基于ARM的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

各種設(shè)備由于功能不同，驅(qū)動(dòng)程序提供的函數(shù)接口也不相同，但Linux為能夠統(tǒng)一管理，規(guī)定了Linux下設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序必須使用統(tǒng)一的接口函數(shù)file_operations。根據(jù)功能填充對(duì)應(yīng)的file_operations中的接口函數(shù)。為便于開機(jī)啟動(dòng)，統(tǒng)一地將驅(qū)動(dòng)程序靜態(tài)編譯到內(nèi)核。

另外，涉及設(shè)備節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建，選擇了udev機(jī)制來自動(dòng)創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn)，具體步驟如下：

1)在一開始定義一個(gè)類class，再在類下面定義一個(gè)設(shè)備class_dev;2)xx_init()函數(shù)中，使用class_creat()和device_creat()創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點(diǎn);3)xx_exit()函數(shù)中，使用class_destory()卸載設(shè)備節(jié)點(diǎn)。其中，設(shè)備號(hào)的選擇，通過查詢內(nèi)核中Documents/device.txt選用空閑的設(shè)備號(hào)，當(dāng)然也可以用major=register_chrdev(0,name,file_operation)自動(dòng)生成。

3.2 串口通信程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境參數(shù)的采集、上傳和監(jiān)控頁(yè)面控制命令的下發(fā)，所以數(shù)據(jù)傳輸是整個(gè)應(yīng)用程序的關(guān)鍵部分，即S5PC100與GPRS模塊的串口通信程序的設(shè)計(jì)。

在定義與串口相關(guān)寄存器地址的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)體構(gòu)造新的串口數(shù)據(jù)類型，結(jié)構(gòu)體成員為函數(shù)指針，它們指向編寫的具體實(shí)現(xiàn)函數(shù)，而函數(shù)體中的數(shù)據(jù)直接操作串口寄存器，實(shí)現(xiàn)了串口驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)際上就是上面驅(qū)動(dòng)程序思想，填充對(duì)應(yīng)的file_operations中的接口函數(shù)，實(shí)現(xiàn)我們自己的驅(qū)動(dòng)程序。以下是實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)類型的主要源代碼：

串口采用中斷方式接收數(shù)據(jù)，提高了串口數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和整個(gè)CPU的工作效率。具體來說，S5PC100的串口1收到輸入模塊發(fā)送的家居環(huán)境參數(shù)，進(jìn)行邏輯判斷，結(jié)合輸出模塊處理后，傳輸?shù)奖O(jiān)控頁(yè)面，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳;S5PC100的串口1收到監(jiān)控頁(yè)面發(fā)送的指令后，調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)，把指令同步到各個(gè)模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下發(fā)。

3.3 Web服務(wù)器的搭建

為方便用戶通過internet或GPRS網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程監(jiān)控家里情況，提供遠(yuǎn)程Web服務(wù)。本模塊主要包括2個(gè)部分：

1)BOA服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)：在嵌入式系統(tǒng)中移植BOA服務(wù)器，提供Web服務(wù);

2)cgi模塊詳細(xì)設(shè)計(jì)：根據(jù)監(jiān)控頁(yè)面上的不同按鈕，發(fā)送不同信息給S5PC100，S5PC100調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)，執(zhí)行網(wǎng)頁(yè)按鈕相應(yīng)功能。

3.4 應(yīng)用程序整體設(shè)計(jì)

在搭建好系統(tǒng)環(huán)境，成功移植硬件驅(qū)動(dòng)后，在Ubuntul2.04上Linux2.6內(nèi)核環(huán)境下進(jìn)行程序的開發(fā)調(diào)試。系統(tǒng)中主要的進(jìn)程，包括3個(gè)線程等待控制命令，在代碼中采用輪詢的形式來對(duì)線程狀況進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)生問題的時(shí)候進(jìn)行相應(yīng)得處理，用戶可通過網(wǎng)絡(luò)訪問本系統(tǒng)并遠(yuǎn)程進(jìn)行控制操作。調(diào)用了兩個(gè)線程分別操作thief處理線程和fire處理線程。thief線程和fire線程分別調(diào)用GPRS模塊和攝像頭模塊進(jìn)行短消息的發(fā)送和圖像的采集及保存。同時(shí)調(diào)用FS_S5PC100開發(fā)板自帶的，蜂鳴器模塊和LED模塊實(shí)現(xiàn)報(bào)警，另外利用流水燈模擬滅火的操作。具體框架如圖3所示。

輸入模塊和輸出模塊也是分別創(chuàng)建線程處理不同的任務(wù)，模塊之間通信選用了消息隊(duì)列，對(duì)于共享資源采用了互斥鎖和條件變量，保證資源的共享和原子操作。

4 測(cè)試結(jié)果

整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行了測(cè)試，利用S5PC100開發(fā)板上自帶的按鍵key1模擬外人闖入，按鍵key2模擬主人進(jìn)入，溫度的采集使用了LM75溫度傳感器采集，同時(shí)為便于調(diào)試我們同時(shí)也利用ADC來模擬溫度變化。整個(gè)監(jiān)控界面效果圖如圖4所示。

通過點(diǎn)擊頁(yè)面上的用戶設(shè)置按鈕，可以設(shè)置用戶名、密碼的修改及新用戶的增加;手機(jī)短信號(hào)碼的修改及新手機(jī)號(hào)碼的增加;短信中心號(hào)碼更改;報(bào)警溫度設(shè)置，這些參數(shù)設(shè)置好后都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。點(diǎn)擊用戶基本信息按鈕，可以查看用戶信息，及報(bào)警功能的開關(guān)狀態(tài)等。點(diǎn)擊歷史照片查看，會(huì)跳轉(zhuǎn)到，頁(yè)面首先顯示第一張照片，可以在查看照片的頁(yè)面上點(diǎn)擊上一張、下一張、返回主頁(yè)面按鈕。點(diǎn)擊歷史照片下載按鈕，歷史照片會(huì)以_tar.gz格式打包。點(diǎn)擊連拍按鈕，攝像頭會(huì)自動(dòng)連續(xù)拍照5張并存儲(chǔ)。另外，在開發(fā)板上配置并開啟crontab定時(shí)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)歷史照片的定時(shí)刪除功能。

在測(cè)試報(bào)警功能時(shí)，先要點(diǎn)擊主頁(yè)面開報(bào)警功能按鈕，當(dāng)按下S5PC100開發(fā)板上的key1鍵，蜂鳴器響，指定手機(jī)收到報(bào)警短信，抓拍的照片可以通過點(diǎn)擊頁(yè)面歷史照片查看按鈕查看。通過點(diǎn)擊主頁(yè)面關(guān)閉當(dāng)前報(bào)警按鈕，關(guān)閉蜂鳴器。當(dāng)調(diào)節(jié)電壓協(xié)調(diào)器使模擬的溫度過高時(shí)，蜂鳴器響，指定手機(jī)收到報(bào)警短信，流水燈不斷閃爍模擬滅火。點(diǎn)擊報(bào)警日志查看報(bào)警記錄，效果如圖5所示。

5 結(jié)論

以上提出的基于ARM的智能家居安防監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，有機(jī)結(jié)合了ARM高效的處理技術(shù)、GPRS可靠的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)等技術(shù)，不僅實(shí)現(xiàn)了安防方面的迅速報(bào)警、記錄證據(jù)和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，而且誤報(bào)率低、成本低。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。另外，本系統(tǒng)還需繼續(xù)改進(jìn)，比如，將開發(fā)板上時(shí)間調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間;增加利用tftp實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程更新應(yīng)用程序等功能。