智能家居远程监控系统的设计及实现
2023-11-07
来源:好走旅游网
2010年第6期 文章编号:1674—4578(2010)06.0042.02 山西电子技术 应用实践 智能家居远程监控系统的设计及实现 张成法,杨风 (中北大学信息与通信工程学院,山西太原030051) 摘要:介绍了一种基于ARM平台、以太网和GPRS无线通信技术的智能家居远程监控系统.给出了系统的组 成及工作原理,着重阐述了系统主要硬件和软件的设计。智能家居远程监控系统的核心是嵌入式web服务器。通 过该嵌入式web服务器,在用户端只需要通过web浏览器就可以对家用电器设备进行远程控制。该智能家居远 程监控系统还实现了对家庭环境的实时监视和自动报警的功能。 关键词:ARM;智能家居;远程监控;Web服务器 中图分类号:TP29 文献标识码:A 0 引言 随着国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高, 人们对居住房子的舒适性及安全性要求也提升到了更高的 档次,同时计算机技术、网络和信息技术也在不断发展,这使 得家庭智能系统的远程监控成为一种现实 ]。本文设计的 智能家居远程监控系统实现了家用电器等的智能化管理,对 家庭环境的实时监视和自动报警功能。 l 智能家居系统的总体结构 智能家居远程监控系统的核心部分是一个嵌入式web 服务器,系统集有线和无线Web服务器于一体,用户可以利 用办公室的PC登录家中的Web服务器,在通过用户名和密 码验证后,便可以查看并控制家用电器。系统结构框图如图 1所示。 图2系统硬件电路框图 2.2家电控制 本系统针对家电设备的智能化程度不同,提出了不同的 解决方案。对于电灯开关等需要手工控制的传统家庭设备, 系统添加了辅助控制器(继电器等),用户可通过以太网或 手机短信的方式控制处理器GHOn的状态,间接控制家庭 设备;对于电视、空调等可通过红外线控制的电器设备,系统 采用带有以太网接口的通用控制器统一遥控;对于自身具备 图1 智能家居系统的总体结构 网络接人功能,支持远程平台控制的智能电器设备,直接接 人家庭以太网即可。 2.3安防控制 2系统硬件设计 本系统硬件电路框图如图2所示,主要由ARM9控制器 ¥3C2440,FLASH,SDRAM,电源及复位模块,触摸屏显示模 块,USB摄像头,以太网接口模块,GPRS模块,家电控制,安 防控制等组成。 2.1 ARM9控制器s3C2440 ARM9控制器¥3C2440 是基于ARM920T内核的16/ 系统使用的所有探测器(烟感传感器、煤气传感器、门磁 传感器等)和报警设备,都是通过GPIO与控制器相连来完 成报警输入输出的功能。然而这些输入输出信号都有很强 的电流,对系统的干扰较大,因此采用TLP521光电隔离芯片 和继电器对报警输入输出信号分别进行隔离,从而把外部信 号对系统的影响降到最低。 2.4 GPRS模块 32位RISC处理器,具有功能强大、性价比高、功耗低的优 点。 收稿日期:2010—10—09 GPRS模块采用西门子公司的MC35i GPRS MODEM。 作者简介:张成法(1984一),男,山东青州人,硕士研究生,研究方向:单片机与嵌入式系统。 第6期 张成法,等:智能家居远程监控系统的设计及实现 43 当¥3C2440控制器收到报警信号时,它通过UART控制 MC35i,将预存的相应报警信息通过GPRS网络以短信的形 式发送到用户的手机上,同时向小区物业中心发出报警,使 用户和物业部门及时发现险情,并采取有效的处理措施减少 经济损失。 2.5以太网接口模块 驱动程序的加载方式,利用make modules命令生成目标文 件,最后利用insmod命令调用initial—module函数将编译好 的模块调人内存即可。 3.3 web服务器Boa移植 Boa是一个嵌入式Web服务器…,能够生成动态的页 面,支持CGI,比较适合嵌入式系统。在硬件电路板上存放 一由于¥3C2440本身没有集成以太网控制模块,所以需要 一个网页,在用户端可以通过浏览器来访问硬件电路板上这 个与之相匹配的DM9000 2 控制芯片来实现以太网扩展 个网页,然后通过网页中的内容就可以和硬件电路板上的硬 接口。在DM9000和RJ45接口之间通过网络隔离变压器 HR601627来连接,连接图如图3所示,网络隔离变压器起信 号传输、高电压隔离等作用,以保护系统的安全。 I¥3c2440 DMgO00 I㈢l HR601627 I㈢I Pj45接口l 图3 Internet接口连接结构 2.6 USB摄像头 本系统所用的USB摄像头是中星微公司的ZC301P。摄 像头ZC301P采集的视频信号经压缩后形成的视频数据流 会通过内部总线传送到嵌入式Web服务器上,用户可通过 登陆网络直接观看Web服务器上的视频图像,实时监控家 中的情况。 