【正文】 將被傳輸)　　9 UTC日期，ddmmyy(日月年)格式　　10 磁偏角(~，前面的0也將被傳輸)　　11 磁偏角方向，E(東)或W(西)　　 12 模式指示(僅NMEA0183 ，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效)表 43 GPGGA定位信息說明$GPGGA,1,2,3,4,5,6,7,8,9,M,10,M,11,12 CRLF1 UTC時(shí)間，　　 2 緯度，(第一位是零也將傳送)　　 3 緯度半球，N或S(北緯或南緯)　　 4 經(jīng)度，(第一位零也將傳送)　　 5 經(jīng)度半球，E或W(東經(jīng)或西經(jīng))　　 6 定位質(zhì)量指示，0=定位無效，1=定位有效　　 7 使用衛(wèi)星數(shù)量，從00到12(第一個(gè)零也將傳送)　　 8 水平精確度，　　 9 天線離海平面的高度，　　 M 指單位米　　 10 大地水準(zhǔn)面高度，　　 M 指單位米　　 11 差分GPS數(shù)據(jù)期限(RTCM SC104)，最后設(shè)立RTCM傳送的秒數(shù)量　　 12 差分參考基站標(biāo)號(hào)，從0000到1023(首位0也將傳送)　　 * 語句結(jié)束標(biāo)志符　　 xx 從$開始到*之間的所有ASCII碼的異或校驗(yàn)和　　 CR 回車　　 LF 換行 人體紅外感應(yīng)模塊HCSR501人體紅外感應(yīng)模塊是基于紅外線技術(shù)的自動(dòng)控制模塊，其靈敏度高、可靠性強(qiáng)，低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動(dòng)化感應(yīng)電氣設(shè)備當(dāng)中。在終端服務(wù)器子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，人體紅外感應(yīng)模塊主要結(jié)合報(bào)警模塊，用于智能家居安全子系統(tǒng)中，另外在數(shù)據(jù)庫中備份相應(yīng)的報(bào)警信息，用于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程瀏覽訪問。人體紅外感應(yīng)模塊在通電后大約有一分鐘的初始化時(shí)間，在此期間模塊會(huì)間隔的輸出0~3次，一分鐘后進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)人體進(jìn)入其感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)則輸出高電平，人體里開啟感應(yīng)范圍則自動(dòng)延時(shí)輸出低電平[10]，如圖 44所示。圖 44 人體紅外感應(yīng)范圍示意圖另外，人體紅紅外感應(yīng)器兩種觸發(fā)方式：(1) 不可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，延時(shí)一段時(shí)間結(jié)束，輸出自動(dòng)從高電平跳為低電平。(2) 可重復(fù)觸發(fā)方式：即感應(yīng)輸出高電平后，在延時(shí)時(shí)間內(nèi)，如果有人體在其感應(yīng)范圍內(nèi)活動(dòng)，則輸出將一直保持高電平，直到人體離開感應(yīng)范圍，在順延一段時(shí)間的延時(shí)之后，輸出低電平。兩種觸發(fā)方式說明如圖 45所示。圖 45 人體紅紅外感應(yīng)觸發(fā)方式示意圖 前臺(tái)界面模塊前臺(tái)界面模塊是基于QT4開發(fā)的GUI界面，主要用于對(duì)嵌入式智能家居進(jìn)行現(xiàn)場配置、調(diào)試，并顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括主界面、系統(tǒng)配置對(duì)話框、串口配置對(duì)話框、I/O配置對(duì)話框、用戶管理對(duì)話框、通訊管理對(duì)話框等[11]。(1) 登錄窗體對(duì)話框在登錄窗體，可以通過軟鍵盤登錄到配置界面，如圖 46所示。圖 46 登錄窗體對(duì)話框(2) 數(shù)據(jù)曲線對(duì)話框溫度、經(jīng)度、維度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，可以通過數(shù)據(jù)曲線顯示，如圖 47所示。圖 47 數(shù)據(jù)曲線對(duì)話框(3) 軟鍵盤在文本輸入時(shí)，可以動(dòng)態(tài)彈出對(duì)話框，進(jìn)行數(shù)據(jù)添加刪除操作，如圖 48所示。圖 48 軟鍵盤(4) 系統(tǒng)狀態(tài)在系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)話框中，可以查看當(dāng)前Flash空間、RAM空間、CPU使用率等基本的硬件信息，如圖 49所示。