基于arm远程家居智能控制系统设计

基于arm远程家居智能控制系统设计内容摘要：

类型。 一种是基于数字录像设备为核心的视频监控系统，另外一种是基于嵌入式视频 web 服务器的视频监控系统。 基于数字录像设备的视频监控系统通常采用 PC 机作为视频监控的主机，其中集成了录像机、视频矩阵、图像分割器等众多的功能，这使视频监控系统的结构大大的简化，采用数字多媒体技术、计算机网络技术的远程网络监控没有距离上的限制，系统采用光盘存储器或者大容量磁盘阵列的硬盘， 这样不仅可以节省大量的磁盘存储介质，同时还有利于实现系统的多媒体信息查询。 但是随着基于 PC 机的视频监控系统的发展，在实际应用的过程中，也暴露出了一些系统方面的不足，主要是系统工作的不稳定性等。 基于嵌入式视频 web 服务器的网络视频监控系统，系统采用嵌入式实时多任务操作系统 [3]。 系统将网络摄像头收集到的图片信息通过图片信息压缩，通过内部总线送到系统内置的 Web 服务器，用户可以直接通过网络用浏览器查看 Web 服务器上存储的由摄像头采集的图像信息。 系统将图像的采集和 web 服务功能集成到一个储存很小的空间内，用户通 过系统的网络功能可以直接访问局域网，因此用户不需要再安装任何的硬件设备，仅仅用浏览器即可查看服务器上的图片信息。 该系统同时还具有以下优点： 系统布控的区域广阔，基于嵌入式 Web 服务器的视频监控系统是通过把 Web 服务器直接连接网络，没有信号衰减和布线长度的限制，同时因为网络是没有距离限制概念的，因此抛弃了地域不同的概念，扩大了布控的区域，使系统具备了可以几乎无缝的无限扩展的能力。 因此，网络中的设备都是以 IP 的地址来进行标识，网络中设备的增加意味着 IP 地址的增加。 不需要专人来进行管理，系统性能可靠稳定。 嵌入式 视频 web 服务器是基于嵌入式的微处理器技术，系统使用嵌入式实时多任务操作系统。 对于使用用户来说，通过网络登陆系统，便可以对家中的各种情况进行方便的监控。 随着视频监控系统的不断发展，前端一体化、视频十字化、监控网络化、系统集成化已经成为公认的视频监控系统的发展方向 [5]。 它依托于网络，将数字化视频的压缩、传输、存放和播放做为视频监控系统的核心技术，通过实用智能的图形图像分析技术，基于 ARM 远程家居智能控制系统设计 2 并且将门禁系统、报警系统整合到一个应用平台上，从而引发了视频控制领域的一次技术变革。 智能家 居控制系统工作原理是通过大量的外部检测设备来收集和检测外部的数据，然后通过系统总线将采集的数据信息传送给以 S3C2410 为核心处理器的嵌入式系统，通过处理器进行运算和处理。 然后，通过嵌入式系统的系统总线管理和控制系统中的各个可控终端设备 ,并且进行数据处理、调节和设备自动控制。 智能家居控制系统通过其核心处理器将对数据进行运算和处理，然后将处理后的数据通过 RS232 串口及时的传递给GPRS 通信模块。 通过 GPRS 模块发射和接收无线信号来为外部网络提供网络接口 ,用来连接家庭内部局域网络和外部 Inter 网络，通 过 Inter 网络或手机等方式用户可以方便的来访问家庭的内部网络，从而实现用户对室内各种状况的远程监视和各种家用设备的远程控制。 此外，该智能家居控制系统带有键盘和 LCD,提供了良好的人机界面，用户可以方便的实现本地控制，还可以对系统进行各种设定。 该智能家居控制系统保留了丰富的功能扩展接口，通过对这些扩展接口的扩展，将来我们还可以实现安家电控制、安防和智能抄表等的实际应用。 远程智能家居控制系统的具体功能包括： (1)家庭中各种电气化设备的数据采集：主要包括通过温度传感器测量室内温度，热水器温度等。 系统通 过系统中的 A/D 转换模块将采集到的温度传感器的模拟量转换成数字量通过系统总线传送给系统处理器，经处理器处理后根据系统预先设定数据值比较来控制各个设备。 将各个灯具，家电等设备的开关状态数据，经控制器处理后反馈给用户。 (2)本地控制：用户可以通过系统中的触摸屏和键盘，来设定家庭中的各种设备的参数，达到对家中各种设备本地监控的目的。 (3)远程控制：用户通过发送手机短信或者通过互联网访问智能家居系统对家中各个设备进行远程控制和查询。 (4)红外家电控制：通过红外发射电路控制电视、空调等红外可控的家电设备，接收用 户指令。 (5)家用电器等的开关量的控制：系统接收用户指令经处理器处理后以控制家用电器等开关量设备的状态。 远程家居智能控制系统总体框图如图 所示。 兰州交通大学硕士学位论文 3 图 远程家居智能控制系统总体框图 系统可行性分析 (1) 工作模式：新的智能家居控制系统采用触发式的监控模式。 这种模式改变了以往不间断监控模式的方法，可以智能感知异常，并且可以记录现场状况在异常发生的时候，并通过下发短信告知用户。 (2) 可操作性：采用嵌入式 WEB 浏览器作为用户接 口，系统真正实现随时随地监控，不限定特定的硬件设备和软件环境。 (3) 便捷的用户监控：用户可以方便进行远程监控操作无论是在工作还是其他场所，用户只需要一部手机或者一台接入网络的普通计算机，便可以实现对系统中各个设备进行远程监控的操作。 (4) 系统的可扩充性：开发的智能家居控制系统采用分布式动态管理，可以灵活的通过扩充系统物理资源来扩展用户的实际需要。 (5) 系统界面简洁，友好、美观，直观易操作、富于人性化。 在成本核算方面使得设备本身以及维护的成本大幅度的降低，在智能家居控制中更加实用，有利于在普通家庭 中广泛推广。 主控系统 （ S3C2410） GPRS 手机 摄像头 SD 卡 温度传感器 红外传感器 INTERNET 个人 PC 基于 ARM 远程家居智能控制系统设计 4 此远程家居智能控制系统中硬件上选用以 S3C2410A 为核心处理器的 TQ2410 开发板。 TQ2410 开发板组成如图 所示： 图 ： TQ2410 开发板总体结构 S3C2410A 处理器的标准工作频率为： 203MHz ，最高工作频率： 266MHz。 开发板的外部存储器，内存为 64M， NOR Flash： 2M， NAND Flash： 128M。 10M 的以太网网口 CS8900，带有联接和传输指示灯。 两个 RS232 串口。 有两个 HOST 接口，其中一个 HOST 与 Device 复用，通过短路块进行选择，系统支持 USB 摄像头。 一 50芯 LCD 接口引出了 LCD 控制器和触摸屏的全部信号。 一个 IRDA 红外线数据通讯口，一个 SD 卡接口。 时钟源采用 CPU 内部的实时时钟，带有后备的锂电池。 一个 20 芯Multi－ ICE 标准 JTAG 调试接口，支持 ， 等调试。 电源接口，开关电源直接供电，允许输入直流电压范围是 7～ 20V，推荐使用 12V，带有电源开关和指示灯。 一个 50 芯 2 毫米间距双排标准连接器用作扩展口，引出了地址线、数据线、读写、片选、中断、 IO 口、 ADC、 5V 和 电源、地等用户扩展时可能用到的信号。 TQ2410兰州交通大学硕士学位论文 5 开发板支持 内核。 通过对智能家居系统功能的分析 TQ2410 开发板在硬件上完全支持该系统的开发，因此在硬件上是可行的。 Linux 是一个相似于 Unix 操作系统。 它是一个名为 LinusTorvalds 的芬兰业余爱好编写的，当前已经成为一款最为流行的基于开源的操做系统 [19]。 Linux 从 1991 年问世到现在，己经发展成为一个功能强大、设几完善的操作系统， Linux 操作系统已经成为Microsoft 公司的 Windows 操作系统的强有力的竞争者。 Linux 操作系统不仅可以在普通计算机上运行，而且还在嵌入式系统方面有着很强的优势。 在当前各 种嵌入式操作系统迅速发展的情况下， Linux 操作系统逐渐形成了可以与 windwosCE 等嵌入式操作系统进行相抗衡竞争的嵌入式操作系统。 据统计正在开发设计的嵌入式系统当中，有一半左右的项目选择 Linux 作为嵌入式系统的操作系统，己成为作为嵌入式产品的嵌入式操作系统的最佳理想选择。 Linux 操做系统的优点主要有： (1)免费获取，源代码公开 用户不但可以通过网络， Linux 开源网站免费下载 Linux 操作系统源代码使用，而且都能从许多开源的网站， Linux社区免费得到基于 Linux操作系的多数应用程序。 Linux开放源代码的这一重要特点，使 Linux操作系统的源代码可以在原有的基础上进行修改，剪裁，设计出适合用户使用的操作系统。 (2) 高可靠性和适应性的特点 高可靠性和稳定性是 Linux操作系统重要的特性，因为 Unix的优点被 Linux所继承，其适应性和可靠性程度也更为加强 [6]。 