基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

岳宏偉 伍軍

摘 要：隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展和高速寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控已為人們廣泛接受，嵌入式網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)正是在此條件下逐步發(fā)展成熟起來(lái)的。本系統(tǒng)采用MCU（S3C2440）作為主控器件，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成。本設(shè)計(jì)完成了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)其開(kāi)發(fā)過(guò)程的系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試，根據(jù)開(kāi)發(fā)的實(shí)際需要，相互協(xié)調(diào)、交叉，有機(jī)的進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能。

關(guān)鍵詞：嵌入式 網(wǎng)絡(luò) 智能 監(jiān)控

中圖分類號(hào)：T31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（c）-0017-02

智能家居控制系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)，有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。而且，隨著新技術(shù)和自動(dòng)化的發(fā)展，傳感器的使用數(shù)量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)，各種傳感器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化這給智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供極大方便。

本設(shè)計(jì)應(yīng)完成利用本地瀏覽器通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)訪問(wèn)S3C2440開(kāi)發(fā)板上Linux平臺(tái)下的Boa服務(wù)器，然后再調(diào)用CGI程序來(lái)完成對(duì)LED燈的控制或獲取其實(shí)時(shí)狀態(tài)，完成對(duì)攝像頭的控制，完成獲取當(dāng)前環(huán)境的實(shí)時(shí)溫度和實(shí)時(shí)濕度信息。這些控制和信息的反饋都是在Web頁(yè)面來(lái)交互完成。并通過(guò)此設(shè)計(jì)來(lái)模擬一個(gè)真實(shí)可行的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖

本系統(tǒng)是單片機(jī)在系統(tǒng)檢測(cè)以及工程控制方面的應(yīng)用，其特點(diǎn)是體積小，成本低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳機(jī)種之一，它已廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品智能化和工業(yè)自動(dòng)化上。而把單片機(jī)面向工控領(lǐng)域?qū)ο螅度氲焦た貞?yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)嵌入式應(yīng)用的計(jì)算機(jī)稱之為嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱嵌入式系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如圖1所示。

在此系統(tǒng)框圖中，S3C2440開(kāi)發(fā)板是整個(gè)系統(tǒng)的核心，所有功能的執(zhí)行都是通過(guò)該開(kāi)發(fā)板來(lái)執(zhí)行的；CGI接口可以使得用戶和Boa服務(wù)器之間進(jìn)行交互和數(shù)據(jù)的傳遞；Boa服務(wù)器在此作為Web服務(wù)器；瀏覽器作為用戶的終端用于控制LED燈、溫濕度傳感器和攝像頭模塊。

2 硬件方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的開(kāi)發(fā)板具有由韓國(guó)三星公司推出的32位RISC微控制器s3c2440，其CPU采用的是ARM920T內(nèi)核。

具有16KB指令Cache、16KB數(shù)據(jù)Cache和存儲(chǔ)器管理單元MMU，指令高速存儲(chǔ)緩沖器（I-Cache），數(shù)據(jù)高速存儲(chǔ)緩沖器（D-cache）提高指令執(zhí)行效率及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率，減少主存帶寬和響應(yīng)性帶來(lái)的影響，加強(qiáng)的ARM體系結(jié)構(gòu)MMU，用于支持winCE、linux等操作系統(tǒng)，內(nèi)部高級(jí)微控制總線（AMBA）體系結(jié)構(gòu)（AMB2.0，AHB/APB）。

此微處理器為手持設(shè)備和一般類型應(yīng)用提供了低價(jià)格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。因此特別適合應(yīng)用于本設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)。

3 軟件方案設(shè)計(jì)

3.1 軟件功能框圖

本系統(tǒng)主要是通過(guò)用戶利用遠(yuǎn)程登錄來(lái)控制此系統(tǒng)的，用戶的各種操作都是通過(guò)外地Web瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)的功能框圖如圖2所示。

3.2 軟件設(shè)計(jì)方法

在本系統(tǒng)中軟件部分分為：嵌入式Web網(wǎng)頁(yè)、嵌入式CGI（公共網(wǎng)關(guān)接口）、MJPG-STREAMER的移植、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝。