圖 49 系統(tǒng)狀態(tài) 電源模塊 在整個(gè)智能家居系統(tǒng)中，共使用四種電源，即+5V、+12V、12V、+，5V需要多單片機(jī)以及嵌入式開發(fā)板系統(tǒng)模塊供電，正負(fù)12V電源需要給智能家居模塊供電，+。 +5V電源供電+5V電源供電可以采用穩(wěn)壓芯片7805或者采用USB供電或者采用5V電源適配器來制作，當(dāng)然，采用7805穩(wěn)壓芯片設(shè)計(jì)，電路比較復(fù)雜，考慮到電源電路的穩(wěn)定性以及簡易型，在這里選用筆記本電腦自帶的USB口供電，USB口供電最大能提供5V 500mA直流電，能夠滿足大多數(shù)元器件的供電需要。市面上USB接口主要有兩種，即普通A型USB接口、普通B型USB接口，在這里主要使用這兩種USB接口。下面是A型和B型USB接口外觀形狀以及接口引腳特性，如圖 410所示USB外觀圖。圖 410 A型B型USB接口的外觀圖A型和B型USB接口均有四根線，分別定義為VCC、GND、D+、D，其中兩根一組，一組用來作為電源供電，另一組用來傳送數(shù)據(jù)，在這里，主要使用第一組。 +112V電源供電雙路12V電源供電，在這里采用的是穩(wěn)壓芯片7817912來設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源主要由整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，在這里采用由變壓器得到的雙18V交流電壓經(jīng)過IN4007（整流二極管）橋式整流電路；濾波電路則可以減少脈動(dòng)使直流電壓平緩，在這里采用50V 2200uF電解電容濾波電路；穩(wěn)壓電路則可以使電源輸出制定電壓，在這里采用7812以及7912穩(wěn)壓芯片，如圖 411所示。圖 411 雙12V穩(wěn)壓電源電路圖 ++，另一路采用117穩(wěn)壓芯片制作的穩(wěn)壓電路,如圖 412所示電路圖。圖 412 + 路由器端口映射在終端服務(wù)器子系統(tǒng)上搭載的嵌入式BOA服務(wù)器[12]，可以通過瀏覽器在同一網(wǎng)段的內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制，但是，如果需要通過外網(wǎng)真正進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問控制，則需要通過端口映射，即設(shè)置端口轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，目前的網(wǎng)絡(luò)連接方式主要有以下兩種：(1) ADSL連接到Modem再直接連接到主機(jī)。 在這種情況下，主機(jī)一般直接進(jìn)行ADSL寬帶撥號(hào)上網(wǎng)，公網(wǎng)IP地址可以通過運(yùn)行ipconfig/all 命令查看，此時(shí)撥號(hào)連接得到的是一個(gè)公網(wǎng)IP地址，這種類型的網(wǎng)絡(luò)是不需要進(jìn)行端口映射的。(2) ADSL通過路由器進(jìn)行連接上網(wǎng)。在這種情況下，主機(jī)通過路由器來進(jìn)行共享上網(wǎng)， 地址，可以在路由器進(jìn)行端口映射，使其轉(zhuǎn)發(fā)到本地服務(wù)器。市面上常見的路由器，如TPLink 460+、DLINK DI624+A、磊科NR205+、騰達(dá)402M等，其端口映射方法大同小異，下面以TPLink 460+路由器設(shè)置為例。在這里，，賬號(hào)admin，密碼admin，登錄到路由器的管理界面，點(diǎn)擊路由器的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則—虛擬服務(wù)器—添加新條目，如圖 413所示。圖 413 路由器轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則配置端口映射配置過程如下：默認(rèn)填寫服務(wù)器端口號(hào)為8080，協(xié)議設(shè)置為TCP，事實(shí)上，如果對(duì)端口協(xié)議不了解則可以設(shè)置為ALL，既包括TCP與UDP，狀態(tài)設(shè)置為生效，如圖 414所示。圖 414 路由器虛擬服務(wù)器配置第 5 章 上位機(jī)反控子系統(tǒng)上位機(jī)反控子系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程訪問控制。解析由終端服務(wù)器傳輸來的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同步顯示在上位機(jī)界面上，另外可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程訪問控制搭載在S3C2440上的BOA服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)智能家居遠(yuǎn)程訪問控制[13]，如圖 51所示。