基于S5PV210的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張光南

（寶雞文理學(xué)院陜西寶雞721016）

智能家居（Smart Home）是融合了計(jì)算機(jī)、通信、控制技術(shù)于一體的現(xiàn)代智慧家居解決方案.目前，國內(nèi)外各種類型的智能家居產(chǎn)品越來越多[1-2]。但一部分采用低性能的CPU作為主控芯片，無法在智能家居系統(tǒng)中集成更復(fù)雜的任務(wù)。還有一部分在控制系統(tǒng)上沒有開發(fā)出更友好的人機(jī)界面（GUI），使用戶無法完成便捷的操作。在對智能家居進(jìn)行充分的研究之后，結(jié)合當(dāng)前較先進(jìn)的CPU芯片提出了一種方便、快捷、高效的智能家居系統(tǒng).以基于S5PV210處理器和linux2.6.30內(nèi)核的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，采用溫度傳感器DS18B20、人體熱釋電紅外傳感器、氣體傳感器、攝像頭等各類傳感器全方位監(jiān)控家庭信息；使用GSM模塊使用戶可通過短信進(jìn)行控制并且將傳感器信息反饋給用戶；并搭建BOA服務(wù)器結(jié)合CGI技術(shù)實(shí)現(xiàn)客戶端和嵌入式服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互，用戶可以通過internet遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制家電的運(yùn)行狀態(tài)；系統(tǒng)控制界面采用QT技術(shù)開發(fā)，并開發(fā)出了基于主從機(jī)式的門禁系統(tǒng)。

1 智能家居系統(tǒng)組成

系統(tǒng)組成如圖1所示，系統(tǒng)采用三星公司的高端ARMCortex-A8 S5PV210處理器作為主控芯片，并由多種傳感器、LCD顯示、GSM通信、以太網(wǎng)通信以及門禁系統(tǒng)等部分構(gòu)成。人機(jī)交互采用3種方式：主控制系統(tǒng)將各種信息集成顯示到LCD顯示屏上并通過觸摸屏控制并設(shè)置；系統(tǒng)建立Web服務(wù)器，用戶可通過internet遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)；用戶可通過GSM方式與系統(tǒng)交互；門禁系統(tǒng)采用主從機(jī)方式設(shè)計(jì)，主控芯片采用STC89C52。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure diagram

系統(tǒng)軟件開發(fā)首先在系統(tǒng)移植linux2.6.30內(nèi)核，在此平臺(tái)下開發(fā)相應(yīng)硬件的驅(qū)動(dòng)程序；使用QT-creator編寫人機(jī)交互界面；在linux2.6.30下配置Boa服務(wù)器；CGI程序主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程客戶端瀏覽器與服務(wù)器之間控制的數(shù)據(jù)交互；使用AT指令控制GSM模塊與用戶手機(jī)通信。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要介紹各種傳感器電路，門禁系統(tǒng)以及GSM電路3部分。

2.1 傳感器電路

各傳感器有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，將其數(shù)據(jù)輸出口與S5PV210處理器的GPIO口相連，各傳感器電路的連接遵循相應(yīng)的電路連接規(guī)范[3]。

2.2 門禁系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

門禁系統(tǒng)采用單片機(jī)STC89C52芯片作為主控芯片，由單片機(jī)、矩陣鍵盤、報(bào)警電路、LED指示燈顯示組成，電路設(shè)計(jì)如圖2所示。系統(tǒng)能完成開鎖、修改密碼、當(dāng)操作錯(cuò)誤的次數(shù)大于系統(tǒng)設(shè)置的極限時(shí)，系統(tǒng)在報(bào)警的同時(shí)還會(huì)鎖定系統(tǒng)以加強(qiáng)密碼鎖的安全性，系統(tǒng)還具有節(jié)電和掉電保護(hù)等功能。密碼設(shè)置在主控系統(tǒng)上LCD觸摸屏上設(shè)置，系統(tǒng)初始化密碼為012345，利用93c46芯片掉電保護(hù)功能，對修改后的密碼自動(dòng)存儲(chǔ)。根據(jù)單片機(jī)的返回值，在主控系統(tǒng)QT編寫的界面上可以控制門的打開以及顯示門的狀態(tài)信息。

圖2 門禁系統(tǒng)電路圖Fig.2 Circuit diagram of entrance guard system

2.3 GSM模塊電路設(shè)計(jì)

TC35i模塊有40個(gè)引腳，通過一個(gè)ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）連接器引出。這40個(gè)引腳可以劃分為5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入/輸出、SIM卡、音頻接口和控制。S5PV210通過擴(kuò)展的MAX232芯片實(shí)現(xiàn)串口通信，TC35i模塊連接到9針的D型插座上，其連接電路如圖3所示。用戶可通過GSM短信功能完成與智能家居控制系統(tǒng)的通信，并獲取家庭內(nèi)各傳感器以及門禁系統(tǒng)的狀態(tài)[4]。

