基于嵌入式Linux智能家居监控系统的设计

1、基于嵌入式Linux 智能家居监控系统的设计王丽丽1，齐赛2，朱琳琳1（1. 哈尔滨理工大学哈尔滨150080；2. 黑龙江电力职工大学哈尔滨150030）摘要：针对传统家居监控系统布线复杂的问题，提出了一种嵌入式智能家居无线监控系统。该系统以S3C2440为硬件平台，以Linux 操作系统为软件平台，系统内移植Web 服务器，并采用了GPRS 无线网络通信传输技术，用户可通过浏览器查询家居信息。实现了对家居的远程监控、状态查询等功能，可满足人们对家居高品质生活的追求。关键词：监控系统；Linux ；Web ；GPRS 中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：16746236（2012）

2、03-0092-02Design of smart home supervision system based on LinuxWANG Li -li 1，QI Sai 2，ZHU Lin -lin 1（1. Harbin University of Science and Technology ，Harbin 150080，China ；2. Heilongjiang Electric Power Staff University ，Harbin 150030，China ）Abstract:Aiming at the wiring complex problem of the trandi

3、tional household supervision system ，a kind of the embedded smart home wireless supervision system is proposed. The system adopts the S3C2440as the hardware development platform ，the embedded Linux operating system as the software development platform ，transplants Web sever in the system ，and uses G

4、PRS wireless network technology.Users can check the household information by browser. The system can realize remote control ，actual situation inquiry of the house ，and can meet the pursuit of high quality life to home. Key words:supervision system ；Linux ；Web ；GPRS收稿日期：2011-12-07稿件编号：201112029作者简介：王

5、丽丽（1986），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生。研究方向：通信与信息系统。随着嵌入式技术、网络技术的迅速发展以及人民生活水平的提高1，人们开始更加注重家居环境的安全，伴随人们需求的提高，基于嵌入式的实时监控系统应运而生。目前，视频监控系统经历了模拟监控、数字监控和网络监控3个阶段。虽然视频监控系统在20世纪90年代末就在中国市场兴起，有很多公司推出了自己的智能家居系统，但是现在仍未得到普及，而且目前智能家居的国际标准尚未成熟，因此智能家居监控系统存在广阔的发展空间。笔者提出的智能监控系统有煤气传感器、红外探头传感器、摄像头等数据采集模块。当监控终端探测到室内发生异常时，摄像头拍照并将到的图片

6、信息经过压缩，通过内部总线发送到Web 服务器，并将相关数据通过GPRS 无线模块发送到用户手机上。用户可以通过浏览器进行访问，以查看Web 服务器上的监控图片，并做出相应处理。1总体设计本系统由室内监控终端和远程监控中心两部分组成。监控终端采用嵌入式系统，分为硬件平台和软件平台两部分，其中硬件平台由处理器和外围设备组成，而软件平台由嵌入式操作系统和应用软件组成2。当检测模块检测到异常时，摄像头采集监控画面，并进行压缩编码处理，GPRS 通过拨号的方式连入互联网，将压缩的码流经过互联网传输到监控中心，整个系统是基于B/S架构设计的，用户不需要安装任何专用的软件就可以查看室内监控系统的画面，总体

7、设计框图如图 1所示。2系统硬件设计2.1主控模块采用S3C2440处理器芯片作为智能家居控制系统的控制核心，CPU 工作频率最高可达533MHz ，拥有可进行乘累加单元（MAC ）、指令和数据存储器管理单元（MMU ）、16kB 的指令和数据缓存、16字深的写缓冲，为程序的高速运行提供了有力保证。S3C2440提供了外设有存储控制器、NAND电子设计工程Electronic Design Engineering第20卷Vol.20第3期No.32012年2月Feb. 2012图1系统总体结构图Fig. 1Structure diagram of the systemFlash 控制器、摄像头

