【導(dǎo)讀】事、工業(yè)、智能家居和許多重要領(lǐng)域?；诰W(wǎng)絡(luò)和嵌入式技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能控制在社會生活的各方面發(fā)揮重大作用。本文設(shè)計(jì)了一種基于嵌入式ARM9平臺的智能家居系統(tǒng)，它能實(shí)現(xiàn)以下功能。先，搭建一個web服務(wù)器為用戶提供登錄和視頻監(jiān)控功能。的控制命令，并且通過zigbee模塊控制家電。首先，介紹了智能家居目前的發(fā)展趨勢、研究現(xiàn)狀、采用的相關(guān)技術(shù)等。器，以及如何利用TCP/IP協(xié)議建立服務(wù)器接受控制命令和傳送視頻監(jiān)控信號。嵌入式系統(tǒng)移植...

　　

【正文】 8051），具有 128KB 可編程內(nèi)存和 8KB 的 RAM，還包括： 幾個定時器（ TIMER） AES128 協(xié)同處理器 看門狗定時器（ Watchdog timer） 32KHz 晶振的休眠模式定時器 上電復(fù)位電路（ Power on Reset） 21 個可編程 I/O 引腳 CC2430 芯片采用 工藝生產(chǎn)，在接受和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于 27mA 或 25mA， CC2430 的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動模式的超短時間特性，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用，其典型電路如下 所示： 處理命令 ,是否結(jié)束 結(jié) 束 25 P 1. 71P 1. 62P 1. 53P 1. 44P 1. 35P 1. 26D V D D7P 1. 18R E S E T10P 1. 09P 0. 011P 0. 112P0.213P0.314P0.415P0.516P0.617P0.718SCQ219SOG20SCQ121RIAS122RREG23OUT24F125R I A S 226Q H P27G U A R D28V C D29P R E30R F 131R E P32S W IT C H33R F N34SW35R F 236P2.048F237ADC38DADC39AGUARD40ADREG41UPL42P2.443P2.344P2.245P2.146DVDO47C C 2 43 0C 43 1C 21 1C 42 1C 44 1C 19 1C 24 1C 34 1天線X T A L 2X T A L 2L 34 1L 31 1L 32 1R 21 1R?R E S 2R3R12. 0 3 .6 V CC2430 硬件結(jié)構(gòu)圖 zigbee 使用方法 zigbee 應(yīng)用模塊主要由兩部分組成，分為協(xié)調(diào)器和節(jié)點(diǎn)控制器兩部分，支持多節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)上可以擴(kuò)展各種傳感器。協(xié)調(diào)器通過串口與嵌入式設(shè)備相連接，通過通信協(xié)議控制節(jié)點(diǎn)上的各種電器設(shè)備的工作狀態(tài)。 首先，連接協(xié)調(diào)器和配套電源，正常的話電源接口附近的電源指示燈會點(diǎn)亮。隨后，網(wǎng)絡(luò)連接建立指示燈（ RLED）會馬上閃爍，并立刻進(jìn)入長亮狀態(tài)，這時標(biāo)明協(xié)調(diào)器進(jìn)入正常的工作狀態(tài)，并且已成功建立網(wǎng)絡(luò)。 其次，接入節(jié)點(diǎn)和控制器電源，這是正常節(jié)點(diǎn)和控制器電源點(diǎn)亮。在通信正常的狀態(tài)下，協(xié)調(diào)器會馬上檢測到有節(jié)點(diǎn)要加入網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)器上的 綠色指示燈（ YLED）會開始閃爍，然后熄滅，證明節(jié)點(diǎn)已經(jīng)成功加入網(wǎng)絡(luò)。 最后，網(wǎng)絡(luò)建立成功就能正常使用 zigbee 設(shè)備。 注意： 上述使用順序相當(dāng)重要，若不沒能按上述步驟，有可能導(dǎo)致該模塊不能使用，嚴(yán)重則可能使該模塊燒壞。 基于串口的 zigbee 控制協(xié)議 在使用 zigbee 模塊對家電進(jìn)行控制的時，我們需要根據(jù)廠家寫的封裝數(shù)據(jù)制定自己的通信協(xié)議，通信協(xié)議格式如下所示： 幀頭 + 數(shù)據(jù)長度 + ID + 命令（ ParamH + paramL） + 幀尾。 