【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 式WEB服務(wù)器，使用戶通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)監(jiān)控地點(diǎn)服務(wù)器數(shù)據(jù)以達(dá)到智能家居視頻監(jiān)控的目的。視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖22所示：圖22 視頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 嵌入式WEB服務(wù)器隨著Internet技術(shù)的興起，在嵌入式設(shè)備的管理與交互中，基于Web方式的應(yīng)用成為目前的主流，這種程序結(jié)構(gòu)也就是大家非常熟悉的B/S結(jié)構(gòu)，即在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行一個(gè)支持腳本或CGI功能的Web服務(wù)器，能夠生成動(dòng)態(tài)頁(yè)面，在用戶端只需要通過(guò)Web瀏覽器就可以對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控，非常方便實(shí)用[10]。用戶首先需要在嵌入式設(shè)備上成功移植支持腳本或CGI功能的Web服務(wù)器，然后才能進(jìn)行應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。嵌入式Web服務(wù)器移植由于嵌入式設(shè)備資源一般都比較有限，并且也不需要能同時(shí)處理很多用戶的請(qǐng)求，因此不會(huì)使用Linux下最常用的如Apache 等服務(wù)器，而需要使用一些專門(mén)為嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)的Web服務(wù)器，這些Web服務(wù)器在存貯空間和運(yùn)行時(shí)所占有的內(nèi)存空間上都會(huì)非常適合于嵌入式應(yīng)用場(chǎng)合。典型的嵌入式Web服務(wù)器有Boa和td等，它們和Apache等高性能的Web服務(wù)器主要的區(qū)別在于它們一般是單進(jìn)程服務(wù)器，只有在完成一個(gè)用戶請(qǐng)求后才能響應(yīng)另一個(gè)用戶的請(qǐng)求，而無(wú)法并發(fā)響應(yīng)，但這在嵌入式設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)合里已經(jīng)足夠了。Boa是一個(gè)非常小巧的Web服務(wù)器，可執(zhí)行代碼只有約60KB。它是一個(gè)單任務(wù)Web服務(wù)器，只能依次完成用戶的請(qǐng)求，而不會(huì)fork出新的進(jìn)程來(lái)處理并發(fā)連接請(qǐng)求。但Boa支持CGI，能夠?yàn)镃GI程序fork出一個(gè)進(jìn)程來(lái)執(zhí)行。Boa的設(shè)計(jì)目標(biāo)是速度和安全，在其站點(diǎn)公布的性能測(cè)試中，Boa的性能要好于Apache服務(wù)器。嵌入式Web服務(wù)器的核心任務(wù)是在互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式設(shè)備之間進(jìn)行信息交互，達(dá)到通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)嵌入式設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并將反饋信息自動(dòng)上傳給主控設(shè)備的目的。在本設(shè)計(jì)的家居系統(tǒng)中，可以通過(guò)智能終端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)電腦實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 嵌入式Linux圖形界面目前，在PC機(jī)上開(kāi)發(fā)GUI（用戶圖形界面）應(yīng)用的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，開(kāi)發(fā)工具也很多，但是在嵌入式系統(tǒng)上進(jìn)行GUI開(kāi)發(fā)卻依然是個(gè)問(wèn)題，需做到既能方便地開(kāi)發(fā)各種應(yīng)用程序，又能滿足嵌入式系統(tǒng)對(duì)資源消耗的限制。QT就是這樣一款既可以實(shí)現(xiàn)快速開(kāi)發(fā)，而且能夠提供低消耗的GUI支持的軟件。QT是一個(gè)通用的嵌入式應(yīng)用的圖形軟件，具有模塊化的特點(diǎn)。