嵌入式智能家居控制系统设计发展策略
伴随着人们工作节奏的加快和工作环境的不确定性，人们越来越注重居住环境的安全，希望能在第一时间知道家中的安全情况，因此，设计一种智能家居远程控制系统具有良好的实际意义[1]。

目前，大多数嵌入式系统都以处理器为核心，与一些检测、监控设备配合实现一定的功能，但是由于视频图像传输的影响以及监控界面的问题，客户端的远程监控效果并不理想[2]。

如果嵌入式智能家居系统能够连接到Internet和GPRS模块，则用户可以通过远程登录界面来了解家居环境信息[3]。

因此，本文提出了一款具有网络功能的智能家居控制系统的实现方案，使用火狐浏览器作为上位机，采用JPEG高效压缩算法对视频图像进行压缩[2]，用户不仅可以通过浏览器监测家居环境信息，还可以访问Web服务器中的视频，同时，GPRS通信模块还能将异常信息以短信方式通知用户，提高了智能家居控制的灵活性[4]。

1 系统架构
系统采用S3C2440处理器作为主控芯片，该芯片是基于ARM920T 内核的RISC微处理，S3C2440处理器内部集成了很多控制器接口，便于与外部器件连接。

整个系统通过传感器检测家居环境，USB摄像头采集视频数据。

当系统接入Internet，用户就可以登陆家居管理主页，查看各种传感器的数据信息，操作室内照明灯，还可以浏览家居画面。

当室内有危险时还能触发本地蜂鸣器报警，并能通过GPRS通信系统向用户发送紧急短信。

整个系统的结构如图1所示。

图1 系统结构框图
1.1 硬件设计
（1）嵌入式微处理器
本设计使用TX2440A开发板进行设计。

采用S3C2440处理器作为主控芯片，主频可以达到400 MHz，具有MMU管理单元、控制器、支持外部存储器，板载64 MB SDRAM，256 MB NAND Flash，LCD显示部分为3.5英寸TFT真彩色液晶屏，网络芯片为DM9000，1个10M 以太网RJ-45接口，4个USB Host，1个USB Slave B型接口。

TX2440A 开发板上还扩展了丰富的接口，如蓝牙接口、CAN接口、ZigBee接口等，方便进行软件调试以及系统测试。

（2）视频采集模块
采用了ZC301摄像头，利用Linux提供的Video4 Linux API函数对USB摄像头采集视频数据[4]，然后将视频数据通过内部总线发送到视频流服务器MJPG-streamer上[2]，视频流服务器将视频图像数据进行压缩后，采用TCP/IP协议进行远程传输，再通过CGI函数集实现客户端与服务器的之间的交互，远端客户机通过浏览器就可以查看现场监控画面[1]。

（3）传感器模块
本系统采用DS18B20温度传感器采集室内温度；采用HIH-4000湿度传感器采集室内的湿度；采用DSM501A粉尘传感器来检测室内粉尘浓度；采用PIP探头LH1778为核心的检测电路来检测是否有人员入侵，并利用蜂鸣器进行本地报警和GSM短信报警。

这些传感器模块通过S3C2440 的I/O口接到控制中心，并把采集到的信息发送到
Web服务器上。

（4）GPRS通信模块
GPRS通信模块选用西门子电气公司生产的MC35i，该模块可以提供语音传输、彩信业务和数据传输业务等接口，内置了彩信MMS 协议和TCP/IP协议[3]。

该模块与处理器S3C2440采用串型端口进行数据通信，MC35i上的TXD0端口主要用于接收处理器发送的数据；GPRS模块上的RXD0端口用于向处理器发送数据。

通信模块将GPRS 网络和Internet网络链接起来，通过与监控中心建立通信链路来进行双向的数据通信。

1.2 软件设计
软件设计主要完成应用程序的设计和监测界面的实现。

应用程序通过调用驱动程序从而实现对硬件的控制，主要完成室内环境监测模块、照明控制模块和视频监控模块等软件设计，该应用程序使用CGI 语言实现，将CGI嵌入式网页中，用户通过调用CGI程序，以表单的方式将返回信息呈现给用户，从而实现网络监控。

（1）环境检测模块的软件设计
该模块设计主要是检测室内的温度、湿度、和粉尘浓度，整个流程是先由传感器获取室内的状态信息，然后通过网络将信息传输到服务器平台上。

用户通过操作平台就可以查看室内环境信息，当达到危险值时，蜂鸣器进行报警，同时微处理器通过串口向GSM短信模块发送命令，通知用户家中有危险[3]。

以温度传感器为例的温度采集流程图如图2所示。

（2）照明模块的软件设计
该模块主要设计室内照明，系统采用开发板上的LED1～LED3 灯分别来模拟室内照明灯。

在/www/Leddate目录下建立一个文本文件：led.txt，保存LED 灯的状态信息，将每次对LED 灯的操作进行数据实时更新。

（3）视频监控模块的软件设计
视频监控实现分为三个部分：视频图像采集、视频数据传输、视频图像显示。

通过Linux系统内部的V4L对视频图像采集，将采集到的原始图像数据通过JPEG压缩输出给客户端进行实时播放，网络传输中应用层采用TRTP /RTCP协议配合来保证传输的质量，传输层与网络层采用TCP/IP协议。

同时移植BoaWeb 服务器，通过CGI监听客户端的请求，从而实现与客户端的网络交互[1]。

视频监控的软件设计框图如图4所示。

图2 温度采集流程图
图3 视频监控的软件设计框图
1.3 监测界面的实现
根据CGI程序的工作原理，监控页面主要分两部分组成：静态表单页面设计和动态Web页面设计，使用HTML来设计静态页面，使用CGI技术制作动态页面[4]。

当用户通过浏览器访问Web服务器时[5]，访问的第一个文件是index.html，将弹出一个对话框要求用户输入登录信息，进行身份验证，由login.cgi 对用户的登陆信息进行验证，通过认证之后，用户才能进入系统的主页面main.html，在
main.html 主页面里为用户提供三种功能：家居环境检测；室内电灯控制；网络视频监控。

其中家居环境检测、报警信号、照明灯由main.cgi 程序进行控制，每个模块利用CGI传输数据和操作指令，完成照明灯的操作和数据保存；网络视频由视频流服务器Mjpg-streamer通过网络传输到浏览器。

当鼠标点击视频查看按钮时，该页面会链接到stream.html上，显示视频监控画面，在此界面上，点击左侧的菜单可以进行远程画面拍照，点击控制菜单将进入视频参数调整界面。

链接部分的HTML 语句如下：
其中202.117.66.20为Boa 服务器及硬件电路板的IP地址，href 的内容为链接的地址，img里的src为该链接的显示图标。

表1 系统主要页面功能说明表
序号程序名功能描述。