摘要： 以智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)為例，設(shè)計了一種以Web 技術(shù)為核心的遠程監(jiān)控系統(tǒng)解決方案， 并實施建立在基于S3C2440 微處理器和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的軟硬件平臺上。在嵌入式Linux操作系統(tǒng)中構(gòu)建了Web 服務(wù)器和視頻服務(wù)器。在此基礎(chǔ)上使用CGI 技術(shù)處理HTML 表單，控制系統(tǒng)硬件，實現(xiàn)交互操作，完成用戶認證、門窗控制、照明控制、溫度監(jiān)測、視頻監(jiān)控等功能。遠程用戶可以通過IE瀏覽器進行實時監(jiān)視，并對監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備實現(xiàn)管理。

智能家居又稱為數(shù)字家庭， 一般是指以計算機接口技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)， 將各種家用數(shù)字化設(shè)備有機結(jié)合為一體的智能化的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這些家用數(shù)字化設(shè)備包括電話、計算機、數(shù)字化的視聽設(shè)備、數(shù)字化的家用電器及安全監(jiān)控設(shè)備等， 通過有線或無線的方式將這些設(shè)備連接起來， 為家庭用戶提供簡單、安全、可靠、智能化的綜合服務(wù)。本文以Web 技術(shù)為核心， 在基于S3C2440 微處理器和嵌入式Linux 操作系統(tǒng)的軟硬件平臺上構(gòu)建了Web 服務(wù)器和視頻服務(wù)器，Web 服務(wù)器采用Boa, 視頻服務(wù)器采用Servfox, 結(jié)合CGI 技術(shù)處理HTML 表單， 完成用戶認證， 門窗控制等家居監(jiān)控功能。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 為智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖。室內(nèi)部分主要包括家電控制、防盜報警、遠程監(jiān)控、防火報警等功能模塊， 這些功能模塊通過Web 服務(wù)器接入Internet 網(wǎng)， 用戶可通過計算機登錄因特網(wǎng)， 遠程監(jiān)控室內(nèi)情況， 同時室內(nèi)如檢測到火、盜等異常情況可通過Internet 向用戶報警。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)由YC2440-F 開發(fā)板、網(wǎng)絡(luò)接口、門窗控制、照明設(shè)備、溫度傳感器、USB攝像頭等組成。YC2440-F 開發(fā)板作為整個系統(tǒng)的控制核心， 負責信息的采集和處理， 并控制各個模塊協(xié)調(diào)工作， 如圖2 所示。

控制核心采用YC2440-F 開發(fā)板。該開發(fā)板是揚創(chuàng)科技公司使用三星S3C2440 處理器開發(fā)的ARM9 開發(fā)板。YC2440-F 開發(fā)板采用核心板+擴展板的結(jié)構(gòu)。

門窗控制模塊可以讓用戶通過互聯(lián)網(wǎng)遠程控制室內(nèi)門窗的開啟與關(guān)閉， 如有人以非正常方式通過門窗進入室內(nèi)， 可向用戶報警。在實驗中選用一個步進電機來模擬門窗控制， 電機正轉(zhuǎn)表示門窗開啟， 電機反轉(zhuǎn)表示門窗關(guān)閉， 步進電機如強行被破壞則報警。步進電機通過集成芯片ULN2003 驅(qū)動，門窗控制電路如圖3 所示。

照明控制模塊可以讓用戶通過互聯(lián)網(wǎng)遠程控制室內(nèi)照明系統(tǒng)的打開與關(guān)閉。在實驗中使用4 個發(fā)光二極管來模擬照明系統(tǒng)， 圖4 為照明控制模塊硬件電路圖。

溫度監(jiān)測模塊可以實時監(jiān)測室內(nèi)溫度， 如果檢測到室內(nèi)溫度超過50℃則報警。溫度監(jiān)測電路采用DS18B20溫度傳感器來實現(xiàn)。DS18B20 使用1-Wire 技術(shù)， 具有線路簡單， 精度高、體積小、低功耗等特點。硬件電路只需將DS18B20 連接到通用I/O 端口GPB0 端即可。圖5 為溫度監(jiān)測模塊電路。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以通過攝像頭實時監(jiān)控室內(nèi)情況， 用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時觀察室內(nèi)的情況。視頻監(jiān)控采用用普通USB 攝像頭實現(xiàn)。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件組成

智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)由設(shè)備驅(qū)動程序、嵌入式Linux 操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序構(gòu)成，如圖6所示。其中嵌入式Linux 操作系統(tǒng)采用2.6 版本的內(nèi)核。

Web 服務(wù)器使用Boa , 視頻服務(wù)器使用Servfox5 , 這是兩款Linux 下的開源軟件， 將源碼進行適當修改就可以移植到嵌入式系統(tǒng)中。