它可以用來(lái)為任何使用圖像LCD的應(yīng)用程序提供一個(gè)高效的、獨(dú)立于處理器和LCD控制器的圖形用戶接口，無(wú)論是單任務(wù)系統(tǒng)還是任務(wù)系統(tǒng)，QT都可以很好地工作。QT開(kāi)發(fā)的應(yīng)用軟件的主程序中包括溫濕度傳感器模塊、紅外傳感器模塊、麥克傳感器模塊，煙霧傳感器模塊，LED蜂鳴器開(kāi)關(guān)模塊，報(bào)警信息顯示模塊。而攝像頭模塊是單獨(dú)出來(lái)的，因?yàn)閿z像頭拍攝的內(nèi)容是通過(guò)嵌入式WEB服務(wù)器顯示在主機(jī)的IE上的，不是顯示在ARM平臺(tái)的觸摸屏上，所以并不需要進(jìn)行QT編程。 智能家居系統(tǒng)的組網(wǎng)方式不同的智能家居系統(tǒng)之間是以其控制網(wǎng)絡(luò)和控制方式來(lái)區(qū)別的。目前情況來(lái)看國(guó)內(nèi)外研究和使用的智能家居系統(tǒng)品種有很多，所以智能家居系統(tǒng)也是各有千秋，但從其技術(shù)角度來(lái)看大致可分為以下四種：(1)X10協(xié)議：X10是以50Hz（或60Hz）為載波，再以120KHz的脈沖為調(diào)變波（ModulatingWave），發(fā)展出來(lái)的數(shù)位控制技術(shù)，并制定出一套控制規(guī)格，是以電力線為連接介質(zhì)對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的通訊協(xié)議。在許多國(guó)家已廣泛的應(yīng)用于家庭安全監(jiān)控、家用電器控制、室內(nèi)照明控制、背景音樂(lè)控制和住宅儀表數(shù)字讀取等方面[11]。該系統(tǒng)的特點(diǎn)有：無(wú)須布線、系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠、安全、使用方便操作簡(jiǎn)單、具有系統(tǒng)擴(kuò)展功能、產(chǎn)品價(jià)位低廉。X10以其優(yōu)良的性價(jià)比目前在中國(guó)的應(yīng)用較多；(2)總線技術(shù)：總線技術(shù)在智能家居行業(yè)當(dāng)中，也是較為廣泛的一種技術(shù)手段。消費(fèi)電子總線技術(shù) （Consumer Electronic Bus，CEBus）是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）于1984年4月開(kāi)始組織開(kāi)發(fā)出的家居網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，于1992年正式推出，并定義為IS60/EIA600標(biāo)準(zhǔn)[12]。參與研究開(kāi)發(fā)（CEBus）的公司多達(dá)幾百家，像IBM、Dell、Panasonic、Sony等都是它的會(huì)員。CEBus是一個(gè)較完整的開(kāi)放系統(tǒng)，并要求控制信號(hào)在所有的介質(zhì)中都要以相同速度（10kbit/5）傳送，從而有效的避免了信號(hào)傳輸中可能出現(xiàn)的“瓶頸”問(wèn)題。但由于CEBus接口技術(shù)比較復(fù)雜，價(jià)錢非常昂貴；(3)放射性布線系統(tǒng)：該系統(tǒng)是立足于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的一些智能家居廠商，所研發(fā)的系統(tǒng)——放射性布線系統(tǒng)。該系統(tǒng)的價(jià)格是特別適合大多地區(qū)的推廣，只是它的安裝工程相對(duì)比較復(fù)雜、只適合清水房的前期安裝、系統(tǒng)擴(kuò)展性及兼容性不是很理想；(4)無(wú)線技術(shù)：由于多數(shù)智能家居系統(tǒng)的布線工程比較費(fèi)事，所以在一些新的智能家居商家所研發(fā)的系統(tǒng)，就立足解決這個(gè)難題。目前這一問(wèn)題雖然沒(méi)有得到完全、徹底的解決，但是已經(jīng)大大減少在整個(gè)施工過(guò)程中的布線工程量，但由于它的出現(xiàn)屬于一種新的方式，所以系統(tǒng)價(jià)格就相對(duì)高一些，還有部分系統(tǒng)采用的藍(lán)牙技術(shù)，其產(chǎn)品更為昂貴[13]。無(wú)線技術(shù)由于其成本較高、易受干擾、保密性差，同時(shí)人們長(zhǎng)期生活在較強(qiáng)電磁波的環(huán)境中，對(duì)人體健康也有一定影響。該系統(tǒng)由于只是小型的設(shè)計(jì)，并未投入生產(chǎn)實(shí)用，所以并沒(méi)有花過(guò)多精力于組網(wǎng)之上，只是將各個(gè)傳感器模塊連接到核心板的擴(kuò)展端口上，并將板子用RS232串口線與主機(jī)相連即可。 