Linux 操作系统可以在多种硬件平台上运行，因为它是一个可以跨平台的操作系统，可以再各种平台上实现，移植起来非常方便。 现在有很多家电业的芯片制造的厂家，都开始做基于 Linux 系统移植的工作，使自己的芯片可以很好支持 Linux 操作系统。 嵌 入式 Linux 内核再网络方面支持也逐渐得到完善，所以基于通信系统的设备非常适合菜用 Linux操作系统进行开发。 高可靠性事嵌入式 Linux操作系统不同与其它嵌入式操作系统最为重要的特点。 虽然在开发嵌入式系统的时候我们根据需要对嵌入式 Linux 的内核进行了必要的裁减，但是嵌入式 Linux 操作系统仍然保持了原来 Linux 操作系统高可靠性的特点，因此很少会出现系统崩溃的现象在使用Linux 操作系统开发的产品中。 (3) 实时性的要求 在嵌入式系统中重要的特性是要求操作系统要具有实时性。 系统中内核任务调度、内核中的 驱动程序操作决定我们所开发的系统是否具备实时性的要求，还与系统响应延迟时间受中断程序的优先级和其他的进程暂时关闭中断响应相关，因此驱动程序中断的基于 ARM 远程家居智能控制系统设计 6 机制和内核的任务管理要可以有效保证实时性的要求。 大多数的嵌入式操做系统并不是具有严格的实时性特性，有些甚至根本没有实时性，而基与嵌入式 Linux 内核操作系统能够很好地满足嵌入式系统的实时性要求，此外还提其他任务间的调用接口以及实时任务。 (4) 具备成熟的开发工具 一套良好的开发和调试工具是开发嵌入式系统的关键。 Linux 有着一套免费的完整开发和调试工具，通过 GUN 的 C 编译器来对源程序进行编译，程序调试通过使用 GDB调试器来进行调试。 用户可以够方便地开发出应用程序基于嵌入式 Linux 操作系统 [22]。 在程序开发时应用程序可以在普通计算机上交叉编译，调试时可通过串口登陆硬件平台，同时还可以利用 NFS 网络文件系统来调试所编写的程序文件。 (5) 灵活地配置内核根据用户需要 通常来说，嵌入式设备中给嵌入式操作系统分配的存储容量都十分有限的，因此嵌入式设备系统应当尽可能减少体积，所以嵌入式设备系统通常采用固化软件的方法，将程序和操作系统嵌入到整个设备里面 [3]。 基于嵌入式 Linux 操作系统出了本身体积较小特点以外，同时继承了 Linux 操作系统一个重要的特性：采用模块化的内核，用户可以选择特定的内核模块根据不同的任务，用户可以根据自己需要裁减内核，可以将不需要的部分去掉，减少内核体积，从而从根本上解决了体积和功能的矛盾。 根据系统的需求，以及对嵌入式 linux 操作系统的分析，可以发现采用基于 为内核的嵌入式操作系统完全能过满足系统的需求。 因此，本系统选用 作为智能家居控制系统的操作系统。 (1) 远程智能家居控制系统开 发平台的搭建，系统软硬件平台的建立。 智能家居控制系统 BootLoader 的移植，基于嵌入式的 内核裁剪、移植。 YAFFS2 文件系统的移植。 (2) 远程家居智能控制系统中各种设备驱动程序的编写，主要包括： A/D 模块驱动程序的设计，红外模块驱动程序设计， lcd，键盘，摄像头等模块驱动程序的设计。 (3) GPRS 通信模块详细设计，系统中采用 GPRS 通信模块，通过串口与 TQ2410 开发板的串口相连接。 其驱动使用串口的驱动程序，主要工作就是编写串口的应用程序，来实现短信息的接受和发送并存储短信 息等功能。 (4) BOA 嵌入式 WEB 服务器模块的设计，在基于嵌入式 Linux 系统的远程家居智能控制系统中移植 BOA 服务器，提供 web 访问服务。 使用户可以通过网络随时、随地兰州交通大学硕士学位论文 7 方便的访问系统，查询家里各种设备的各种情况，从而达到对家居中各种设备的预警、控制、调节，达到家居智能化的目的。 基于 ARM 远程家居智能控制系统设计 8 2 智能家居软件系统定制 在一个基于嵌入式应用系统的开发过程中，系统软件设占据了总工作量的百分之七十以上的工作量，因此熟悉嵌入式软件开发的特点对系统开发非常重要。 通常在具有相当丰富的人机接口在通用的计 算机上所运行的一般操作系，因此在上面可以方便的开发应用程序，甚至包括对计算机系统本身与计算机上操作系统的开发。 由。