8、接口、USB 控制器等3。2.2GPRS 无线传输模块 GPRS 无线移动通信网络覆盖面广、网络能力强、系统性能稳定、价格低廉、易于安装使用。它基于IP 的网络，传输速率理论上可达171.2kb/s，且传输时延小。本文采用GF-5000WGPRS 模块，它是一个单面高集成度精巧结构设计，拥有GPRSClass10多时隙功能，支持GSM900/DCS1800双频，支持电路交换语音和短消息业务，拥有GSM07.07和增强型AT 命令集。2.3图片采集模块图像采集的设备有很多种，OV9650传感器具有130万像素，分辨率可达1280×1024，具有标准的SSCB 接口和10bit 数据接口

9、4。由于S3C2440片内有摄像头接口外设，所以将OV9650摄像头芯片直接与处理器摄像头接口引脚相连，图像并行传输，图像数据速度明显提高。2.4传感器模块本文选用MC-112催化式传感器，来检测可燃气体浓度。具有半导体技术、高灵敏度、稳定可靠等特点。选用红外热释电传感器LHi778作为人体检测模块。采用红外热释电传感器专用信号处理芯片BISS0001来完成信号的处理放大。网络芯片转换成一个以太网接口，DM9000芯片配备有标准10M/100M自适应功能，支持以太网接口协议，拥有一个通用的处理器接口、一个EEPROM 接口和4k DWORD SRAM 缓存数据区。3系统软件设计3.1嵌入式开发

10、平台Linux 开放源代码、资源丰富、内核可裁剪等优点，因此我们采用Linux 作为操作系统。构建嵌入式操作系统平台主要包括构建交叉编译环境、BootLoader 移植、内核的裁剪与编译、根文件系统的制作等。其中内核的裁剪的主要操作有：1）编辑Makefile 文件。将CROSS_COMPILEopt/host/armv4l/bin/armv4l-un-know-linux改为CROSS_COMPILEarm-linux 。2）编译内核make menuconfig 配置Linux 内核。3）执行命令make dep 创建内核的依赖关系。4）创建内核镜像make zImage 。4）Linux

11、 内核压缩映像zImage 建立根文件系统。3.2图像采集在Linux 下的视频采集是通过Video4Linux 实现的，它是连接视频设备的内核程序，提供了一系列的接口函数API ，专门服务于视频设备的应用程序编程。在编译内核时要将Video4Linux 项选中，对应的设备文件目录是/dev/video。设备驱动提供了open 、read 、write 、close 等函数调用，采用内存映射mmap 方式把设备内存映射到应用程序的内存空间中，用户空间和内核空间不需要交换数据，视频采集流程图如图2所示。3.3GPRS 无线通信利用TCP/IP协议将数据打包，再通过GPRS 模块传到GPRS 网络

12、，GPRS 网络通过路由器与Internet 相连，将数据包送到固定IP 地址的监控服务器端口，以实现系统无线传输。在嵌入式linux 操作系统下实现GPRS 拨号上网，需要PPP 协议支持、拨号应用程序移植和拨号脚本程序编写。PPP即点到点协议，为在同等单元之间传输数据包。系统是通过拨号方式来建立点对点连接，按照顺序发送数据包5。拨号应用程序移植为：#tarzxfv ppp-2.4.3.tar.gz /root#cd/root/ppp-2.4.3#exportCC=arm-Linux-gcc#./configure#make然后对拨号端口进行配置，最后调用ppp_on_dialer脚本文件实

13、现同服务器会话。进而在会话程序中进行登录，实现无线接入。3.4嵌入式Web 服务器Boa 是一种高性能单任务的HTTP 服务器，能够支持实现动态Web 技术的CGI （公用网关接口）技术，源代码开放，而且能够非常方便地在操作系统上进行移植。当有连接请求时，Boa 不为每个连接单独创建进程，而是通过建立HTTP 请求列表来处理多路连接请求，同时为CGI 程序创建新的进程，这样在最大程度上节省了系统资源，所以十分适用于嵌入式系统。我们利用Boa 在嵌入式linux 操作系统上建立Web 服务器，利用CGI 最终实现对家庭设备的控制。Linux 下实现Boa ，需要对Boa 做一些配置和修改。主要通