在這里幀頭、幀尾、數(shù)據(jù)長度、 ID 分別設(shè)定為 ： CC EE、 FF、 0 01，其常用到得控制命令如下所示： 01 00 關(guān)閉 LED1 03 00 關(guān)閉 LED3 01 01 打開 LED1 03 01 打開 LED3 02 00 關(guān)閉 LED2 04 00 關(guān)閉 LED4 02 01 打開 LED2 04 01 打開 LED4 05 00 打開報(bào)警器 05 01 關(guān)閉報(bào)警器 06 01 打開窗簾 06 02 關(guān)閉窗簾 06 00 窗簾停止滑動 在使用時使用字符數(shù)組對其進(jìn)行封裝，然后發(fā)送到串口上即可。如 const char led1_on[7] = {?CC‘, ‘EE ‘, ?05‘, ?01‘,‘01‘, ?00‘, ?FF‘}。 zigbee 控制程序的實(shí)現(xiàn) 由于我們使用的 zigbee 模塊是居于串口設(shè)計(jì)的，所以我們首先需要做的是對串口進(jìn)行配置，然后再通過向串口寫入控制命令以達(dá)到智能控制的目的。 串行通信是計(jì)算機(jī)中常見的通信方式之一，它是指利用一條傳輸線將資料一位位的順序傳送。特點(diǎn)是通信線路簡單，利用簡單的線纜就可以實(shí)現(xiàn)通信，減低成本，適用于遠(yuǎn)距離通信，但傳輸速度慢的應(yīng)用場合。常用的串口有 RS232C 接口（全稱是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ DCE）之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”），其內(nèi)核提供的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)體如下： Struct termio 27 { unsigned short c_iflag。 /*輸入模式標(biāo)志 */ unsigned short c_oflag。 /*輸出模式標(biāo)志 */ unsigned short c_cflag。 /*控制模式標(biāo)志 */ unsigned short c_lfag。 /*本地模式標(biāo)志 */ unsigned short c_line。 /*line discipline*/ unsigned short c_cc[NCC]。 /*控制字符 */ }。 zigbee 無線 模塊是基于串口控制的，在設(shè)計(jì)程序之前我們第一步所要做的就是配置嵌入式設(shè)備串口，然后通過串口向 zigbee 模塊發(fā)送控制信號。 （ 1） 打開設(shè)備。失敗返回 1，成功返回設(shè)備的文件描述符。 Int Open_device(char *device) { int fd。 /*check the input*/ If ( device ==NULL ) { return 1； } fd = open(device, O_RDWR|O_NOCTTY|O_NDELAY)。 if ( fd 0 ) { printf(%s open failed !\n, device)。 return 1。 } } （ 2） 配置串口。由于此次程序設(shè)計(jì)是針對 zigbee 串口配置的，程序 沒有必要具備通用性，程序在這里也做了很多精簡，只設(shè)定使用的相關(guān)參數(shù)即可。其中 struct termios 是內(nèi)核驅(qū)動中為配置串口而提供的結(jié)構(gòu)體。成功返回 0，失敗返回 1。 Int _set() { struct termios newCfg。 tcflush(fd, TCIFLUSH)。 /*處理未接受的字符 */ tcgetattr(fd, amp。newCfg)。 /*獲取串口屬性 */ cfsetispeed(amp。newCfg, B115200) == 1 /*設(shè)置波特率 */ cfsetospeed(amp。newCfg, B115200) == 1 amp。= ~CSIZE。 /*清除位 */ |= CS8。 /*設(shè)置數(shù)據(jù)位 */ amp。= ~PARENB。 amp。= ~INPCK。 amp。= ~CSTOPB。 /*設(shè)置停止位 */ [VTIME] = 0。 /*設(shè)置最小等待時間 */ [VMIN] = 1。 tcflush(fd, TCIFLUSH)。 /*處理未接受的數(shù)據(jù) */ if (tcsetattr(fd, TCSANOW, amp。newCfg) != 0 ) /*更新配置 */ { return 1。 } Return 0。 } 在配置好串口后，通過 NFS 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)移植到開發(fā)板上；然后運(yùn)行服務(wù)器，打開客戶端就能對家電實(shí)施無線的智能 控制 。 29 6 嵌入式 Web 服務(wù)器的實(shí)現(xiàn) 從功能上來講 ,Web 服務(wù)器監(jiān)聽客戶端 (用戶 )的服務(wù)請求 ,根據(jù)用戶請求的類型提供相應(yīng)的服務(wù) . 用戶端與 Web 服務(wù)器進(jìn)行通信 ,Web 服務(wù)器在接收到用戶端的請求后 ,處理用戶請求并返回需要的數(shù)據(jù)。 