基于ARM的嵌入式家居监控系统的研究与设计

1、基于基于 ARM 的嵌入式家居监控系统的的嵌入式家居监控系统的 研究与设计研究与设计 目目 录录 基于 ARM 的嵌入式家居监控系统的设计及实现.1 第一篇第一篇 概述概述 1范围.4 2设计依据.4 3术语、定义和缩略语.5 2.1术语、定义.5 2.2缩略语.5 第二篇第二篇 关键技术说明关键技术说明 4关键技术说明.5 第三篇第三篇 系统原理系统原理 5家居监控系统的分析.6 第四篇第四篇 硬件总体设计硬件总体设计 6硬件系统构成.6 6.1家居系统的系统框图.6 6.2家居网关的硬件体系结构.7 6.3远程客户端的实现.8 6.3.1客户端总体设计.8 6.3.2客户端与家居网关的通信

2、策略.9 6.3.3客户端与家居网关间数据的同步.10 6.4家居 ZIGBEE 网关的硬件结构体系.11 第五篇第五篇 软件总体设计软件总体设计 7软件开发平台的构建.12 7.1交叉编译器.13 7.2嵌入式 LINUX 的移植.13 7.3家居网关的图像界面的实现原理.14 7.4QT 开发环境的建立 .14 7.5JPEG 库的移植 .15 7.6程序的安装和运行.16 7.7QT 下的程序设计 .16 7.8信号与槽机制.17 7.9QT 下的网络编程 .17 第六篇第六篇 经济性要求经济性要求 8材料成本控制要求.18 第七篇第七篇 参考文献参考文献 第一篇第一篇 概述概述 1范围

3、范围 本规范规定了基于 ARM 的嵌入式家居监控系统的主要研究内容、系统原理、 硬件总体设计、软件总体设计、关键技术等、预计经济成本等。 2设计依据设计依据 随着计算机技术，通讯技术，网络技术的快速发展，消费电子产品正逐渐 与计算机、通讯技术密切结合在一起；同时随着人们生活质量的日益提高，人 们对家居安全、家居智能化的要求也越来越高，需要将家居安全、家居智能化 和家居通讯与网络设施集成在一起。将高科技产品应用于住宅和物业管理已经 成为当今商品房的一大卖点。随着计算机普及和信息产业的发展，人们对居住 环境的要求不断提高，智能家居越来越成为中国家居市场的主流。目前，中国 已在经济发达地区如北京、深

4、圳、广州、上海等地建立了一批智能住宅小区， 而且正快速地向其他地区辐射。建设部已将智能化住宅小区列为国家重点发展 方向。预计未来 5 到 10 年可以形成主流市场。智能家居将大大改变人们的生活 方式和工作方式，带动房地产业、智能化装修、小区服务中心、传统家电企业 等相关产业的发展。家居数字化、建筑智能化及相关技术产品正在得到发展， 智能化家居将逐步走入人们的生活。 目前美国的智能建筑、智能家居一直处于国际领先地位，国内的智能家居 产品大多数照搬或简单改装国外产品。由于我国家居生活方式与国外相差甚大， 因此开发适合我国家居特色的智能家居产品显得非常重要，嵌入式家居项目的 应用前景也是非常广阔的。

5、 家居智能化，称为 Smart Home。该住宅是面向系统设计的，系统通过家庭 总线把住宅内各种与信息相关的通讯设备，家用电器和家庭保安装置都并入到 网络节点中进行集中的和异地的监视控制。该系统具备了很大的自主性，能根 据室内外环境的变化或所感应到的事件自行的调节或采取一定的预定义措施。 比如根据天气状况自动调节室内的灯光，空调，湿度以达到一个比较适宜的环 境并节省能源；当发生安防事件的时候，该系统能主动通知社区保安，并及时 的通过手机或电话通知用户。 3术语、定义和缩略语术语、定义和缩略语 3.1术语、定义术语、定义 ARM9S3C2410：内嵌 ARM920T 三星公司生产的 32 位微处

6、理器 S3C2410。 SDRAM：Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存 储器，同步是指 Memory 工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输 都以它为基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是 指数据不是线性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。 QT：是一个用于桌面系统和嵌入式开发的跨平台应用程序框架。它包括一 个直观的 API 和一个丰富的类库，以及用于 GUI 开发和国际化的集成工具，另 外它支持 和 C+开发。利用它，我们无须重新编写源代码，便可以构 TM Java 建运行在不同桌面操作系统和嵌入

7、式设备上的软件应用程序。 ZigBee 技术：技术：是一种拓展性强，易布建，低成本的无线网络技术，具有低 耗电、双向传输和感应功能等特点。ZigBee 技术的物理层标准和 MAC 层标准 的制定工作是在 IEEE802.15.4 任务组中进行。IEEE 在 2000 年 12 月成立了 802.15.4 小组，致力于对较长使用寿命 (电池可以维持数月至数年)、低复杂度、 可应用于传感器、互动玩具、智能标记、远程控制和自动化家庭的低速率通信 解决方案的研究。 NAND-Flash：是 flash 内存的-种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态 大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-

8、flash 存储器具有容量较 大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越广 泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3 随身听记忆卡、体积小巧的 U 盘等。 3.2缩略语缩略语 GUI：Graphical User Interface，简称 GUI，又称图形用户接口。. GPRS：通用分组无线业务(General Packet Radio Service) RISC：Reduced Instruction Set Computer, 简称 RISC，又称精简指令集 第二篇第二篇 关键技术说明关键技术说明 4关键技术说明关键技术说明 随着电子信息技术的发展及其应用的普及