3系统软件设计 本系统控制中心是ARM9控制器,其软件设计包括系统 软件(嵌入式操作系统、硬件设备驱动程序、嵌入式Web服 务器)设计和应用软件(网页设计及CGI应用程序)设计。 3.1嵌入式操作系统在¥3C2440上移植过程 (1)从网站上下载Liuux L4 的内核源码linux-2.6.31. tar.bz2和交叉编译器amO20t-eabi.tgz,这个交叉编译器是 4.1.2版本的,支持EABI,可以提高编译的效率。 (2)在宿主机上将内核源码解压得到linux-2.6.31,将 交叉编译器解压到指定目录。 (3)修改Makefile文件及相关硬件文件。由于内核的 编译是根据Makefile文件的指示进行的,Mak k文件来组 织内核的各模块之间的关系,记录了各个模块之间的相互联 系和依赖关系。所以,修改Linux2.6.31根目录下的Makfile 文件来指定平台和交叉编译器。 (4)通过命令#make menueonfig来配置内核。配置内 核时,让它支持EABI编译。 (5)在linux-2.6.31根目录下执行命令#make zlmage 来编译内核,将生成的内核镜像文件zlmage通过相应的固 化软件固化到系统相应的存储器中,完成linux-2.6.31内核 在ARM微处理器上的移植。 3.2驱动程序的设计 控制器需要多个设备驱动程序。嵌入式Linux系统中 设备驱动程序有一个标准的框架,可以根据硬件结构来填写 框架中的函数。主要的函数包括open(),read(),write(), iocd(),release(),module—init()和module—exit()等。为了 减小内核的大小,把编写好的驱动程序编译成模块。编写 Makefile、Kconfig文件,分别执行make menuconiig命令选择 件设备进行交互。具体移植过程如下: (1)从网上下载Boa服务器源码压缩包boa-0.94.13. tar.gz,将其解压得到boa-0.94.13,在boa-O.94.13/sre下编 译生成boa可执行程序。 (2)把宿主机Linux操作系统下的/ete/mime.types复 制到根文件系统的/etc目录中,在根文件系统的/etc中建立 boa文件夹,根文件系统的/ete/boa目录下建立www、cgi-bin 目录,www中存放HTML文件,c舀.bin中存放CGI脚本,把网 页文件index.ifles和index.html复制到根文件系统的/ete/ boa/www目录下,在根文件系统的/vat目录下建立日志目录 log/boa。 (3)对Boa作配置和修改。主要通过对defines.h,boa. conf和mime.types文件进行修改来实现。修改defines.h指 定Web服务器的根目录路径(SERVER—ROOT)。boa.conf 文件由一些规则组成,用于配置Boa服务器,指定相应端口, 服务器名称,一些相关文件的路径等。Boa服务器要想正确 运行,必须保证该文件是正确配置的,而且该文件和某些静 态网页,CGI可执行程序等都放于某特定目录下。 (4)把boa-0.94.13/src下编译出的boa可执行程序复 制到根文件系统的/usr/bin目录下,把修改过的配置文件 boa.conf复制到开发板的/etc/boa目录下,并将一些静态页 面放在由boa.conf指定的目录下。 (5)重新编译根文件系统。把根文件系统下载到硬件 电路板上。 在硬件电路板上运行嵌入式Web服务器Boa,通过浏览 器就能访问系统所设计的网页。 3.4应用软件设计 本系统的核心是一个嵌入式Web服务器,其应用软件 的设计包括网页设计和CGI应用程序设计两部分。 (1)网页设计:网页设计采用设计工具nreamweaver, FrongtPage等来实现。 (2)CGI应用程序设计:采用c语言来编写CGI应用程 序,实现外部实时数据采样、与家电设备的通信与控制等。 CGI技术可以实现浏览器与嵌入式Web服务器的动态数据 交互。CGI程序保存在嵌入式Web服务器端。在用户端打 开HTML页面,点击HTML页面上设备的控制按钮,就会通 过Intemet把用户请求送到嵌入式web服务器中,服务器接 收用户请求并交给CGI程序处理,实现用户的功能需求,这 就做到了通过对HTML页面上相应设备的点击实现家庭网 络中设备的远程控制。 (下转第46页) 山西电子技术 2010年 函数是今后研究的重点。 [7] Duong Hoang,Ronald A.Ihis.Noncooperative Eigeneod— 参考文献 ing for MIMO Ad Hoc Networks[J].IEEE Transaction on [1] Ye S,Blum R.Optimized Signaling for MIM0 Interference Singal Processing,2008,56(2):865—869. 