上位機(jī)反控 子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器訪問控制手機(jī)無線訪問控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份上位機(jī)界面圖 51 上位機(jī)反控子系統(tǒng)架構(gòu)框圖上位機(jī)反控子系統(tǒng)，主要包括背景控制模塊、USB攝像頭控制模塊、智能家居控制模塊、上位機(jī)界面、網(wǎng)頁界面等組成。其中上位機(jī)界面主要實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前數(shù)據(jù)，通過使用循環(huán)冗余CRC校驗(yàn)方法保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，上位機(jī)反控子系統(tǒng)的程序框圖如圖 52所示。 背景音樂控制模塊背景音樂控制，主要是基于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制背景音樂播放，以及在本地現(xiàn)場設(shè)置背景音樂播放，包括播放模式、播放曲目、播放時(shí)間等選擇項(xiàng)。事實(shí)上，背景音樂控制模塊主要是基于基于控制臺(tái)的音樂播放器madplay（至于madplay配置移植過程,在這里并不作為重點(diǎn)，故暫不敘述），BOA服務(wù)器[14]。通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制智能家居背景音樂，主要是調(diào)用執(zhí)行BOA服務(wù)器腳本程序，在這里，腳本程序管理madplay來執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作命令，比如播放、暫停播放、恢復(fù)播放、停止播放等，如圖 53所示。 程序運(yùn)行建立Socket套接字監(jiān)聽線程心跳線程創(chuàng)建線程建立連接數(shù)據(jù)處理線程CRC校驗(yàn)數(shù)據(jù)解析數(shù)據(jù)顯示連接斷開處理圖 52 上位機(jī)反控子系統(tǒng)程序流程框圖execl(/usr/local/madplay,madplay,amp。)。//播放音樂execl(/usr/local/madplay,madplay,r，amp。)。//循環(huán)音樂system(killall, 9,madplay)。//停止播放音樂system(killall, STOP,madplay,amp。)。//暫停播放音樂system(killall, CONT,madplay,amp。)。//恢復(fù)播放音樂 圖 53 背景音樂及攝像頭控制模塊 USB/CMOS攝像頭控制模塊USB/CMOS攝像頭控制模塊，主要是基于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制攝像頭，即利用開源軟件Mjpegstream，把mjpeg格式的文件變成流媒體輸出到網(wǎng)絡(luò)瀏覽器上[10]。在Linux中，除了SPCA和GSPCA這類經(jīng)典的USB攝像頭驅(qū)動(dòng)外，還有一種，即Linux UVC，UVC是代碼某一類的視頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)，官網(wǎng)上的說法包括了webcams, digital camcorders, analog video converters, analog 以及 digital television tuners等等。，Linux UVC驅(qū)動(dòng)就納入到內(nèi)核中，但是需要自己手動(dòng)配置編譯內(nèi)核，才可以使用UVC。一般V4L2攝像頭操作流程：(1) 打開設(shè)備 int fd=open(“/dev/video0”,O_RDWR)；(2) 取得設(shè)備的capabilities，即設(shè)備的基本屬性與功能，比如每秒的幀數(shù)以及寬度、高度等，主要是利用ioctl系統(tǒng)調(diào)用，通過不同的控制命令來獲取基本信息；(3) 設(shè)置攝像頭的制式和幀格式，幀的格式包括寬度與高度等，如 VIDIO_S_STD，VIDIO_S_FMT，struct v4l2_std_id struct v4l2_format；(4) 在內(nèi)核空間，申請(qǐng)幀緩沖，一般不超過5個(gè)；(5) 將申請(qǐng)到的幀緩沖通過系統(tǒng)調(diào)用mmap映射到用戶空間，這樣就可以直接操作采集到的幀，而不是將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間復(fù)制到用戶空間；(6) 維護(hù)幀緩沖鏈表，將申請(qǐng)到的幀緩沖全部存入鏈表當(dāng)中，作為數(shù)據(jù)緩存；(7) 開始采集數(shù)據(jù)，取出鏈表中已經(jīng)采集的幀緩沖，得到原始數(shù)據(jù)；(8) 停止視頻的采集，關(guān)閉攝像頭設(shè)備，釋放鏈表空間等。