基于物聯網的智能家居監控系統

岳宏偉 伍軍

摘 要：隨著嵌入式技術的發展和高速寬帶網絡的普及，利用網絡實現智能化的遠程監控已為人們廣泛接受，嵌入式網絡監控系統正是在此條件下逐步發展成熟起來的。本系統采用MCU（S3C2440）作為主控器件，單片機應用系統由硬件和軟件組成。本設計完成了單片機應用系統其開發過程的系統的整體設計、硬件設計、軟件設計和系統調試，根據開發的實際需要，相互協調、交叉，有機的進行，并實現了智能家居監控系統的基本功能。

關鍵詞：嵌入式 網絡 智能 監控

中圖分類號：T31 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0017-02

智能家居控制系統利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、將與家居生活有關的各種子系統，有機地結合在一起，通過統籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間。還將原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交換暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節約資金。而且，隨著新技術和自動化的發展，傳感器的使用數量越來越大，功能也越來越強，各種傳感器都已經標準化、模塊化這給智能家居控制系統的設計提供極大方便。

本設計應完成利用本地瀏覽器通過以太網來訪問S3C2440開發板上Linux平臺下的Boa服務器，然后再調用CGI程序來完成對LED燈的控制或獲取其實時狀態，完成對攝像頭的控制，完成獲取當前環境的實時溫度和實時濕度信息。這些控制和信息的反饋都是在Web頁面來交互完成。并通過此設計來模擬一個真實可行的智能家居監控系統。

1 系統整體設計框圖

本系統是單片機在系統檢測以及工程控制方面的應用，其特點是體積小，成本低，功能強，功耗低，是微機應用產品化的最佳機種之一，它已廣泛地應用在產品智能化和工業自動化上。而把單片機面向工控領域對象，嵌入到工控應用系統中，實現嵌入式應用的計算機稱之為嵌入式計算機系統，簡稱嵌入式系統。本設計系統框圖如圖1所示。

在此系統框圖中，S3C2440開發板是整個系統的核心，所有功能的執行都是通過該開發板來執行的；CGI接口可以使得用戶和Boa服務器之間進行交互和數據的傳遞；Boa服務器在此作為Web服務器；瀏覽器作為用戶的終端用于控制LED燈、溫濕度傳感器和攝像頭模塊。

2 硬件方案設計

本系統采用的開發板具有由韓國三星公司推出的32位RISC微控制器s3c2440，其CPU采用的是ARM920T內核。

具有16KB指令Cache、16KB數據Cache和存儲器管理單元MMU，指令高速存儲緩沖器（I-Cache），數據高速存儲緩沖器（D-cache）提高指令執行效率及數據存儲效率，減少主存帶寬和響應性帶來的影響，加強的ARM體系結構MMU，用于支持winCE、linux等操作系統，內部高級微控制總線（AMBA）體系結構（AMB2.0，AHB/APB）。

此微處理器為手持設備和一般類型應用提供了低價格、低功耗、高性能小型微控制器的解決方案。因此特別適合應用于本設計的開發。

3 軟件方案設計

3.1 軟件功能框圖

本系統主要是通過用戶利用遠程登錄來控制此系統的，用戶的各種操作都是通過外地Web瀏覽器來實現的。本設計的功能框圖如圖2所示。

3.2 軟件設計方法

在本系統中軟件部分分為：嵌入式Web網頁、嵌入式CGI（公共網關接口）、MJPG-STREAMER的移植、設備驅動程序的安裝。

本系統中的嵌入式Web網頁的設計方法和傳統網頁一樣，都是通過HTML語言來編寫的。Web網頁分為：登錄網頁login.html用于驗證登陸者的信息，如果是合法的用戶則可進入本監控系統；主界面home.html用于顯示本監控系通的各個子系統，如：LED控制系統，溫濕度監控系統，視頻監控系統；LED控制系統頁面function1.html用于控制LED燈的亮滅和顯示當前LED燈的亮滅；溫濕度監控系統頁面function2.html用于實時顯示當前環境的溫度和濕度。

本系統中的嵌入式CGI（公共網關接口）程序是通過C語言來編寫的。CGI程序都是通過C語言來編寫的，分為：驗證登錄者的信息login.c；讀取LED狀態led.c；LED的初始化ledinit.c；獲取溫度get_temperature.c；獲取濕度get_humidity.c。

本系統中的視頻服務器是通過將開源項目MJPG-STREAMER適當修改并移植到開發板上來實現的。mjpg-streamer是一個很好的開源項目，用來做視頻服務器，使用的是v4l2的接口。在這里通過將其顯示頁面做適當的修改就能變成自己的視頻服務器，然后通過交叉編譯arm-linux-gcc編譯后，再下載到S3C2440開發板上運行。

本系統中需要給LED燈、溫濕度傳感器和攝像頭安裝驅動程序。在LINUX操作系統中是以文件的形式來管理各個硬件設備的，可以用命令ls/dev/來查看這些硬件設備。在本設計中另外使用的硬件設備的有LED燈、溫濕度傳感器和攝像頭。因為有些硬件設備本身不自帶驅動程序就必須給這些硬件設備添加相應的驅動程序才能系統識別這些硬件設備。在這里我們可以通過insmod命令來插入驅動程序，如插入LED燈的驅動insmod gpiodriver.ko，插入溫濕度傳感器的驅動insmod sht10.ko。

4 系統調試及結果

（1）按圖3連接好硬件，如圖3所示。

（2）在客戶終端輸入登錄網址：

192.168.222.66/login.html，如圖4所示。

（3）輸入正確的用戶名和密碼后進入主界面，如圖5所示。

（4）點擊主界面上的LED控制系統，進入如圖6所示的界面。

（5）點擊主界面上的溫濕度控制系統，進入如圖7所示的界面。

（6）點擊主界面上的溫濕度控制系統，進入如圖8所示的界面。

5 結論

本設計闡述了智能家居的概念及應用前景，對S3C2440開發板，以及Linux操作系統、Boa服務器和CGI的介紹。設計中充分利用了系統的硬件和軟件資源，實現了各個模塊的協調控制，提高了系統的可靠性和通用性。通過本設計實現了智能家居監控系統的基本功能，并可在此基礎上添加各種不同的模塊以相同的工作原理來擴展各種不同的功能。本系統具有投資少、成本低、可靠性高等特點，還具有良好可擴展性和實用價值，符合了未來家電的智能化、網絡化發展方向。本系統還可以應用于工農業生產中，實現對無人值守崗位的遠程控制和安全報警等。

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