系統(tǒng)組成部分介紹該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)包括：溫濕度監(jiān)控模塊、熱釋紅外監(jiān)控模塊、光譜氣體監(jiān)控模塊、聲響監(jiān)控模塊、LED蜂鳴器報(bào)警模塊、LCD觸摸屏顯示控制模塊、USB攝像頭監(jiān)控模塊。系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)如圖23所示：圖23 模塊結(jié)構(gòu)圖 溫濕度傳感器模塊該模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫濕度的監(jiān)測(cè)，選用瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的具有I2C總線接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式相對(duì)濕度和溫度傳感器SHT11芯片。該傳感器采用獨(dú)特的CMOSensTM技術(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換的特點(diǎn)。SHT11傳感器將溫度傳感器與濕度傳感器結(jié)合在一起而構(gòu)成了一個(gè)單一的個(gè)體，因而測(cè)量精度較高且可精確得出露點(diǎn)，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生由于溫度與濕度傳感器之間隨溫度梯度變化引起的誤差。CMOSensTM技術(shù)不僅將溫濕度傳感器結(jié)合在一起，而且還將信號(hào)放大器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、標(biāo)準(zhǔn)I2C總線等電路全部集成在一個(gè)芯片內(nèi)。而且它將傳感器與電路部分結(jié)合在一起，因此，該傳感器具有比其它類型的濕度傳感器優(yōu)越得多的性能。首先是傳感器信號(hào)強(qiáng)度的增加增強(qiáng)了傳感器的抗干擾性能，保證了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)完成，則降低了傳感器對(duì)干擾噪聲的敏感程度。其連接端口為開(kāi)發(fā)板上擴(kuò)展端口P1，S3C2410通過(guò)I2C接口和SHT11的相應(yīng)的數(shù)據(jù)口和時(shí)鐘口相連接，來(lái)讀取其中的溫濕度數(shù)據(jù)。 熱釋紅外傳感器模塊該模塊用來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)是否有陌生人入侵，選用美國(guó)的傳感元件——熱釋紅外傳感器。這種熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，同時(shí)，它還能鑒別出運(yùn)動(dòng)的生物與其它非生物。熱釋電紅外傳感器既可用于防盜報(bào)警裝置，也可以用于自動(dòng)控制、接近開(kāi)關(guān)、遙測(cè)等領(lǐng)域。該傳感器不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源，靈敏度高，控制范圍大，隱蔽性好，可流動(dòng)安裝，使用起來(lái)非常方便。傳感器安裝的時(shí)候，～，遠(yuǎn)離空調(diào)、冰箱、火爐等空氣、溫度變化比較敏感的地方，其探測(cè)范圍內(nèi)不得有隔屏、家具、大型盆景或其他隔離物，也不要直對(duì)窗口，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的話最好把窗簾拉上。另外，傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。其連接端口為開(kāi)發(fā)板上的擴(kuò)展端口P5，該端口為外部中斷口。當(dāng)該傳感器被觸發(fā)時(shí)會(huì)引發(fā)中斷，并點(diǎn)亮模塊上的LED指示燈。 光譜氣體傳感器模塊該模塊用來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)是否有煙霧或者有毒氣體，選用的為MQ2煙霧傳感器，該傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫（SnO2）。當(dāng)傳感器所處環(huán)境中存在可燃?xì)怏w時(shí)，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中可燃?xì)怏w濃度的增加而增大。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。MQ2/MQ2S氣體傳感器對(duì)液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對(duì)天然氣和其它可燃蒸汽的檢測(cè)也很理想，在較寬的濃度范圍內(nèi)對(duì)可燃?xì)怏w有良好的靈敏度。