基于Linux的智能家居研究与实现

【摘 要】智能家居通常由住宅、视频监控、无线节点、服务器、客户端以及网关六大部分组成。本文针对这几部分，提出了以S5PV210处理器为核心的嵌入式智能家居项目的实现方案。

【关键词】智能家居； 视频监控； S5PV210； Zigbee

1 总体设计方案

本系统由室内终端和远程客户端两部分组成。终端采用基于Linux的嵌入式系统， 系统分为硬件平台和件平台两部分，其中硬件平台由处理器和设备组成 ，而软件平台由嵌入式操作系统和应用软件组成[1]，客户端采用Android应用程序。在应用程序登录账户后可对系统进行访问与控制，整个系统是基于B/S架构模型设计。

2 硬件设计

2.1 系统主控

本系统以S5PV210芯片作为系统的控制核心，S5PV210采用了ARM CortexTM-A8内核，ARM V7指令集，主频可达1GHZ，64/32位内部总线结构。提供了外设有存储控制器、NAND Flash控制器、摄像头接口、USB 控制器等。

2.2 传感器采集与控制节点

该方案涉及传感器有DHT11温湿度传感器、MQ-5煤气传感器和HC-SR501释热传感器。控制节点有窗帘电机和RGB-LED，无线传输部分采用TI公司的CC2530F256芯片，运行Zstack协议栈实现自动组网。该芯片基于8051内核，因此该芯片也能与传感器或电机相连，使该模块既作无线传输节点，也作设备控制节点。

2.3 射频卡模块

射频部分采用MF RC-522 RFID射频模块，该模块是应用于13.56MHz非接触式通信中高集成度的读写卡芯片，是推出的一款低电压、低成本、体积小的非接触式读写卡芯片，可通过UART或者SPI进行控制与传输。

2.4 GSM通信模块

GSM通信频谱效率高，接口开放，GSM标准所提供的开放性接口，不仅限于空中接口，而且报刊网络直接以及网络中个设备实体之间。通过鉴权、加密和TMSI号码的使用，达到安全的目的。

2.5 视频监控

本系统以OV9650作为采集摄像头，该摄像头具有130万像素，分辨率高达1280x1024，具有标准的SSCB接口和10bit数据接接口[3]。由于S5PV210内部有摄像头接口外设，因此可直接与摄像头接口对应引脚连接。极大提高了图像采集速率。

3 系统软件设计

3.1 Linux系统移植

构建嵌入式Linux系统需要在PC机搭建交叉编译环境、交叉编译bootloader、剪裁和交叉编译系统内核、制作根文件系统。

搭建交叉编译环境主要步骤有：1）在PC机Linux系统下解压交叉编译工具链源码包。2）针对相应路径，在/etc/profile文件里设置环境变量。

内核剪裁步骤如下：1）编辑Makefile文件。将CROSS_COMPILE =opt/host/armv4l/ bin/armv4l-un-know-linux改为CROSS_COMPILE=arm-linux。2）编译内核make menuconfig配置Linux内核。3）创建内核镜像make zImage。4）Linux内核压缩映像zImage建立根文件系统。

3.2 Boa服务器搭建

Boa服务器是一种非常小巧的Web服务器，其可执行代码不到100KB。编译好Boa后，对Boa做一些配置和修改。主要通过对boa.conf进行修改，配置CGI脚本存放路径在boa.conf中用 ScriptAlias来指明，然后创建HTML文档目录、CGI 脚本目录，最后将boa.conf放到/etc/boa 目录下。

3.3 Zigbee协议栈移植

Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。Zstack是德州仪器针对该协议栈开发的一套半开源的协议栈，通过移植该系统源码到CC2530即可实现数据采集、加密及自动组网等一系列功能。

4 Android客户端设计

4.1 Android客户端功能

Android客户端通过与服务器端进行数据交互完成如下功能：（1）获取温、湿度、可燃气体浓度等信息并实时更新显示；（2）查看当天温、湿度图表信息；（3）控制房间内的灯光以及窗帘；（4）查看实时监控视频；（5）控制防盗系统的开关。

4.2 HelloCharts开源图表库移植

hellocharts-android是一个可以运行的Android 2.2+上的charts/graphs类库，一小部分类型的图表具有动画效果。hellocharts-android在具有硬件加速的Android系统上运行效果最好。性能好，功能完善，UI风格美观，坐标轴精细，适合用于展示各种图表信息。

源码下载地址https：///lecho/hellocharts-android

4.3 移动图像监测

通过http方式访问服务器，使用WebView加载网页的方式显示实时图像信息。

5 结束语

本系统采用嵌入式Linux作为平台，使得系统便于开发、测试和升级。经实际制作与测试，该系统完全实现上述各项功能，并满足现代家庭生活需求。

【参考文献】

[1]童耀南，陈松，李春来.基于GPRS的智能家居无线监控系统设计[J].湖南理工学院学报，2011，24（1）：72-75.

[2]郭美青.基于J2EE架构的车辆监控WebGIS系统的研究与实现[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008.

[3]李述良，陈超，谢兆鸿.基于嵌入式实时无线远程监控系统的设计与实现[J]. 武汉工业学院学报，2010，29（4）：49-53.