9、，住宅的自动化以及智能化正成 为一种趋势。通过分析现有家居监控系统及其发展趋势，结合嵌入式技术和无 线个人局域网络的技术的发展成果，提出了一种家居监控系统的解决方案。 在对家居监控系统应用需求分析的基础上，确定了包含家居网关，无线家 居网络和远程客户端这三个部分的总体架构，从这三个部分的研究与设计出发 完成了整个系统的设计。 家居网关的硬件平台采用以 ARM9 嵌入式处理器为核心的硬件架构，在其 上移植了 Linux 操作系统和 Qt 图形用户界面（GUI）运行环境，并进行了基于 Qt GUI 的家居网关软件总体设计，完成了视频采集及处理模块、无线网络管理 模块、图像用户界面等各个部分的设计，

10、使系统具备视频监控、无线网络传输、 以及为远程客户端提供数据服务等各项功能。同时，利用 ZigBee 网络技术，进 行无线网关及部分终端节点的软件设计。最后设计远程客户端与家居网关的通 讯协议和监控软件，初步实现家居监控系统的各种功能，达到预期的目标。 第三篇第三篇 系统原理系统原理 5家居监控系统的系统分析家居监控系统的系统分析 家居监控系统让用户可以在本地和能接入 Internet 的远端监控家居系统的运 行，可以从如图 3-1 所描述的视角看待该系统。 图 3-1 家居系统的总体视角 家庭网关是监控系统的核心，在本地用户就是通过该设备的用户界面上监 控整个网络的，同时该网关也是室内系统与

11、外部网络通讯的通道。通过接入公 用网的远程客户端，用户可以远程监控家居系统。以下就家居网关、内部控制 网络和远程客户端分别阐述其总体设计思路。 第四篇第四篇 硬件总体设计硬件总体设计 6硬件系统构成硬件系统构成 6.1家居系统的系统框家居系统的系统框图图 远程客户端 USB摄像头 以太网络 RS232 触摸屏 Zigbee网关 2 sensorSocket-setBlocking(false); 3 sensorSocket-bind(QHostAddress(),SerAPort); 4 senSocketNotifier=new QSocketNotifier(sensorSocket-s

12、ocket(), QSocketNotifier:Read, this); 5 connect(senSocketNotifier,SIGNAL(activated(int),this,SLOT(dataReceived(); 这里申请了一个封装了套接字 socket 的对象，并将其中的 socket 绑定到了 本机的一个端口上，然后在第 4 句中申请一 QsocketNotifier 对象，并让该对象 监视 1 中所申请的 socket 的收到数据包事件，句 5 表示当该 socket 接收到数据 时监视对象就会发射 activated(int)信号，并引起槽 dataReceived()被

13、调用。这样 利用信号与槽机制就实现了对网络事件的及时处理。 第六篇第六篇 经济性要求经济性要求 8材料成本控制要求材料成本控制要求 下面列出主要硬件的参考价格 电子元件型号厂家单价数量 嵌入式芯片嵌入式芯片ARMS3C2410ASamsung50 元1 ZigBee 模块模块CC2430模块50 元1 LCD 显示器显示器OCMJ5X103050 元1 摄像头摄像头501 备注：总共预计备注：总共预计 300 元元 第七篇第七篇参考文献参考文献 9参考文献参考文献 1嵌入式Linux 应用系统开发实例精讲M. 罗苑棠,杨宗德.北京:电子工业出版社,2007. 2 智能化住宅将逐步走入人们的生活

14、. 2005.01.08 3 ARM-Linux 嵌入式系统开发基础.孙弋 主编 西安电子科技大学出版社 2008 4 王凯明. 智能家居系统的研究:硕士学位论文. 陕西西安: 西安科技大学, 2005 5 李华毅. 基于嵌入式的智能家居监控系统的研究与设计:硕士学位论文. 武汉: 武 汉理工大学 2008年5月 6 李文仲, 段朝玉. ZigBee 无线网络入门与实战. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2007年4月 7 愈建新, 王健, 宋健健. 嵌入式基础教程. 北京: 机械工业出版社, 2008年4月 8 张伟. 嵌入式数据采集系统的设计:硕士学位论文. 武汉: 华中科技大学, 20

15、08年6月 9 李程. 基于嵌入式的智能家居系统研究:硕士学位论文. 成都: 电子科技大学, 2006 年3月 10 杨程. 嵌入式智能家居系统的研究:硕士学位论文. 哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2007 年3月 11 徐东. 基于嵌入式系统的智能家居系统研究:硕士学位论文. 山东: 山东大学, 2006年4月 12 王殊, 胡富平, 屈晓旭等. 无线传感器网络的理论及应用. 北京: 北京航空航天大学 出版社, 2007年7月 13 吕治安. ZigBee网络原理与应用开发. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2008年 14 胡晓东. 基于 ZigBee 技术的家居智能控制系统设计:硕士学位论

16、文. 长沙: 湖南大 学, 2007 年 8 月 tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGea

17、UwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cLmTWN60eo8Wgqv7XAv2OHUm32WGeaUwYDIAWGMeR4I30kA1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGZ7R4I30kA1DkaGtgKQcWA3PtGZ7R4I30k A1DkaGhn3XtKknBYCUDxqA7FHYi2CHhI92tgKQcWA3PtGshLs50cL