14、过对boa.conf 和mime.type 文件进行修改，需要将cgi 文件扩展名和application/x-httpd-cgi类型关联；配置CGI 脚本存放路径，在boa.conf 中用ScriptAlias 来指明，然后创建HTML 文档目录、CGI 脚本目录，最后将boa.conf 放到/etc/boa目录下。Web 服务器接收到请求，将浏览器发过来的参数传递给CGI 程序，CGI 程序完成处理，生成HTML 页面代码写到重定向的标准输出6。4结论本系统采用嵌入式Linux 作为软件开发平台，便于系统的开发、测试、升级及扩展，同时也提高了系统的稳定性、可靠性。通过GPRS 无线传输，并

15、应用Web 服务器浏览网页，实图2视频采集流程图Fig. 2Flow chart of the videocapture电子设计工程2012年第3期 图6数字处理模块Fig. 6Digital processing blockLVDS 和并行CMOS 。这两种接口可以被用于串行接口寄存器或在并行结构模式下用于SEN 引脚的电压设置。4应用电路图7是一个基于双通道模数转换器ADS4249的RGB 视频编码器。视频编码器由两个ADS4249组成，先对模拟视频信号滤波并分离出R 、G 、B 三基色信号，再分别对三基色信号采样、量化，产生各自相对应的8位数据，最终形成24位的图像像素数据。 5结论该设

16、计充分体现了ADS4249双通道采样的设计思想，从而使得图像编码更加方便，图像数据的精度也有了很大提高，完全能够满足绝大多数数字图像处理的需要。采用ADS4249进行A/D转换，除了具有低功耗，高速处理能力的特点之外，其250MSPS 的最大采样率，总功耗仅560mW ，可编程增益高达6分贝等特性，非常使用于多载波，宽带通信、无线通信基础设施、数据采集处理及测量等多领域。参考文献：1黄玉兰. ADS 射频电路设计基础与典型应用M.北京：北京人民邮电出版社，2010.2陈邦源. 射频通信电路M.北京：科学出版社，2006. 3孟林，杨勇，牛磊，等. 射频低噪声放大器的ADS 设计J.电子质量，2

17、007（3）:42-49.MENG Lin ，YANG Yong ，NIU Lei ，et al. Designing RF low noise amplifier with ADS J.Electronics Quality ，2007（3）:42-49.4洪志良. 模拟集成电路分析与设计M.北京:科学出版社，2011.5陈艳华，李朝晖，夏玮. ADS 应用详解射频电路设计与仿真M.北京：人民邮电出版社，2008.6夏宇闻. Verilog 数字系统设计教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2004.7龙光利. 基于嵌入式系统的数字扩频收发信机设计J.现代电子技术，2009（05）:93-9

18、5.LONG Guang -li. Design of digital spread -spectrum transceiver based on embedded system J.Modern ElectronicsTechnique ，2009（05）:93-95.图7基于ADS4249的RGB 视频编码器电路Fig. 7RGB video encoder circuit based on ADS4249现智能家居监控系统，能够满足家用的需求。参考文献：1高强，郑晓庆，陈敏嵌入式Linux 的家用无线远程监控系统J.计算机应用，2010（5）:47-51.GAO Qiang ，ZHENG Xiao -qing ，CHEN Min. Home wireless remote monitorsystem based on embedded Linux J.Computer Application ，2010（5）:47-51.2童耀南，陈松，李春来基于GPRS 的智能家居无线监控系统设计J湖南理工学院学报，2011，24（1）:72-75TONG Yao -nan ，CHEN Song ，Li Chun -lai. Design of smart home wireless supervision system based on GPRSJ.Journal of Hu