基于ARM的WIFI無線網絡在智能家居監控中的應用

摘 要：本文研究和設計了一種應用于ARM的WIFI無線網絡在智能家居監控中的系統設計方案。該方案比GPRS無線傳輸方案傳輸數據速度高，且WIFI數據傳輸免費；該方案比紅外線傳輸數據在家庭內不受位置（障礙物）限制。GPRS、紅外線方案可以傳輸視頻、音頻數據等大格式數據；更易于現實本地控制及遠程控制。

關鍵詞：WIFI；遠程監控；智能家居

中圖分類號：TP273.5；TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 12-0000-01

本文研究和設計了一種應用于智能家居環境中的本地及遠程自動監控系統方案。該方案有火情檢測報警、有害氣體檢測報警、自行控制水電氣的通斷、自行調節室內空氣溫度和濕度、自行控制家用電氣的開關、安全防范與報警、遠程住戶控制等特點。子系統傳輸數據通過WIF模塊傳輸至無線路由器所組成的局域網，再把數據傳輸至本地控制端（PC、手機、平板電腦等智能終端）或通過無線路由器傳輸至英特網后傳輸遠程監控端（PC、手機、平板電腦等智能終端）。用戶通過監控終端安裝上的軟件發出命令，經無線路由器把數據發送到目的電器設備WIFI模塊，再傳輸給ARM芯片，ARM通過對命令的處理，啟動相應操作完成用戶給出的命令并向主機回復應答，主機收到應答后，通過WIFI模塊發出回復數據，報告用戶完成命令。系統安全可靠，性能穩定。該方案充分利用家庭路由器組建了數據傳輸網絡，又利用了現有成熟硬件平臺如PC、平板等構成監控終端，只需要根據需求編寫相應監控軟件?？傮w方案如圖（1）所示。

圖1 總體控制方案

一、硬件設計

（一）監控終端。遠程和本地終端軟件，操作方法相同。監控終端是建立在如PC、平板電腦、智能手機等成熟的硬件平臺的基礎以上，可靠性高，所要做的工作就是根據需求及硬件條件開發出相應的應用程序。應用程序要做到檢測各子系統硬件、各重要數值修改（如瓦斯報警值）、配置設備信息（如瓦斯分系統WIFI參數）、各硬件時間同步、實時監控并對重要告警的記錄生成日志文件和顯示等功能。

（二）窗簾控制系統。可以進行定時、遙控、場景、集中、遠程等多種方式控制。其原理為通過室內、外光照度傳感器得到室內外光照度，結合當前時間由LPC1758芯片處理驅動電機帶動窗簾開啟與關閉。

（三）燈光控制系統。通過無線遙控及網絡異地實現家庭照明的集中、遠程等智能化控制，改變傳統手工操作的不便。其原理為紅外線接收器接收數據傳輸給LPC1758，解析出數據點亮或關閉相對應的燈具。

（四）智能安防系統。家中安裝一些專業的報警探測器及監控設備?？梢愿鶕煌目刂茀^域實施防盜、防劫、防水、防燃氣泄漏等不同類型的報警，并快速通知到相關人員。主要通過安置多個煙霧傳感器對火災監測，有火測警報；安置門窗防裝紅外線傳感器對出入監測，在規定條件下發出警報并通知遠程終端；安置瓦斯傳感器對燃氣監測，若有燃氣泄露達到規定濃度系統關閉燃氣，并通過溫度、濕度控制系統中的排氣扇。

圖2 智能安防系統

二、軟件設計

這里軟件設計是子系統軟件設計而非用戶監控終端軟件設計。采用嵌入式Linux，具有較強的網絡數據處理能力，嵌入式linux系統的構建包括驅動編程，內核裁剪，文件系統制作，應用軟件制作等。視頻數據采集是通過V4L2完成的。使用V4L2進行視頻采集的過程主要有打開設備、設置圖片格式、分配緩沖區、讀取數據、關閉設備等步驟。在正確打開設備后，對設備進行的操作主要通過Linux的ioctl系統調用完成。通過傳遞不同的命令參數以及不同的結構體數據，可以對設備的視頻采集方式、采集的數據格式、圖像大小等屬性進行設置。

（一）嵌入式系統Linux的移植與分析。（1）編寫對應的驅動程序，驅動程序是內核中面向硬件層的程序，這些程序為上層軟件提供抽象函數接口，通過這些函數接口可以間接地控制硬件，因此首先要將目標驅動編寫出來；（2）裁剪內核，將編寫好的底層驅動程序加入到內核程序中后，需要通過make menueonfig軟件對其進行配置，將需要的驅動加入到內核配置單里，通過make zImage制作出內核鏡像；（3）制作文件系統，利用busybox工具制作文件系統；（4）將做好的內核和文件系統燒寫到ARM硬件的對應區域，開機成功啟動后配置目標板的FTP協議。

（二）系統與任務構架結構。系統硬件層的驅動編寫到Linux驅動中進行相應硬件操作，定時執行，系統層和抽象層將底層的硬件抽象成為接口使用，上層的軟件使用接口操作硬件執行任務。任務的優先級由右向左依次降低，最頂層的任務是反饋調節任務位于基本任務之上。

（三）系統安全策略

為避免他人惡意控制家具，在系統中加入了對應的密碼服務，系統將會識別對應的手機號，對應的密碼，識別之后才會執行對應的操作，否則將會記錄惡意短信發送方的手機號碼，以備調查之用。

三、結束語

本智能家居系統安全可靠，性能穩定，提供廣泛的信息交互功能，優化居住環境，實現了對家電、防盜報警、環境、設備等控制，實現了遠程控制功能，與其他系統的一大區別是，應用了現有成熟硬件技術平臺使系統開發周期大為減少，可靠性提高。

參考文獻：

[1]林新霞，郭建輝.傳感器技術發展與前景展望[J].工業儀表與自動化裝置，2011（02）：107-111.

[2]沙占友.集成化智能傳感器原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2004.