基于Linux的智能家居研究與實現(xiàn)

萬劍鋒　謝陳龍　鄭聰

【摘 要】智能家居通常由住宅、視頻監(jiān)控、無線節(jié)點、服務器、客戶端以及網(wǎng)關六大部分組成。本文針對這幾部分，提出了以S5PV210處理器為核心的嵌入式智能家居項目的實現(xiàn)方案。

【關鍵詞】智能家居； 視頻監(jiān)控； S5PV210； Zigbee

1 總體設計方案

本系統(tǒng)由室內終端和遠程客戶端兩部分組成。終端采用基于Linux的嵌入式系統(tǒng)， 系統(tǒng)分為硬件平臺和軟件平臺兩部分，其中硬件平臺由處理器和外圍設備組成 ，而軟件平臺由嵌入式操作系統(tǒng)和應用軟件組成[1]，客戶端采用Android應用程序。在應用程序登錄賬戶后可對系統(tǒng)進行訪問與控制，整個系統(tǒng)是基于B/S架構模型設計。

2 硬件設計

2.1 系統(tǒng)主控

本系統(tǒng)以S5PV210芯片作為系統(tǒng)的控制核心，S5PV210采用了ARM CortexTM-A8內核，ARM V7指令集，主頻可達1GHZ，64/32位內部總線結構。提供了外設有存儲控制器、NAND Flash控制器、攝像頭接口、USB 控制器等。

2.2 傳感器采集與控制節(jié)點

該方案涉及傳感器有DHT11溫濕度傳感器、MQ-5煤氣傳感器和HC-SR501釋熱傳感器。控制節(jié)點有窗簾電機和RGB-LED，無線傳輸部分采用TI公司的CC2530F256芯片，運行Zstack協(xié)議棧實現(xiàn)自動組網(wǎng)。該芯片基于8051內核，因此該芯片也能與傳感器或電機相連，使該模塊既作無線傳輸節(jié)點，也作設備控制節(jié)點。

2.3 射頻卡模塊

射頻部分采用MF RC-522 RFID射頻模塊，該模塊是應用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片，是推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，可通過UART或者SPI進行控制與傳輸。

2.4 GSM通信模塊

GSM通信頻譜效率高，接口開放，GSM標準所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且報刊網(wǎng)絡直接以及網(wǎng)絡中個設備實體之間。通過鑒權、加密和TMSI號碼的使用，達到安全的目的。

2.5 視頻監(jiān)控

本系統(tǒng)以OV9650作為采集攝像頭，該攝像頭具有130萬像素，分辨率高達1280x1024，具有標準的SSCB接口和10bit數(shù)據(jù)接接口[3]。由于S5PV210內部有攝像頭接口外設，因此可直接與攝像頭接口對應引腳連接。極大提高了圖像采集速率。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 Linux系統(tǒng)移植

構建嵌入式Linux系統(tǒng)需要在PC機搭建交叉編譯環(huán)境、交叉編譯bootloader、剪裁和交叉編譯系統(tǒng)內核、制作根文件系統(tǒng)。

搭建交叉編譯環(huán)境主要步驟有：1）在PC機Linux系統(tǒng)下解壓交叉編譯工具鏈源碼包。2）針對相應路徑，在/etc/profile文件里設置環(huán)境變量。

內核剪裁步驟如下：1）編輯Makefile文件。將CROSS_COMPILE =opt/host/armv4l/ bin/armv4l-un-know-linux改為CROSS_COMPILE=arm-linux。2）編譯內核make menuconfig配置Linux內核。3）創(chuàng)建內核鏡像make zImage。4）Linux內核壓縮映像zImage建立根文件系統(tǒng)。

3.2 Boa服務器搭建

Boa服務器是一種非常小巧的Web服務器，其可執(zhí)行代碼不到100KB。編譯好Boa后，對Boa做一些配置和修改。主要通過對boa.conf進行修改，配置CGI腳本存放路徑在boa.conf中用 ScriptAlias來指明，然后創(chuàng)建HTML文檔目錄、CGI 腳本目錄，最后將boa.conf放到/etc/boa 目錄下。

3.3 Zigbee協(xié)議棧移植

Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡技術，主要用于近距離無線連接。Zstack是德州儀器針對該協(xié)議棧開發(fā)的一套半開源的協(xié)議棧，通過移植該系統(tǒng)源碼到CC2530即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、加密及自動組網(wǎng)等一系列功能。

4 Android客戶端設計

4.1 Android客戶端功能

Android客戶端通過與服務器端進行數(shù)據(jù)交互完成如下功能：（1）獲取溫、濕度、可燃氣體濃度等信息并實時更新顯示；（2）查看當天溫、濕度圖表信息；（3）控制房間內的燈光以及窗簾；（4）查看實時監(jiān)控視頻；（5）控制防盜系統(tǒng)的開關。

4.2 HelloCharts開源圖表庫移植

hellocharts-android是一個可以運行的Android 2.2+上的charts/graphs類庫，一小部分類型的圖表具有動畫效果。hellocharts-android在具有硬件加速的Android系統(tǒng)上運行效果最好。性能好，功能完善，UI風格美觀，坐標軸精細，適合用于展示各種圖表信息。

源碼下載地址https：//github.com/lecho/hellocharts-android

4.3 移動圖像監(jiān)測

通過http方式訪問服務器，使用WebView加載網(wǎng)頁的方式顯示實時圖像信息。

5 結束語

本系統(tǒng)采用嵌入式Linux作為平臺，使得系統(tǒng)便于開發(fā)、測試和升級。經(jīng)實際制作與測試，該系統(tǒng)完全實現(xiàn)上述各項功能，并滿足現(xiàn)代家庭生活需求。

【參考文獻】

[1]童耀南，陳松，李春來.基于GPRS的智能家居無線監(jiān)控系統(tǒng)設計[J].湖南理工學院學報，2011，24（1）：72-75.

[2]郭美青.基于J2EE架構的車輛監(jiān)控WebGIS系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學，2008.

[3]李述良，陳超，謝兆鴻.基于嵌入式實時無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J]. 武漢工業(yè)學院學報，2010，29（4）：49-53.

[責任編輯：張濤]