互聯網背景下嵌入式智能家居遠控系統的設計與應用

張 葉

（晉中職業技術學院機電工程系，山西 晉中 030600）

0 引言

家庭網絡系統是指在照明、燃氣、供暖等各種信息設備之間建立交互網絡。更具體地說，是指建立信息設備之間通過有線/無線網絡進行內部和外部通信，并使用internet進行互聯的環境。智能家庭網絡是一種強調智能的家庭網絡概念，通過將智能賦予家庭系統和功能，使我們的生活更加方便、安全、快樂、舒適。智能家庭網絡產業是現有電子控制與有線/無線通信相結合的產物，與家電、電信、建筑等各行業具有很強的互聯性，預計將產生顯著的連鎖反應[1-2]。

先進的電子控制系統和通信系統是發展智能家庭網絡的必要條件。智能家庭網絡采用嵌入式電子控制系統，稱為嵌入式系統。嵌入式系統為執行一種或多種功能而設計的計算機系統。嵌入式系統由一個或多個核心組成，這些核心通常是微控制器或數字信號處理器。因此，開發家庭網絡系統是非常必要的。隨著科學技術的發展，智能視頻監控也在興起，以往單純、簡單的錄音圖像信息監控系統已經不能滿足日益增長的需求。所以，本文一種基于視頻監控技術的控制系統，特點在于，這項工作選取S3C2440 ARM9微處理器、嵌入式操作系統以及USB攝像頭共同打造了完整的家庭視頻監控系統的設計思路。

1 系統架構

視頻監控系統是由微處理器和攝像頭以及一些必要的外圍組件組成的，種類多樣的傳感器如同人體的皮膚一樣，感受不同的物理型號，并將其轉化為電信號，不斷監控和感知家庭信息，當這些傳感器終端檢測到異常值之后，他們會作出反應，也就是會將出現異常波動的部件圖像（視頻）進一步傳輸到位于云端的服務器中，但是考慮到傳輸的便捷性以及視頻的大小，在正式通過Web傳輸之前，需要將視頻編碼壓縮，這樣壓縮之后的視頻再進行總線上傳。上傳到云端的視頻可以被用戶以各種形式去查看、翻閱，當然也可以作出相應的執行動作。如圖1所示。

圖1 系統架構

2 系統硬件平臺設計

本設計的硬件平臺包括頻率為400MHz的三星S3C2440A處理器，最高頻率達533MHz。64MB的SDRAM存儲器，32位數據總線時鐘頻率高達100MHz。64M Nand閃存，帶有2M Nor閃存。一個100M以太網rj -45接口（DM9000網絡芯片），一個串行端口，一個USB主機A端口，一個USB從B型接口，一個2.0mm pitch 10 pin Jtag接口，一個PWM蜂鳴器。GF- 5000 WGPRS使用GPRS模塊，這是一個高度集成的緊湊設計，GPRSClass 10 GSM900 / DCS 1800支持雙頻多槽功能，支持電路切換語音和短信服務，并增強GSM07.07命令集。mc - 112催化傳感器以及熱釋電紅外傳感器（LHi770）也被選用。

3 系統軟件平臺

整個系統包括硬件層和軟件層兩部分，以及應用層。

3.1 交叉編譯環境和引導程序

為了進一步實現該系統的功能，Linux操作系統安裝在主機目標板上，并進行程序編譯。

3.2 內核切割與移植

本文移植Linux內核版本2.5.6，首先在官方網站上下載內核源代碼tarball Linux -2.6.25.8.tarbz2。具體的包括以下兩個部分：首先，修改根目錄下的Makefile文件，設置targe平臺arm，開發交叉編譯器arm-linux。其次，內核目錄下的S3C24XX innit時鐘（16934422）到S3C24XX innit時鐘（12000022）作出修改，我們的開發板用crystal 12MHz。對要修改的機器碼在arch/ arm tools/ mach-type文件中，s3c2440機器碼由362改為168。上述兩步完成后，被保存在界面菜單中，系統配置修改內核源代碼提供了一個基于每個平臺配置，最終的保存配置文件。

3.3 建立根文件系統

首先下載最新的Busybox源代碼，創建進程的最新穩定版本為Busybox -1.19.2，文件系統是非常重要的，在這項工作中，文件系統包含以下六個重要的步驟：

第一個步驟，需要對編譯工具進行編譯、安裝以及生成文件目錄下指定的架構的修改。通過“用于生成菜單”的命令進入下一個菜單界面配置相應的修改版本，執行make命令來編譯后，最后，安裝修改版本即可。第二步，要創建一個空目錄，將三個安裝文件復制到根目錄。第三步，需要在上一步的文件夾中建立配置文件。第四步，在目錄庫中添加一個通用庫文件。第五步，在dev/目錄中創建兩個靜態設備節點。在此基礎上，可以進行最后一步，即使用工具創建文件系統鏡像，然后讓程序在閃存中寫入文件系統鏡像。

3.4 USB攝像頭驅動程序

本文所使用的的軟件體系結構（Linux）主要的結構是包含三個部分，這三個部分風別有不同的功能，其中包含了主機控制器驅動程序、傳輸部分的驅動程序以及用戶端口的驅動程序。特別地，對于攝像頭驅動程序，主要是視頻圖像捕捉，其主要的數據結構的關鍵部分如下圖2所示。

圖2 USB攝像頭數據結構的關鍵語句

可選的動態模式驅動程序模塊是load，使menuconfig在Linux內核目錄下。首先選擇Linux視頻下的多媒體設備；然后下一個usb目錄選擇usb支持，并選擇usb攝像頭ZC301p支持，也保存。完成make dep、make zImage、make modules命令后將生成cam301p。o文件在/驅動程序/ usb，并生成新的內核文件系統。最后用新內核insmod cam301p引導系統。運行文件，可以顯示攝像頭驅動程序已成功加載。

3.5 GPRS無線通信

本系統為了實現無線傳輸，首要的是實現數據包的有效上傳，具體的，可以利用IP協議包將GPRS模塊鏈接到網絡中并通過路由器連接到互聯網上。GPRS模塊的最終實現鏈接需要PPP協議支持，在嵌入式linux操作系統中，應用程序移植和撥號腳本編寫。系統是通過撥號連接建立一個點，以便發送數據包。然后配置撥號端口，最后調用ppp在撥號器腳本文件，以實現相同的服務器會話和無線訪問。

3.6 嵌入式Web服務器

本系統的目標之一是要實現BOA，但是無法直接實現，所以需要對其進行一定的優化和修飾。我們可以通過.conf以及mime來進行修改。在實際的操作過程中，需要利用公共網關接口文件擴展名和應用程序網絡關聯/類型；配置公共網關接口的腳本存儲，在腳本別名文件中指定，然后創建HTML文檔。之后，在系統運作過程中，互聯網服務器收到請求后，瀏覽器發送的參數可以進一步傳遞給網關程序，其處理完成后，HTML頁面代碼被寫入，并定向標準輸出，這樣就可以實現用戶的實時動態可視對接與操作。

4 結束語

綜上所述，我們可以看出，開發家庭網絡系統是非常必要的。隨著科學技術的發展，智能視頻監控也在興起，以往單純、簡單的錄音圖像信息監控系統已經不能滿足日益增長的需求，本文基于ARM9硬件平臺、嵌入式Linux軟件平臺，同時利用圖像處理技術和“互聯網+”技術，設計一個方便實用的嵌入式視頻監控系統，介紹了建立軟件和硬件平臺的過程及關鍵技術，為最終實現建立家庭智能監控系統滿足家庭的需要，提供可行的技術方案。