在開始采集數(shù)據(jù)前，需要先看一下攝像頭的信息，下面三個(gè)函數(shù)完成的功能分別為得到攝像頭的屬性(capability)，得到攝像頭的格式(format)，設(shè)置攝像頭的格式。屬性包括了驅(qū)動(dòng)信息、總線信息等；格式包括了攝像頭數(shù)據(jù)格式(如MJPEG、YUYV等)，圖像的寬度、高度等，下面是主要的調(diào)用函數(shù)。int v4l2_get_capability(struct video_info* vd_info)。int v4l2_get_format(struct video_info* vd_info)。int v4l2_set_foramt(struct video_info* vd_info,uint32 width, uint32 height,uint32 format)。 智能家居控制模塊智能家居控制模塊，主要是基于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問控制家居設(shè)備，以及在本地現(xiàn)場設(shè)置，在這里選擇燈光、電扇等基本家居進(jìn)行控制。包括模式選擇、速度選擇等基本設(shè)置。在遠(yuǎn)程訪問控制時(shí)，智能家居控制模塊如圖 54所示。 上位機(jī)界面C上位機(jī)界面，主要是動(dòng)態(tài)顯示實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，包括溫度數(shù)據(jù)、經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、時(shí)鐘數(shù)據(jù)等，其基本操作流程圖，如圖 52所示，在進(jìn)行CRC校驗(yàn)之后，進(jìn)行解析數(shù)據(jù)、顯示數(shù)據(jù)、界面如圖 55所示。 圖 54 智能家居控制模塊圖 55上位機(jī)界面 網(wǎng)頁界面網(wǎng)頁界面，主要是基于Dreamweaver制作的靜態(tài)HTML網(wǎng)頁，存儲(chǔ)路徑在嵌入式BOA服務(wù)器根目錄下，即根文件系統(tǒng)//Embed目錄下，可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程訪問控制終端服務(wù)器[10]，主頁如圖 5圖 5圖 58所示。 圖 56 網(wǎng)頁界面（一）圖 57 網(wǎng)頁界面（二）圖 58 網(wǎng)頁界面（三） 循環(huán)冗余CRC校驗(yàn)算法在終端服務(wù)器子系統(tǒng)與上位機(jī)反控子系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，使用TCP三次握手模式來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需要使用CRC校驗(yàn)來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴RC校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check）是一種數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤檢查算法，CRC碼兩個(gè)字節(jié)，包含一個(gè)16位的二進(jìn)制值。它由傳輸設(shè)備計(jì)算后加入到數(shù)據(jù)包中。接收設(shè)備重新計(jì)算接收到包的CRC值，并與接收到包中的CRC域中的值作比較，如果兩者不同，則接收到的數(shù)據(jù)包有錯(cuò)誤。具體CRC算法如下：CRC是先調(diào)入一個(gè)值為全1的16位寄存器，然后將消息中的連續(xù)的8位字節(jié)與當(dāng)前寄存器的值進(jìn)行處理，僅每個(gè)字符中的8Bit數(shù)據(jù)對(duì)CRC有效，起始位和停止位以及奇偶校驗(yàn)位均無效。CRC校驗(yàn)字節(jié)的生成步驟如下：(1) 裝一個(gè)16位的寄存器，所有位數(shù)均為1；(2) 取被校驗(yàn)子串的一個(gè)字節(jié)與16位寄存器的高字節(jié)進(jìn)行異或運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果放入這個(gè)16位的寄存器當(dāng)中；(3) 把這個(gè)16位的寄存器右移一位；(4) 若向右移出的數(shù)位是1，則生成多項(xiàng)式1010 0000 0000 0001和這個(gè)寄存器進(jìn)行異或運(yùn)算；若向右移出的數(shù)位是0，則返回到(3)；(5) 取被校驗(yàn)子串的下一個(gè)字節(jié)；(6) 重復(fù)，直至被校驗(yàn)子串的所有字節(jié)均與16位寄存器進(jìn)行異或運(yùn)算，并移位8次；(7) 這個(gè)16位寄存器的內(nèi)容即2字節(jié)CRC錯(cuò)誤校驗(yàn)碼，錯(cuò)誤校驗(yàn)碼按照高字節(jié)后低字節(jié)順序存放。第 6 章 智能家居系統(tǒng)測試