萬(wàn)劍鋒　謝陳龍　鄭聰

【摘 要】智能家居通常由住宅、視頻監(jiān)控、無線節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器、客戶端以及網(wǎng)關(guān)六大部分組成。本文針對(duì)這幾部分，提出了以S5PV210處理器為核心的嵌入式智能家居項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)方案。

【關(guān)鍵詞】智能家居； 視頻監(jiān)控； S5PV210； Zigbee

1 總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)由室內(nèi)終端和遠(yuǎn)程客戶端兩部分組成。終端采用基于Linux的嵌入式系統(tǒng)， 系統(tǒng)分為硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩部分，其中硬件平臺(tái)由處理器和外圍設(shè)備組成 ，而軟件平臺(tái)由嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件組成[1]，客戶端采用Android應(yīng)用程序。在應(yīng)用程序登錄賬戶后可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問與控制，整個(gè)系統(tǒng)是基于B/S架構(gòu)模型設(shè)計(jì)。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)主控

本系統(tǒng)以S5PV210芯片作為系統(tǒng)的控制核心，S5PV210采用了ARM CortexTM-A8內(nèi)核，ARM V7指令集，主頻可達(dá)1GHZ，64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。提供了外設(shè)有存儲(chǔ)控制器、NAND Flash控制器、攝像頭接口、USB 控制器等。

2.2 傳感器采集與控制節(jié)點(diǎn)

該方案涉及傳感器有DHT11溫濕度傳感器、MQ-5煤氣傳感器和HC-SR501釋熱傳感器?？刂乒?jié)點(diǎn)有窗簾電機(jī)和RGB-LED，無線傳輸部分采用TI公司的CC2530F256芯片，運(yùn)行Zstack協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)自動(dòng)組網(wǎng)。該芯片基于8051內(nèi)核，因此該芯片也能與傳感器或電機(jī)相連，使該模塊既作無線傳輸節(jié)點(diǎn)，也作設(shè)備控制節(jié)點(diǎn)。

2.3 射頻卡模塊

射頻部分采用MF RC-522 RFID射頻模塊，該模塊是應(yīng)用于13.56MHz非接觸式通信中高集成度的讀寫卡芯片，是推出的一款低電壓、低成本、體積小的非接觸式讀寫卡芯片，可通過UART或者SPI進(jìn)行控制與傳輸。

2.4 GSM通信模塊

GSM通信頻譜效率高，接口開放，GSM標(biāo)準(zhǔn)所提供的開放性接口，不僅限于空中接口，而且報(bào)刊網(wǎng)絡(luò)直接以及網(wǎng)絡(luò)中個(gè)設(shè)備實(shí)體之間。通過鑒權(quán)、加密和TMSI號(hào)碼的使用，達(dá)到安全的目的。

2.5 視頻監(jiān)控

本系統(tǒng)以O(shè)V9650作為采集攝像頭，該攝像頭具有130萬(wàn)像素，分辨率高達(dá)1280x1024，具有標(biāo)準(zhǔn)的SSCB接口和10bit數(shù)據(jù)接接口[3]。由于S5PV210內(nèi)部有攝像頭接口外設(shè)，因此可直接與攝像頭接口對(duì)應(yīng)引腳連接。極大提高了圖像采集速率。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 Linux系統(tǒng)移植

構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)需要在PC機(jī)搭建交叉編譯環(huán)境、交叉編譯bootloader、剪裁和交叉編譯系統(tǒng)內(nèi)核、制作根文件系統(tǒng)。

搭建交叉編譯環(huán)境主要步驟有：1）在PC機(jī)Linux系統(tǒng)下解壓交叉編譯工具鏈源碼包。2）針對(duì)相應(yīng)路徑，在/etc/profile文件里設(shè)置環(huán)境變量。

內(nèi)核剪裁步驟如下：1）編輯Makefile文件。將CROSS_COMPILE =opt/host/armv4l/ bin/armv4l-un-know-linux改為CROSS_COMPILE=arm-linux。2）編譯內(nèi)核make menuconfig配置Linux內(nèi)核。3）創(chuàng)建內(nèi)核鏡像make zImage。4）Linux內(nèi)核壓縮映像zImage建立根文件系統(tǒng)。

3.2 Boa服務(wù)器搭建

Boa服務(wù)器是一種非常小巧的Web服務(wù)器，其可執(zhí)行代碼不到100KB。編譯好Boa后，對(duì)Boa做一些配置和修改。主要通過對(duì)boa.conf進(jìn)行修改，配置CGI腳本存放路徑在boa.conf中用 ScriptAlias來指明，然后創(chuàng)建HTML文檔目錄、CGI 腳本目錄，最后將boa.conf放到/etc/boa 目錄下。

3.3 Zigbee協(xié)議棧移植

Zigbee是一種新興的短距離、低速率的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要用于近距離無線連接。Zstack是德州儀器針對(duì)該協(xié)議棧開發(fā)的一套半開源的協(xié)議棧，通過移植該系統(tǒng)源碼到CC2530即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、加密及自動(dòng)組網(wǎng)等一系列功能。

4 Android客戶端設(shè)計(jì)

4.1 Android客戶端功能

Android客戶端通過與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互完成如下功能：（1）獲取溫、濕度、可燃?xì)怏w濃度等信息并實(shí)時(shí)更新顯示；（2）查看當(dāng)天溫、濕度圖表信息；（3）控制房間內(nèi)的燈光以及窗簾；（4）查看實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻；（5）控制防盜系統(tǒng)的開關(guān)。

4.2 HelloCharts開源圖表庫(kù)移植

hellocharts-android是一個(gè)可以運(yùn)行的Android 2.2+上的charts/graphs類庫(kù)，一小部分類型的圖表具有動(dòng)畫效果。hellocharts-android在具有硬件加速的Android系統(tǒng)上運(yùn)行效果最好。性能好，功能完善，UI風(fēng)格美觀，坐標(biāo)軸精細(xì)，適合用于展示各種圖表信息。

源碼下載地址https：//github.com/lecho/hellocharts-android

4.3 移動(dòng)圖像監(jiān)測(cè)

通過http方式訪問服務(wù)器，使用WebView加載網(wǎng)頁(yè)的方式顯示實(shí)時(shí)圖像信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用嵌入式Linux作為平臺(tái)，使得系統(tǒng)便于開發(fā)、測(cè)試和升級(jí)。經(jīng)實(shí)際制作與測(cè)試，該系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)上述各項(xiàng)功能，并滿足現(xiàn)代家庭生活需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]童耀南，陳松，李春來.基于GPRS的智能家居無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，24（1）：72-75.

[2]郭美青.基于J2EE架構(gòu)的車輛監(jiān)控WebGIS系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2008.

[3]李述良，陳超，謝兆鴻.基于嵌入式實(shí)時(shí)無線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，29（4）：49-53.

[責(zé)任編輯：張濤]