郭詩霖

（遼寧科技大學(xué)，遼寧鞍山，114051）

0 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，人們的生活水平也越來越高，對生活質(zhì)量的要求也在不斷提高。，因此，推動了科技在居家環(huán)境中的應(yīng)用，智能家居控制系統(tǒng)在慢慢實(shí)現(xiàn)。此前，智能家居控制系統(tǒng)大多將處理器作為核心，對于室內(nèi)環(huán)境、監(jiān)測等沒有做太多把控。隨著人們對生活品質(zhì)的要求不斷提高，室內(nèi)環(huán)境、智能監(jiān)測等是被人們所需求的，而該系統(tǒng)具有低能耗、低成本和穩(wěn)定性高的特性，因此，嵌入式的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)對提高人們生活質(zhì)量具有重要的意義[1]。

1 智能家居控制系統(tǒng)架構(gòu)

該智能家居的主控芯片為S3c2440 processor，S3c2440 processor是 在RISC microprocessing of ARM920T core的基礎(chǔ)上形成了許多控制接口，方便使用，同時也便于與外部器件連接。傳感器在檢測居家環(huán)境中起到重要作用，同時還需要用到USB攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)。用戶想要查看各種信息，需要先將系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，再登錄家居管理主頁進(jìn)行操作就可以[2]。智能家居控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)家里發(fā)生緊急情況時，會有蜂鳴器報警發(fā)出警報，會自動通過GPRS通信系統(tǒng)向用戶發(fā)送緊急短信。

圖1 智能家居控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

2 硬件設(shè)計

■2.1 嵌入式微處理器

嵌入式微處理器的設(shè)計是在Tx2440a development board的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。主控芯片為S3c2440 processor可以使主頻可以達(dá)到390兆赫以上，而且還具有多項(xiàng)功能如存儲器管理單元、控制器、支持外部存儲器等功能。系統(tǒng)內(nèi)存為64兆，快閃記憶體為256兆，顯示屏為3.5in薄膜晶體管真彩色液晶屏，Dm9000 for network chip，USB主機(jī)4個、從機(jī)1個。

■2.2 視頻采集模塊

該系統(tǒng)是在Linux系統(tǒng)提供視頻4 LinuxAPI函數(shù)的基礎(chǔ)上，采用ZC301型號攝像頭進(jìn)行視頻采集的。視頻流服務(wù)器通過內(nèi)部總線接收視頻數(shù)據(jù)，然后再被壓縮進(jìn)行傳輸，傳輸是通過TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行的，最后通過CGI函數(shù)進(jìn)行客戶端與服務(wù)器的聯(lián)系，客戶就可以通過手機(jī)或者瀏覽器對現(xiàn)場畫面進(jìn)行監(jiān)控[3]。

■2.3 傳感器模塊

智能家居控制系統(tǒng)在傳感器模塊采用的是EE210溫度傳感器，采集室內(nèi)濕度采用的是HM1520濕度傳感器，檢測室內(nèi)粉塵采用的是TQ15-GC1000J粉塵傳感器，檢測電路一般采用LH1778，報警器采用的是蜂鳴器，在報警觸發(fā)之后，在通過GMS發(fā)出報警短信。這些信息到達(dá)控制中心是通過S3C2440，再將所有信息傳送至Web。

■2.4 GPRS通信模塊

該模塊主要選用的PCIE8914，該模塊的主要作用是提供語音傳輸、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，?nèi)部安裝了外部應(yīng)用程序和多媒體短信服務(wù)[4]。該模塊采用串列埠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收處理器發(fā)送的數(shù)據(jù)主要是通過PCIE8914的雙向端口，向處理器發(fā)送數(shù)據(jù)的也是該模塊上的雙向端口。通信模塊處于中心位置（GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)），并將二者連接起來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

3 軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要完成應(yīng)用程序的設(shè)計和監(jiān)測界面的實(shí)現(xiàn)。對室內(nèi)的各個環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控（照片、粉塵、安全問題等），各個模塊在檢測中起到不同的作用。該嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計將應(yīng)用程序嵌入到網(wǎng)頁中，實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)生成影像。用戶可以通過計算機(jī)生產(chǎn)影像的程序，通過反饋的方式傳達(dá)個客戶，客戶打開頁面就可以進(jìn)行查看，進(jìn)而達(dá)到監(jiān)控的目的。

■3.1 環(huán)境檢測模塊

該模塊主要是起到檢測的作用（溫度、濕度、粉塵等），整個過程以傳感器為基礎(chǔ)獲取信息，再進(jìn)行傳遞（互聯(lián)網(wǎng)-服務(wù)器平臺）。圖2為室內(nèi)環(huán)境溫度采集流程圖，用戶通過手機(jī)或者瀏覽器就可以看到室內(nèi)情況，蜂鳴器裝置在室內(nèi)環(huán)境達(dá)到危險值時就會進(jìn)行報警，會自動通過GSM系統(tǒng)向用戶發(fā)送緊急短信[5]。