其壽命長(zhǎng)、成本低，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，適合家庭用煙霧氣體檢測(cè)報(bào)警裝置。其連接端口為開(kāi)發(fā)板上的擴(kuò)展端口P5，該端口為外部中斷口。由于與紅外傳感器沖突，因此將其由中斷方式改為查詢方式，連接在P6端口。當(dāng)該傳感器被觸發(fā)時(shí)，會(huì)點(diǎn)亮模塊上的LED指示燈。該傳感器在使用前需要先預(yù)熱數(shù)分鐘，剛連上時(shí)會(huì)一直亮著指示燈，必須先將其接在開(kāi)發(fā)板上待其指示燈滅后才能正常使用。 聲響光感傳感器模塊該模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)噪聲的監(jiān)測(cè)，該傳感器是一種將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，麥克傳感器模塊默認(rèn)使用處理器的EINT4中斷線，光感傳感器使用EINT6中斷線。其連接端口為開(kāi)發(fā)板上的擴(kuò)展端口P5，該端口為外部中斷口。由于與紅外傳感器沖突，因此將其由中斷方式改為查詢方式，連接在P3端口。當(dāng)麥克傳感器檢測(cè)到聲音，會(huì)點(diǎn)亮模塊LED燈，光感傳感器可以通過(guò)檢測(cè)光強(qiáng)度發(fā)生中斷。 LED蜂鳴器模塊該模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況的聲光報(bào)警，其中包括溫濕度超過(guò)閾值時(shí)被調(diào)用，紅外傳感器檢測(cè)到有人時(shí)被調(diào)用，煙霧傳感器檢測(cè)到失火時(shí)被調(diào)用，聲響傳感器檢測(cè)到噪聲時(shí)被調(diào)用。其連接端口為開(kāi)發(fā)板上的擴(kuò)展端口P8，該端口為GPIO口，采用開(kāi)關(guān)量輸出。在該傳感器模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，要首先要配置該元件的引腳信息，將GPH0和GPH1引腳設(shè)為輸出狀態(tài)。然后由外界觸發(fā)條件判斷是否報(bào)警，然后檢查引腳狀態(tài)。如果GPH0引腳狀態(tài)為高電平，則LED燈點(diǎn)亮。否則，LED不亮。如果GPH1的引腳狀態(tài)為高電平則蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警，否則蜂鳴器不發(fā)聲。 LCD觸摸屏模塊該模塊是QT編程的顯示主體，幾乎所有輸出信息都通過(guò)其來(lái)向外界輸出，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)傳感器返回的信息的顯示輸出，對(duì)LED蜂鳴器的控制，和對(duì)報(bào)警信息的反饋。其連接端口為開(kāi)發(fā)板上的LCD接口。每次使用觸摸屏前都要配置環(huán)境變量，否則會(huì)出錯(cuò)。 USB攝像頭監(jiān)控模塊該模塊用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控居室附件的環(huán)境，并通過(guò)嵌入式WEB服務(wù)器將所拍攝到的畫(huà)面顯示在主機(jī)的瀏覽器之中。視頻采集使用的是USB攝像頭，Linux系統(tǒng)自帶了該攝像頭的驅(qū)動(dòng)程序，所以無(wú)需另外安裝驅(qū)動(dòng)，只需在編譯內(nèi)核時(shí)加載進(jìn)去即可。USB攝像頭通過(guò)CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接。傳感器類型是30萬(wàn)像素彩色CMOS圖像傳感器，圖像更清晰；通信接口類型是USB接口，真正即插即用，安裝使用方便；速率達(dá)30楨/秒，圖像更連貫；可轉(zhuǎn)換成MPEG壓縮格式，節(jié)省存儲(chǔ)空間，減少網(wǎng)上傳輸時(shí)間；拍攝圖片支持JPG、BMP、PCX格式，方便編輯和使用。由于使用嵌入式WEB服務(wù)器時(shí)有用到j(luò)ava，所有主機(jī)要求必須安裝java虛擬機(jī)，否則也無(wú)法在瀏覽器中看到監(jiān)控畫(huà)面。 本章小結(jié)本章中主要是對(duì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)流程做了介紹，對(duì)所用到的嵌入式WEB服務(wù)器和QT進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的特點(diǎn)做了介紹，對(duì)各傳感器和開(kāi)發(fā)板的接口