3.2 驅(qū)動程序的開發(fā)

用戶進程是通過設(shè)備驅(qū)動文件控制硬件， 對設(shè)備文件的操作方式就是系統(tǒng)調(diào)用， 如open 、read 、write 、close等。編寫設(shè)備驅(qū)動程序的主要工作就是編寫子函數(shù)，并填充file_operations 結(jié)構(gòu)體的各個域。步進電機、LED 和溫度傳感器DS18B20 都是通過通用I/O 控制的，做為字符型設(shè)備。USB 攝像頭屬于USB 設(shè)備。下面以步進電機驅(qū)動程序為例說明Linux 驅(qū)動程序的開發(fā)過程，具體步驟如下：

（1 ） 編寫驅(qū)動程序源代碼， 將程序源文件motor.c , 添加到內(nèi)核的drivers/char 目錄下。

（2 ） 編輯drivers/char 目錄下的配置文件Kconfig,添加如下內(nèi)容：config MOTOR tristate"Motor Driver"

（3 ） 在char 目錄下打開Makefile , 添加obj -$ （CONFIG_MOTOR）+=motor.o

（4 ） 在內(nèi)核目錄下執(zhí)行make menuconfig 命令， 進行內(nèi)核配置： 在Device Driver -Character Driver 下將MOTOR 選為M, 模塊方式， 退出保存設(shè)置。

（5 ） 執(zhí)行命令make modules , 編譯驅(qū)動模塊。在char目錄下產(chǎn)生motor.ko 的文件， 即所需的步進電機驅(qū)動模塊。通過NFS 方式傳到開發(fā)板上。

（6） 加載驅(qū)動模塊， 執(zhí)行insmod motor.ko .

（7 ） 建立文件節(jié)點， 執(zhí)行mknod/dev/MOTOR_Driver c228 0 .

3.3 實現(xiàn)基于Web 的遠程監(jiān)控

智能家居遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以通過Web 服務(wù)器為用戶提供簡潔， 美觀的操作界面。網(wǎng)絡(luò)控制部分包括登錄界面、用戶認證、主界面、門窗控制、照明控制、溫度監(jiān)測及視頻監(jiān)控。

用戶認證是通過CGI 程序?qū)崿F(xiàn)的。首先在登錄界面中使用HTML 語言添加表單：

<form method="post" action="/cgi-bin/logon.cgi">

用戶名：<input type="text" name="user"><br>

密碼： <input type = "password" name = "pwd" ><br >

&nbsp&nbsp&nbsp<input type="submit" value=" 登錄"> </form>

參數(shù)action 指明處理該表單的CGI 程序， 此表單所填的內(nèi)容會通過Web 服務(wù)器以name=value1&pwd=value2的方式傳給logon.cgi 程序處理， 該程序?qū)τ脩裘兔艽a進行認證。用戶認證界面如圖7 所示， 門窗控制界面如圖8 所示。使用表單在網(wǎng)頁中添加2 個按鈕， 分別控制門窗的打開和關(guān)閉。對應(yīng)的CGI 程序調(diào)用步進電機的驅(qū)動程序， 控制電機轉(zhuǎn)動， 模擬門窗控制。

照明控制界面如圖9 所示， 在網(wǎng)頁中添加4 個復選框， 分別配有4 個發(fā)光二極管。對應(yīng)的CGI 程序調(diào)用LED 的驅(qū)動程序， 控制發(fā)光二極管。溫度控制界面如圖10 所示。CGI 程序調(diào)用DS18B20 的驅(qū)動程序， 讀取溫度傳感器的值， 然后計算溫度， 最后返回一個網(wǎng)頁顯示DS18B20 的信息和溫度。視頻監(jiān)控界面如圖11 所示， 在網(wǎng)頁中添加Java 插件， 接收并顯示視頻服務(wù)器Servfox發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)。添加2 個按鈕控制視頻服務(wù)器的打開與關(guān)閉。

以S3C2440 微處理器為控制核心， 完成了智能家居硬件平臺的設(shè)計。實現(xiàn)了嵌入式Linux 操作系統(tǒng)在S3C2440 微處理器平臺上的移植。編寫了步進電機、發(fā)光二極管以及DS18B20 溫度傳感器的驅(qū)動程序。完成了Web 服務(wù)器Boa 和視頻服務(wù)器Servfox 的移植。使用HTML 語言編寫靜態(tài)網(wǎng)頁， 完成基于Web 的智能家居遠程監(jiān)控部分的主體框架。使用CGI 技術(shù)處理HTML 表單， 控制系統(tǒng)硬件， 實現(xiàn)交互操作， 完成用戶認證、門窗控制、照明控制、溫度監(jiān)測、視頻監(jiān)控等功能。