圖2 室內(nèi)環(huán)境溫度采集流程圖

■3.2 照明模塊

該模塊的作用主要是室內(nèi)照明，而用于照明的燈主要是LED燈（LED1-LED3）。同時還創(chuàng)建一個文本用于保存燈的狀態(tài)信息，而且還會進(jìn)行數(shù)據(jù)更新等操作。

■3.3 視頻監(jiān)控模塊

該模塊主要包含3部分：①視頻圖像采集部分；②視頻數(shù)據(jù)傳輸部分；③視頻圖像顯示部分。進(jìn)行圖像采集的是Linux系統(tǒng)內(nèi)部的V4L，原始圖像經(jīng)過JPEG壓縮輸將被送到客戶端供客戶播放查看，在中層采用實(shí)時傳輸控制協(xié)議，目的是為了保證視頻的傳輸質(zhì)量不被破壞，在網(wǎng)絡(luò)層采用的是通訊傳輸協(xié)議[6]。通過外部應(yīng)用程序和Web端實(shí)現(xiàn)客戶與網(wǎng)絡(luò)的交互。

■3.4 監(jiān)測界面的實(shí)現(xiàn)

該系統(tǒng)的控制界面在計算機(jī)生成影像的基礎(chǔ)上構(gòu)建而成，主要包含兩部分：①靜態(tài)表單頁面設(shè)計，使用超文本標(biāo)記語言；②態(tài)Web頁面設(shè)計，使用計算機(jī)生成影像。當(dāng)用戶訪問服務(wù)器時，彈出的第一個界面是輸入登錄信息，等信息驗(yàn)證通過后，用戶才能進(jìn)行主頁。主要的功能主要包含三個：①室內(nèi)電燈控制；②家居環(huán)境檢測；③網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控。以上三個功能均有主網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，計算機(jī)生成影像進(jìn)行傳輸和操作，生成的視頻通過視頻服務(wù)器傳輸?shù)街黜?，供客戶查看?？蛻粼谶M(jìn)行遠(yuǎn)程觀看視頻時，還可以進(jìn)行拍照。

4 系統(tǒng)調(diào)控與測試

為了驗(yàn)證該嵌入式智能家居控制系統(tǒng)能否支持Android或iOS客戶端能使用，進(jìn)行了一系列系統(tǒng)調(diào)控與測試。分別進(jìn)行軟件測試、硬件測試，再將兩種軟件進(jìn)行結(jié)合測試。其中硬件測試采用E2PROM芯片24C02的讀寫程序，通過數(shù)字信號處理進(jìn)行程序加載，并設(shè)定電壓為220伏進(jìn)行測試，其他測試與此類似。因此，嵌入式智能家居系統(tǒng)可以通過多線程序加載來輔助各模塊實(shí)現(xiàn)功能化處理，提高了系統(tǒng)的面向性。嵌入式智能家居控制性能分析圖如圖3所示，該圖詳細(xì)的分析了嵌入式智能家居控制的覆蓋率。由圖可以看出，不同的手機(jī)客戶端對嵌入式智能家居控制的覆蓋率結(jié)果不同，嵌入式智能家居控制系統(tǒng)，對手機(jī)端的移動點(diǎn)數(shù)依賴較小，因此增加了該系統(tǒng)的安全性和可靠性，同時還提高了智能家居的控制覆蓋率。

圖3 嵌入式智能家居控制性能分析

通過以上測試可以得出，該嵌入式智能家居控制系統(tǒng)通過網(wǎng)頁和手機(jī)可以進(jìn)行查看，監(jiān)測室內(nèi)的各個部分的工作狀態(tài)，而且可以對傳感器的信息進(jìn)行收集整理。用戶可以打開遠(yuǎn)程操作界面進(jìn)行登錄，在輸入完正確的用戶名和密碼之后進(jìn)入到操作頁面，此時就可以查看室內(nèi)的所有信息，還可以通過遠(yuǎn)程去操控各個部位。對視頻監(jiān)控界面進(jìn)行了測試，監(jiān)控畫面為廚房，在手機(jī)中看到視頻信息流暢，沒有網(wǎng)絡(luò)延遲，因此，該嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的檢測效果較為理想。

5 結(jié)語

文章介紹了嵌入式智能家居控制系統(tǒng)的整個框架結(jié)構(gòu)和操作過程。主要分為硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩大部分，系統(tǒng)中涵蓋了多個模塊，可以實(shí)時監(jiān)測居家環(huán)境中各個環(huán)節(jié)。而且該控制系統(tǒng)成本不高，操作簡單，基本達(dá)到了用戶的基本需求，應(yīng)用價值很高。