【正文】 智能家居,2008,(10):22234 ,2009,(17):95 ,2009,33(5):57586 馬忠梅,祝烈煌,amp。特別感謝實(shí)驗(yàn)室郭有光同學(xué)為我論文的完成提供了許多幫助。從論文選題、實(shí)驗(yàn)仿真到最后論文的撰寫，何輝老師都做了悉心的指導(dǎo)，并提出了許多寶貴的建議。老師在研究過程中對(duì)我的研究工作給予了很多指導(dǎo)。導(dǎo)師謙遜無私的高尚品質(zhì)、樸實(shí)真誠(chéng)的做人原則和一絲不茍的敬業(yè)精神，對(duì)學(xué)生將永遠(yuǎn)的鞭策。由于知識(shí)和能力所限，本文中實(shí)現(xiàn)的智能家居監(jiān)控系統(tǒng)還有不完善的地方，今后學(xué)習(xí)到更多知識(shí)之后，還要再作進(jìn)一步的研究與實(shí)踐。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間遇到過很多問題，通過網(wǎng)上查詢資料，和同學(xué)討論以及詢問老師，使問題得以解決，并且學(xué)到不少知識(shí)，比如嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建方式和流程，各個(gè)傳感器的功能和實(shí)現(xiàn)方式，以及嵌入式WEB服務(wù)器的搭建、配置、應(yīng)用方法等。主要實(shí)現(xiàn)的功能有對(duì)于家居環(huán)境中溫度，濕度，煙霧濃度，噪聲，外來入侵的監(jiān)控，以及視頻采集等方面的功能，并根據(jù)外部環(huán)境狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)布報(bào)警信息，以保證家居環(huán)境的安全與舒適。本論文采用低功耗、體積小的ARM9進(jìn)行開發(fā)，以S3C2410為核心的嵌入式硬件平臺(tái)之上構(gòu)建一個(gè)適合本系統(tǒng)開發(fā)要求的嵌入式Linux系統(tǒng)軟件平臺(tái)，通過對(duì)內(nèi)核的定制，得到最精簡(jiǎn)的嵌入式內(nèi)核，并優(yōu)化了跟文件系統(tǒng)。結(jié) 論本論文對(duì)智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用進(jìn)行了研究，特別是對(duì)于智能家居監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)模塊軟件方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了細(xì)致和深入的學(xué)習(xí)和研究。在Xshell中先運(yùn)行Boa服務(wù)器，再運(yùn)行視頻服務(wù)器，進(jìn)過幾秒鐘的初始化，刷新IE，則可看到USB攝像頭拍攝到的畫面，由于機(jī)房之中光線太亮，因此拍攝效果不是很好。其結(jié)果照片截圖如圖41所示：圖41 傳感器監(jiān)控系統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)果是通過嵌入式WEB服務(wù)器傳輸?shù)街鳈C(jī)之上，在主機(jī)的IE地址欄中輸入ARM開發(fā)板的IP地址，其視頻監(jiān)控畫面顯示在主機(jī)的IE界面之中。系統(tǒng)后期調(diào)試時(shí)主要是對(duì)界面和背景圖的設(shè)置，由于label中的字體無法更改大小，而背景圖片必須用png格式則只能用PS進(jìn)行圖片處理，其過程就不贅述，此部分也不影響程序的編譯和運(yùn)行，只是影響最終顯示結(jié)果，而由于QT/E的程序必須先在虛擬機(jī)上進(jìn)行編譯，并將所生成的文件拷入ARM進(jìn)行運(yùn)行，因此也調(diào)試了頗長(zhǎng)時(shí)間?？墒怯捎趫?bào)警信息模塊關(guān)系到了所有傳感器，而如果在所有函數(shù)之中都添加此模塊的信息，會(huì)造成沖突，無法確定那個(gè)函數(shù)先調(diào)用的此模塊，因此最終只能將所有傳感器的實(shí)現(xiàn)函數(shù)融合在一個(gè)函數(shù)之中，此函數(shù)也實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息顯示的功能，而且此功能還有優(yōu)先級(jí)先后之分，可以區(qū)別出是哪個(gè)傳感器發(fā)出的報(bào)警信息。而該函數(shù)應(yīng)該在多處被調(diào)用，例如紅外被觸發(fā)時(shí)，溫濕度超過閾值時(shí)等等。調(diào)試時(shí)的第二個(gè)問題就是將所有設(shè)備測(cè)試文件整合到一個(gè)文件之中，前面已經(jīng)解決了設(shè)備的加載驅(qū)動(dòng)和打開節(jié)點(diǎn)的問題，這時(shí)要將各個(gè)測(cè)試文件之中的循環(huán)語(yǔ)句去掉，因?yàn)橹骱瘮?shù)之中已經(jīng)利用QTimer定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了循環(huán)的效果，還需要定義多個(gè)變量，因?yàn)橐x取多個(gè)傳感器，不能只有一個(gè)變量來存儲(chǔ)，還需要將各個(gè)程序之中的輸出語(yǔ)句刪除，轉(zhuǎn)換成QT的label輸出，使結(jié)果從Xshell中轉(zhuǎn)移到觸摸屏界面之中。系統(tǒng)最主要的調(diào)試步驟就是對(duì)系統(tǒng)的整合，由于前期都只是單個(gè)元件單個(gè)程序進(jìn)行部分的測(cè)試，到最后需要將所有元件和程序全部在一個(gè)工程之中體現(xiàn)，此部分的過程最難。 