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The Power Control Based on Non-cooperative Game Theory in Interference Systems Luo Ming-jian,Yi Xiao-xin (PLAUST,Nanifng Jiangsu 210007,China) Abstract:In the paper,it sumInarizes and analy ̄s the question of power control based on non—cooperative game theory in the MIMO interference systems.Mainly,it is divided into four parts.From this paper,the first one is complicated computation.The fol— lowing two can not only guarantee the good performance,but also rdeuce the complexity.Moreover,the last one can restrain the trans— mit power of every user,so as to improve the performance ofunit power,namely to improve the efifciency. Key words:power control;non-cooperative game;utiilty …,…】…,… ,H…】H…,-o● 1…,…, (上接第43页) [J].电子器件,加o6,29(2):42—45. 4结束语 [2] 李剑雄,张策,杨军.基于ARM和DM9000的网卡接口 该系统硬件采用ARM9¥3C2440微处理器作为控制核 设计与实现[J].微计算机信息,2008,24(5):123— 心,软件采用linux-2.6.31内核作为系统的嵌入式操作系 124. 统,采用Boa作为嵌入式Web服务器,结合以太网通信技术 [3] 朱华生,冯祥胜.基于ARM智能家居控制器设计与实 和GPRS无线通信技术实现了对家庭环境的远程实时监视、 现[J].ARM开发与应用,2007,23(1):186. 安防自动报警和对家电设备远程控制的功能。本监控系统 [4] 潘巨龙.ARM9嵌入式Linux系统构建与应用[M].北 具有较大的实用价值,未来的发展空间非常大,能够使人们 京:北京航空航天大学出版社,2006. 生活得更加舒适安全。 [5] 林旭东.智能家居系统相关技术及发展趋势[J].科技 参考文献 创新导报,2008(7):6. [1] 付保川,王中杰.基于ARM的嵌入式Web服务器研究 The Design and Implementation of Intellectual House Remote Monitoring System Zhang Cheng-fa,Yang Feng (College ofInformation and Communication Engineering,North University foChina,Taiyuan Shanxi 030051,China) Abstract:This paper introduces a intelligent house remote monitoring system based on ARM platform,Ethernet and GPRS wierless communication technology.It ves the composition nad working principle of the system and emphasizes the design of major hardware and software.The core of intelligent house remote monitoring system is the embedded Web server.Through this server。the client can realize the remote control for household aDpliances devices.The intelligent house remote monitoring system also enables real—time mo- nitoring of the family enviornment and the automatic alarm. Key words:ARM;intellectual house;remote monitoring:Web server