圖3 GSM模塊電路圖Fig.3 Circuit diagram of GSMmodule

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 QT編程

本系統(tǒng)使用Qt creator中的Qt設(shè)計(jì)器設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)程序的人機(jī)交互界面[5]，遵循QT/embedded編程一般規(guī)則編寫代碼，首先實(shí)現(xiàn)了各種電氣設(shè)備、傳感器系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、GSM通信的相關(guān)功能控制和設(shè)置以及家庭娛樂功能，然后在主程序中添加國際化和中文支持，最后編譯并通過NFS進(jìn)行系統(tǒng)測試[6]。

主界面類名為SmartHome，繼承自QWidget類。在其頭文件內(nèi)聲明了6個(gè)功能界面對象，應(yīng)用到QListWidgetItem和QListWidget兩個(gè)類以及mouseMoveEvent方法管理這六個(gè)行為，使其具有顯示隱藏功能。

主界面程序?qū)崿F(xiàn)

class smartHome:public QWidget

{

Q_OBJECT

public:

smartHome（QWidget*Parent=O）:

～SmartHome（）{}

/*6個(gè)功能界面*/

Mycalender*my_calender:

Camer*Camera:

Led*led:

Login*login:

Homecontrol*hongwai:

Imageviewer*imageviewer:

QTimer*timer:

QLabel*labell,*label2:

QListwidgetrtem*item1:

QListwidget*list:

QStackedwidghet*funcwidget:

QDatetime s:

QVBoxLayout*vlayout:

3.2 BOA服務(wù)器的配置與移植

BOA服務(wù)器是一個(gè)小巧高效的、特別適合嵌入式系統(tǒng)的單任務(wù)的web服務(wù)器，它可以運(yùn)行在linux下并支持CGI。本系統(tǒng)中，首先完成在linux下Boa源代碼的下載、修改和交叉編譯，在etc目錄下面新建boa文件夾，將可執(zhí)行文件boa及boa.conf放置到該目錄下，并將mini.types復(fù)制到etc目錄下，在對boa.conf和mini.types兩個(gè)文件完成配置，最后在終端運(yùn)行./boa&。

3.3 客戶端網(wǎng)頁

JavaScript是一種廣泛用于客戶端Web開發(fā)的腳本語言，它基于對象和事件驅(qū)動(dòng)并具有相對安全性，常用來給HTML網(wǎng)頁添加動(dòng)態(tài)功能，比如響應(yīng)用戶的各種操作。CSS（Cascading Style Sheet）可譯為“層疊樣式表”或“級聯(lián)樣式表”，它定義如何顯示HTML元素，用于控制Web頁面的外觀。通過使用CSS實(shí)現(xiàn)頁面的內(nèi)容與表現(xiàn)形式分離，極大提高了工作效率。樣式存儲(chǔ)在樣式表中，通常放在＜head＞部分或存儲(chǔ)在外部CSS文件中。利用CSS和JavaScript編寫客戶端網(wǎng)頁界面如圖4所示。

4 結(jié)論

經(jīng)測試，本系統(tǒng)安全可靠，性能穩(wěn)定，可以使用主控系統(tǒng)界面便捷的對家居系統(tǒng)的各個(gè)功能完成設(shè)置與控制，本地客戶還可通過一臺(tái)上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)或一部手機(jī)即可以靈活方便實(shí)現(xiàn)對家居系統(tǒng)完成監(jiān)控。此系統(tǒng)工作穩(wěn)定，擴(kuò)展性強(qiáng)，配置靈活，功能豐富，具有良好的移植性、通用性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖4 客戶端智能家居控制網(wǎng)頁界面Fig.4 Smart home control webpage interface

[1] 劉舉平，余為清.基于GSM技術(shù)的智能家居遠(yuǎn)程控制器設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2010，26（4）:45-46.LIU Ju-ping，YU Wei-qing.The remote controller design of intelligent home based on GSMtechnology[J].Microcomputer Information，2010，26（4）:45-46.

[2] 周維龍，吳桂清.基于S3C2410的智能家居數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010（2）:38-43.ZHOU Wei-long，WU Gui-qing.Design of smart home data acquisition system based on S3C2410[J].Modern Electronics Technique，2010（2）:38-43.

[3] 周洪，胡文山，張立名,等.智能家居控制系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社，2006.

[4] 潘朝，羅小巧.基于GSM短信的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測量技術(shù)，2013，36（6）:121-124.PAN Chao，LUO Xiao-qiao.Design of smart home controlling system based on GSMSMS[J].Electronic Measurement Technology，2013，36（6）:121-124.

[5] Jasmin Blanchette.C++GUI Qt4編程[M].2版北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[6] 陳鯤，陳云秋.基于Qt_Embedded的嵌入式Linux應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2009，37（1）:156-161.CHEN Kun，CHEN Yun-qiu.Design of the embedded Linux application program based on Qt/Embedded[J].Computer&Digital Engineering，2009，37（1）:156-161.