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)的具體過程，主控程序各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)和web服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)。將生成的spcaserv下載到開發(fā)板上。這樣主機(jī)的nfs文件夾就可以掛載到開發(fā)平臺(tái)的文件夾下。若未打開，執(zhí)行 Boa 會(huì)異常退出，提示“gethostbyname::No such file or directory”， 所以必須打開；(3) MimeTypes /etc/ /var//；(4)修改ScriptAlias /cgibin/ /usr/lib/cgibin/為ScriptAlias /cgibin/ /var//cgibin/；(5)修改錯(cuò)誤文件的存放路徑 ErrorLog /var/log/boa/error_log為ErrorLog /var//log/boa/error_log。此處將nogroup和nobody改為了0；(2)修改ServerName . here。nogroup指的是沒有存在的用戶組，nobody指的是沒有存在的用戶，必須要修改，使得存在能夠訪問的用戶，這個(gè)用戶存在于這個(gè)用戶組中。Boa需要在/etc目錄下建立一個(gè)boa目錄。之后運(yùn)行configure進(jìn)行配置，完成后修改Makefile文件，CC = armlinuxgcc，CPP = armlinuxgcc –E，完成后保存退出，運(yùn)行make進(jìn)行編譯，生成boa，并將boa、etc/。從網(wǎng)上下載至實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浵拢瑢⒌?20行開頭的去掉。如果要從服務(wù)器獲得數(shù)據(jù)，直接使用HTTP GET；如果想發(fā)送新數(shù)據(jù)到服務(wù)器，使用HTTP POST。客戶端與Web服務(wù)器之間的交互主要包含客戶的請(qǐng)求和服務(wù)器的應(yīng)答，請(qǐng)求和應(yīng)答的格式在HTTP中有定義。 嵌入式WEB服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要應(yīng)用嵌入式設(shè)備的管理與交互，基于Web方式的應(yīng)用成為首選，這種程序結(jié)構(gòu)就是B/S結(jié)構(gòu)，即在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行一個(gè)支持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。普通文件被映射到進(jìn)程地址空間后，進(jìn)程可以向訪問普通內(nèi)存一樣對(duì)文件進(jìn)行訪問，不必再調(diào)用read（），write（）等操作。二是用mmap（），內(nèi)存映射方法截取視頻。初始化channel，必須先得到 vdcapability中的信息調(diào)用，使用以下函數(shù)int camera_get_channels（camera_device* vd）完成初始化過程后，可以開始對(duì)視頻數(shù)據(jù)采集，有兩種方法：一是用read（），直接讀取方式。grab_pic）函數(shù)來讀取video_picture中的關(guān)于圖像的信息，包括圖像的亮度、色度、對(duì)比度等。設(shè)備打開后，調(diào)用ioctl（grab_fd, VIDIOCGCAP, amp。USB 攝像頭在 Linux 中的設(shè)備文件名為/dev/video0，視頻圖像程序編程便是針對(duì)的此設(shè)備名進(jìn)行。視頻設(shè)備驅(qū)動(dòng)提供了read、write、open、close等函數(shù)的具體實(shí)現(xiàn)，在內(nèi)核中這些函數(shù)都可以調(diào)用。本系統(tǒng)采用USB攝像頭作為視頻前端，用以獲得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息。視頻服務(wù)器是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，這部分根據(jù)開發(fā)板進(jìn)行實(shí)際操作，分為軟硬件編解碼兩部分，客戶端的功能主要是接受服務(wù)器傳送過來的視頻數(shù)據(jù)并進(jìn)行解碼，此外還需要提供一個(gè)遠(yuǎn)程控制界面，用來遠(yuǎn)程登錄服務(wù)器的配置等操作，以方便用戶使用。該模塊的流程圖如圖38所示：圖38 LED蜂鳴器模塊流程圖 視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一款綜合的系統(tǒng)軟件，從功能上主要包括 3 大部分：視頻服務(wù)器部分、客戶端部分以及服務(wù)器與客戶端的通信部分。打開時(shí)，LED燈循環(huán)亮滅，蜂鳴器持續(xù)發(fā)出聲響。而由于該傳感器對(duì)聲音的檢測(cè)不是十分敏感，必須靠的比較近的聲音才能檢測(cè)出來，并觸發(fā)，因此，該模塊在安裝使用的過程中，應(yīng)該安置在光強(qiáng)度比較弱，并且容易檢測(cè)到聲音的地方，這樣，才能讓該傳感器正常的使用，減少誤報(bào)的可能。每秒鐘對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行一次查詢。