在此次的研究設(shè)計(jì)中， 由于視頻監(jiān)控是基于 web瀏覽器實(shí)現(xiàn)的，所以我們要搭建一個嵌入式 web服務(wù)器。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處理很多用戶的請求，因此不會使 用 Linux下最常用的如 Apache等服務(wù)器，而需要使用一些專門為嵌入式設(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)行時所占有的內(nèi)存空間上都會非常適合于嵌入式應(yīng)用場合 ,而 boa服務(wù)器是嵌入式服務(wù)器中最佳的選擇。 Web服務(wù)器數(shù)據(jù)流圖如 ： 客戶服 務(wù)器 傾聽客 戶請求 客戶 計(jì)算機(jī) 發(fā)送資 源數(shù)據(jù) 發(fā)送 HTTP 協(xié)議頭 讀 客戶端請求 分析客 戶請求 圖 Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)流圖 Boa 服務(wù)器 Boa 服務(wù)器介紹 Boa 是一個非常小巧的 Web 服務(wù)器，可執(zhí)行代碼只有約 60KB。它是一個單任務(wù)Web 服務(wù)器，只能依次完成用戶的請求，而不會 fork 出新的進(jìn)程來處理并發(fā)連接請求 。但 Boa 支持 CGI（ mon gate interface）， 能夠?yàn)?CGI 程序 fork 出一個進(jìn)程來執(zhí)行。 Boa 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是速度和安全，在其站點(diǎn)公布的性能測試中， Boa 的性能要好于 Apache 服務(wù)器。 Boa 是專門為嵌入式設(shè)計(jì)的一款單任務(wù)的 HTTP 服務(wù)器，它是通過建立 HTTP 請求列表來處理多路 HTTP 連接請求，同時它只為 CGI 程序創(chuàng)建新的進(jìn)程，這樣在最大程度上節(jié)省了系統(tǒng)資源，這對嵌入式系統(tǒng)來說至關(guān)重要。同時它還具有自動生成目錄、自動解壓文件等功能。因此 Boa 服務(wù)器再在嵌入式系統(tǒng)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 Boa 服務(wù)器的移植 第一步，從 并進(jìn)行交叉編譯得到可執(zhí)行文件 boa。 第二步，修改配置文件 。 是 Boa 服務(wù)器啟動和執(zhí)行時所需要的配置文件，下面就對重要的參數(shù)做下介紹。 Group 啟動該服務(wù)器的用戶組 user 設(shè)置訪問權(quán)限 DocumentRoot HTML 文件的目錄 DirectoryIndex 默認(rèn)的首頁 ScriptAlias cgi 腳本的目錄 修改好配置文件之后，通過 NFS 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)將可執(zhí)行文件和配置文件移植到開發(fā)板上對應(yīng)的目錄即可。 HTML 實(shí)現(xiàn)登錄界面 31 HTML（ Hyper Text Markup Language） 即超文本標(biāo)記語言或超文本鏈接標(biāo)示語言，是目前網(wǎng)絡(luò)上應(yīng)用最為廣泛的語言，也是構(gòu)成網(wǎng)頁文檔的主要語言 。 HTML 文本是由 HTML 命令組成的描述性文本， HTML 命令可以說明文字、圖形、動畫、聲音、表格、鏈接等。 HTML 的結(jié)構(gòu)包括頭部（ Head）、主體（ Body）兩大部分，其中頭部描述瀏覽器所需的信息，而主體則包含所要說明的具體內(nèi)容。 設(shè)計(jì) HTML 語言的目的，是為了能把存放在一臺電腦中的文本或圖形，與另 一臺電腦中的文本或圖形方便地聯(lián)系在一起，形成有機(jī)的整體。人們不用考慮具體信息是在當(dāng)前電腦里還是在網(wǎng)絡(luò)上其它電腦里，只需使用鼠標(biāo)在某一文檔中點(diǎn)取一個圖標(biāo)， Inter 就會馬上轉(zhuǎn)到與此圖標(biāo)相關(guān)的內(nèi)容上去。而這些信息可能存放在網(wǎng)絡(luò)的另一臺電腦中。 另外 ， HTML 是網(wǎng)絡(luò)的通用語言， 是一種簡單、通用的 標(biāo)記語言。它允許網(wǎng)頁制作人建立文本與圖片相結(jié)合的復(fù)雜頁面，這些頁面可以被網(wǎng)上任何其他人瀏覽到，無論使用的是什么類型的電腦或?yàn)g覽器。 正是基于 HTML 這種語言的通 用性和與平臺無關(guān)性，在這次設(shè)計(jì)中將 HTML語言作為設(shè)計(jì)工具。但是 HTML 語言不支持 瀏覽器和服務(wù)器的交互 ，所以我們需要加入 java script 增強(qiáng)瀏覽器與服務(wù)器的交互 功能 ，從而實(shí)現(xiàn)用戶驗(yàn)證登錄的功能。 其登錄實(shí)現(xiàn)的 java script 代碼如下所示： script fun