本系統(tǒng)中的嵌入式Web網(wǎng)頁(yè)的設(shè)計(jì)方法和傳統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)一樣，都是通過(guò)HTML語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)的。Web網(wǎng)頁(yè)分為：登錄網(wǎng)頁(yè)login.html用于驗(yàn)證登陸者的信息，如果是合法的用戶則可進(jìn)入本監(jiān)控系統(tǒng)；主界面home.html用于顯示本監(jiān)控系通的各個(gè)子系統(tǒng)，如：LED控制系統(tǒng)，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)；LED控制系統(tǒng)頁(yè)面function1.html用于控制LED燈的亮滅和顯示當(dāng)前LED燈的亮滅；溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)頁(yè)面function2.html用于實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境的溫度和濕度。

本系統(tǒng)中的嵌入式CGI（公共網(wǎng)關(guān)接口）程序是通過(guò)C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)的。CGI程序都是通過(guò)C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)的，分為：驗(yàn)證登錄者的信息login.c；讀取LED狀態(tài)led.c；LED的初始化ledinit.c；獲取溫度get_temperature.c；獲取濕度get_humidity.c。

本系統(tǒng)中的視頻服務(wù)器是通過(guò)將開(kāi)源項(xiàng)目MJPG-STREAMER適當(dāng)修改并移植到開(kāi)發(fā)板上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。mjpg-streamer是一個(gè)很好的開(kāi)源項(xiàng)目，用來(lái)做視頻服務(wù)器，使用的是v4l2的接口。在這里通過(guò)將其顯示頁(yè)面做適當(dāng)?shù)男薷木湍茏兂勺约旱囊曨l服務(wù)器，然后通過(guò)交叉編譯arm-linux-gcc編譯后，再下載到S3C2440開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行。

本系統(tǒng)中需要給LED燈、溫濕度傳感器和攝像頭安裝驅(qū)動(dòng)程序。在LINUX操作系統(tǒng)中是以文件的形式來(lái)管理各個(gè)硬件設(shè)備的，可以用命令ls/dev/來(lái)查看這些硬件設(shè)備。在本設(shè)計(jì)中另外使用的硬件設(shè)備的有LED燈、溫濕度傳感器和攝像頭。因?yàn)橛行┯布O(shè)備本身不自帶驅(qū)動(dòng)程序就必須給這些硬件設(shè)備添加相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序才能系統(tǒng)識(shí)別這些硬件設(shè)備。在這里我們可以通過(guò)insmod命令來(lái)插入驅(qū)動(dòng)程序，如插入LED燈的驅(qū)動(dòng)insmod gpiodriver.ko，插入溫濕度傳感器的驅(qū)動(dòng)insmod sht10.ko。

4 系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果

（1）按圖3連接好硬件，如圖3所示。

（2）在客戶終端輸入登錄網(wǎng)址：

192.168.222.66/login.html，如圖4所示。

（3）輸入正確的用戶名和密碼后進(jìn)入主界面，如圖5所示。

（4）點(diǎn)擊主界面上的LED控制系統(tǒng)，進(jìn)入如圖6所示的界面。

（5）點(diǎn)擊主界面上的溫濕度控制系統(tǒng)，進(jìn)入如圖7所示的界面。

（6）點(diǎn)擊主界面上的溫濕度控制系統(tǒng)，進(jìn)入如圖8所示的界面。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)闡述了智能家居的概念及應(yīng)用前景，對(duì)S3C2440開(kāi)發(fā)板，以及Linux操作系統(tǒng)、Boa服務(wù)器和CGI的介紹。設(shè)計(jì)中充分利用了系統(tǒng)的硬件和軟件資源，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性和通用性。通過(guò)本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能，并可在此基礎(chǔ)上添加各種不同的模塊以相同的工作原理來(lái)擴(kuò)展各種不同的功能。本系統(tǒng)具有投資少、成本低、可靠性高等特點(diǎn)，還具有良好可擴(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值，符合了未來(lái)家電的智能化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展方向。本系統(tǒng)還可以應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人值守崗位的遠(yuǎn)程控制和安全報(bào)警等。

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