該模塊機(jī)制也與紅外監(jiān)控模塊相似，不同的是觸發(fā)電平相反，因此在判斷時(shí)的語(yǔ)句有了些許變化。然后對(duì)讀取的數(shù)值進(jìn)行判斷，如果該數(shù)值小于0，則說明傳感器被觸發(fā)，即輸出太吵，并同時(shí)調(diào)用報(bào)警模塊進(jìn)行聲光報(bào)警，如果該數(shù)值大于0，則說明傳感器未被觸發(fā)，即輸出正常。該模塊的流程為：先進(jìn)行變量的初始化，然后利用open（）函數(shù)打開傳感器的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，然后判斷打開是否成功，若不成功則輸出錯(cuò)誤提示。并且由于中斷口被紅外傳感器所占，該傳感器使用的是查詢方式，每秒鐘對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行一次查詢。之后則關(guān)閉設(shè)備節(jié)點(diǎn)，退出。然后用read（）函數(shù)來讀取傳感器的數(shù)值，判斷是否讀取成功，如不成功則輸出錯(cuò)誤提示。其流程圖如圖35所示：圖35 紅外監(jiān)控模塊流程圖 煙霧監(jiān)控模塊的實(shí)現(xiàn)該模塊主要是通過光譜氣體傳感器來對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)空氣中的有毒氣體或者煙霧濃度到達(dá)界限值時(shí)，會(huì)觸發(fā)該傳感器，然后將信號(hào)反饋到主機(jī)，并且通過程序引發(fā)報(bào)警模塊進(jìn)行聲光報(bào)警。然后對(duì)讀取的數(shù)值進(jìn)行判斷，如果該數(shù)值大于0，則說明傳感器被人觸發(fā)，即輸出有人，并同時(shí)調(diào)用報(bào)警模塊，如果該數(shù)值小于0，則說明傳感器未被人觸發(fā)，即輸出正常。該模塊的流程為：先利用open（）函數(shù)打開傳感器，判斷打開是否成功，不成功則輸出錯(cuò)誤提示。溫濕度計(jì)算函數(shù)的流程為：先進(jìn)行各個(gè)變量的初始化，然后根據(jù)各個(gè)公式的具體參數(shù)，計(jì)算溫度值，臨時(shí)濕度值和修正后的濕度值，然后對(duì)濕度臨界值進(jìn)行判斷，防止?jié)穸戎颠^高造成傳感器的損壞，之后退出。當(dāng)然，該模塊還需要調(diào)用一個(gè)報(bào)警模塊，先判斷溫濕度是否達(dá)到閾值，如果達(dá)到，則調(diào)用報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警，若沒有，則關(guān)閉溫濕度傳感器并返回退出。其效果如圖32所示：圖32 系統(tǒng)背景圖 主控程序各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn) 溫濕度監(jiān)控模塊的實(shí)現(xiàn)該模塊主要是利用SHT11溫濕度傳感器對(duì)周圍環(huán)境的溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳輸，然后經(jīng)過程序的處理，再返回將得到的溫濕度具體數(shù)值顯示輸出在QT界面之上。由于html過于繁瑣，因此筆者決定將此二部分的漢字，通過背景圖片來嵌入其中，而且這樣只要排版不變，其對(duì)于其他模塊毫無影響。其中紅外優(yōu)先級(jí)最高，煙霧次之，麥克再次之，最后是溫度和濕度。報(bào)警單元主要是對(duì)引發(fā)LED蜂鳴器報(bào)警的原因進(jìn)行輸出，其也是通過label來進(jìn)行信息輸出，其信息也是每秒鐘刷新一次。控制單元主要是對(duì)LED蜂鳴器的開關(guān)進(jìn)行控制，其中右邊的按鈕即實(shí)現(xiàn)對(duì)其開關(guān)的具體操作，單擊按鈕即可操縱LED蜂鳴器的開關(guān)狀態(tài)。然后從工具欄中拖出相應(yīng)的工具構(gòu)成顯示界面的總體框架，經(jīng)過多番設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)界面的最終界面框架如圖31所示：圖31 界面框架圖其中有3個(gè)groupbox，分別顯示狀態(tài)單元，控制單元和報(bào)警單元。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)QT界面的設(shè)計(jì)本論文使用的嵌入式界面設(shè)計(jì)用的是QT4軟件，其具有的各種控件和插件足夠供本系統(tǒng)的開發(fā)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)，否則也無法在瀏覽器中看到監(jiān)控畫面。USB攝像頭通過CPU上集成的USB Host接口直接與USB攝像頭連接。 USB攝像頭監(jiān)控模塊該模塊用來實(shí)時(shí)監(jiān)控居室附件的環(huán)境，并通過嵌入式WEB服務(wù)器將所拍攝到的畫面顯示在主機(jī)的瀏覽器之中。其連接端口為開發(fā)板上的LCD接口。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。如果GPH0引腳狀態(tài)為高電平，則LED燈點(diǎn)亮。在該傳感器模塊的實(shí)現(xiàn)過程中，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)。 LED蜂鳴器模塊該模塊用來實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況的聲光報(bào)警，其中包括溫濕度超過閾值時(shí)被調(diào)用，紅外傳感器檢測(cè)到有