模塊主要包含燈光、電視、窗簾、電源、煤氣等模塊。最后終端機通過交換機分別與大堂主機、管理中心連接，前者可以實現(xiàn)呼叫室內(nèi)終端機、管理中心、門禁開鎖等功能，后者主要用來統(tǒng)一管理各終端機、大堂主機等。智能家居模塊和防區(qū)模塊是終端機主要處理的信息模塊，也是終端機界面將要顯示與交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容，本文分別設(shè)計了與其連接的無線接收與有線接收。無線采用WiFi協(xié)議進行連接，有線采用RVV3X0.5屏蔽線進行連接。
由于終端機直接與用戶接觸，它的好壞直接影響到安防系統(tǒng)的接受度，所以本文主要介紹終端機的界面顯示與通信模塊。
2 軟件設(shè)計與實現(xiàn)
2.1 功能模塊
　整個終端系統(tǒng)的軟件部分如圖2所示，采用3層模型的設(shè)計思想，主要利用Qt提供的信號與槽機制來實現(xiàn)，在顯示部分，采用Qt的Model/View[6]模型，它類似于Smalltalk的MCV模型，即數(shù)據(jù)、控制、顯示分開處理。View是Model對象的屏幕顯示，即用來顯示數(shù)據(jù)，Model是應(yīng)用程序?qū)ο螅鼘ν獠繑?shù)據(jù)和View對象進行溝通，引入的Delegate用來定制數(shù)據(jù)項的渲染和編程。

　第1層為主控層：主控層包含1個主界面。它是一個管理程序，負責(zé)對其他各個功能部分的管理協(xié)調(diào)以及和外部通信。在主界面，除了包含第2層的功能圖標外，還包含時間顯示功能，方便用戶查看實時時間，另外，還設(shè)計一個報警信息圖標，顯示當前新產(chǎn)生的防區(qū)信息數(shù)。
第2層為功能層：該層主要有5個功能界面組成，呼叫、報警、設(shè)置、門禁和對講界面。（1）呼叫界面主要用于呼通對講，除了具有一般的呼叫功能外，還設(shè)計了群呼的功能，當群呼成功后，整幢樓的所有分機均響鈴；（2）門禁信息界面主要顯示一些與門禁相關(guān)的信息，如刷卡開鎖、無效刷卡、控制開鎖（分機或管理機）等；（3）報警信息界面，主要用來顯示一些報警信息，如報警時間、報警設(shè)備號、報警類型等；（4）對講信息界面，主要用來顯示一些呼叫相關(guān)的信息，如呼叫時間、呼叫方、是否接聽等；（5）設(shè)置界面，主要用來設(shè)置一些與系統(tǒng)的控制顯示信息，具體有7項相關(guān)內(nèi)容。
　第3層為細節(jié)層：該層主要是設(shè)置界面的子界面，主要分為7個部分，分別是功能設(shè)置、時間設(shè)置、視頻調(diào)節(jié)、鈴聲設(shè)置、觸摸校準、鈴聲設(shè)置、密碼設(shè)置，默認顯示的是系統(tǒng)功能設(shè)置界面。
2.2 主要模塊設(shè)計
2.2.1 視頻模塊
　視頻模塊主要完成對視頻的捕獲和對視頻的播放兩部分功能。
　視頻捕獲流程如圖3所示，首先打開攝像頭設(shè)備，然后設(shè)置視頻信道，初始化設(shè)備信息，接著調(diào)用Linphone庫中的viewCam_start（）開始捕獲視頻，當捕獲完成后，關(guān)閉設(shè)備。當需要停止捕獲視頻時，調(diào)用庫中的viewCam_stop（）來完成。

　視頻的播放主要通過調(diào)用自定義的Video_Play來實現(xiàn)，具體的流程如圖4所示。首先進行相關(guān)變量的初始化，然后調(diào)用Qt庫中QFile變量avi_file的open（）方法獲取播放文件，接著調(diào)用Linphone庫中的ms_snd_card_manager_get_card（）初始化播放管理器，然后再分別調(diào)用avi_start（）和avi_set_audio_level（）播放文件和設(shè)置音量。另外，在需要停止的時候，調(diào)用庫中的avi_stop（）即可實現(xiàn)。
2.2.2 通信模塊
　該模塊主要接收來自防區(qū)設(shè)備的實時信息。但在Qt中并沒有特定的串口控制類，現(xiàn)在大部分使用的是第三方寫的QExtserialport類，在此采用Qt提供的線程控制類和其特有的信號與槽機制并結(jié)合SELECT[7]機制來完成通信功能。
Select機制可以使進程檢測同時等待的多個I/O設(shè)備，當沒有設(shè)備準備好時，Select阻塞，其中任一設(shè)備準備好時，Select就返回，Select的原型為：
int select（int nfds，
        fd_set*readfds，fd_set*writefds，fd_set*exceptfds，
        const struct timeval*timeout）
在本系統(tǒng)中，首先調(diào)用Select的FD_SET、FD_CLR和FD_ERROR 3個宏設(shè)置描述符屏蔽位，然后再調(diào)用Select后，使用FD_ISSET檢測文件描述符fdset中對應(yīng)于文件描述符fd的位置是否被設(shè)置。如果被設(shè)置，則開始接收數(shù)據(jù)。
由于數(shù)據(jù)來自不同的I/O設(shè)備，定義通信協(xié)議如圖5所示。

2.3.2 終端通信測試
　為了測試通信的運行效果，在此輸入如下的報警命令：f8 0c 07 01 0c 01 0d 06 0a 01 02 39。其中，f8表示接收信息的數(shù)據(jù)頭，0c表示該數(shù)據(jù)的長度為12字長，07表示從防區(qū)接收報警信息，01 0c 01 0d 06 0a 01 02表示接收來自防區(qū)號為12的分機1306A向1201的主機發(fā)出的報警命令，39表示檢驗碼。最后的效果圖如圖8所示，即表示終端接收到了一條報警信息。
　本文針對當前安防系統(tǒng)中界面人機互動的需要，設(shè)計了嵌入式硬件平臺，并利用目前比較流行的Qt庫設(shè)計了界面，在此基礎(chǔ)上，采用Select通信機制實現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)通信，采用第三方庫Linphone實現(xiàn)了視頻模塊的開發(fā)。該系統(tǒng)在實現(xiàn)用戶的界面需要、節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)周期、提高系統(tǒng)可維護性、界面友好性、可移植性等方面，與傳統(tǒng)的界面設(shè)計方法相比，都具有明顯的優(yōu)勢。并對在嵌入式Linux系統(tǒng)下使用Qt/Embedded開發(fā)其他嵌入式GUI程序具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻
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