摘  要： 以S3C2410為核心，以Linux操作系統為平臺，運用嵌入式視頻服務器設計了嵌入式智能家居監控系統，實現了對家庭監控的智能化管理。同時通過GPRS和Internet實現了對家庭系統的遠程控制。
關鍵詞： ARM；Linux；GPRS；智能家居；遠程監控

　智能家居系統利用多項高新技術把家電設備、家庭安全防護、家居智能化以及互聯網有機的結合在一起。本文闡述了基于GPRS技術、ARM嵌入式技術、網絡技術以及視頻采集與傳輸技術來實現智能系統的遠程控制。
1 總體設計
　本系統使用FS2410開發板、GPRS模塊以及USB攝像頭完成對現場的監控功能，硬件來源于FS2410開發板自帶的資源以及相應的傳感器模塊，如溫度傳感器、紅外傳感器等。當溫度傳感器所測量的溫度值高于系統設置溫度的上限值或者紅外傳感器探測到有不法分子闖入時，則開啟相應的報警功能、防盜功能和滅火功能，并通過GPRS模塊以短消息的形式通知用戶，及時反饋現場情況，等待用戶操作。同時用戶可以通過Internet異地遠程實時查看現場情況，并根據系統中定時捕獲的圖片數據以及具體情況采取不同的措施，以達到遠程控制的目的。系統總體結構如圖1所示。

2 系統硬件設計
　家居監控系統的硬件部分如圖2所示，主要包括S3C2410主控制器、USB攝像頭、GPRS模塊、溫度傳感器、紅外傳感器、報警器和SD卡等。
　系統選用FS2410開發板作為開發平臺。由于該開發板資源豐富，考慮到系統的實際需求，以ARM2410內核為重點，裁剪了必要的功能模塊，設計了家居監控的硬件模塊。它包含S3C2410 MCU、2片32 MB NAND Flash、1片2 MB NOR Flash以及1片以太網控制芯片，同時還包括2路串口通信模塊、2個USB接口、1個HOST接口、1個SD卡接口和1個液晶接口等。
　攝像頭模塊采用中星微ZC301攝像頭，它最高分辨率可達640×480，圖像清晰、視頻流暢且亮度和對比度可調。通過它可以抓取實時的數據，直接通過壓縮編碼技術存儲在SD卡中，也可以把數據發送到BOA服務器中，這樣可以通過Internet查看實時情況。
　GPRS是在現有的GSM移動通信系統的基礎上發展起來的一種移動分組數據業務。GPRS通信模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF連接器和天線接口6部分組成，支持數據、短信、語音和傳真業務。該模塊在本設計中與S3C2410的UART接口1相連接。
　溫度報警器模塊是由單片機（89C52）作為主控芯片，通過RS485總線與主控制器（ARM處理器）進行通信。溫度傳感器選用Dallas公司的單線數字溫度傳感器芯片DS18B20。該芯片與傳統的熱敏電阻有所不同，它可以直接將被測溫度轉化為數字信號，以供單片機處理，不需要再設計模數轉換電路。此外，它還具有微型化、低功耗、高性能及抗干擾能力強等優點。用戶可以自動設定報警的上限溫度。溫度報警器模塊如圖3所示。

　紅外監控模塊是一種能檢測人或動物身體的紅外線而輸出電信號的傳感器。這里把它作為機器的一種傳感器來應用。例如，在房間無人的時候，開啟自動監控，結合攝像機或數碼照相機自動記錄動物和人的活動等。
　SD卡是一種基于半導體快閃記憶器的新一代記憶設備，它被廣泛地應用于便攜式裝置，這里將其應用于系統中數據的快速備份。
3 系統軟件設計
　系統的目標代碼運行在S3C2410上，選用的開發平臺是ubuntu 8.10，uboot選用的版本是0.3.2，Linux內核選用的版本是Linux-2.6.8.1，交叉編譯器選用的是gcc-4.1.1，以Linux為嵌入式操作系統來進行開發。圖4為開機啟動的主進程；當發現盜賊時，則進入圖5所示的防盜進程；當發生火災時，則進入圖6所示的防火進程。

　系統中，消息的傳遞采用共享內存的通信方式，共享內存相比其他幾種方式有著更方便的數據控制能力，數據在讀寫過程中會更透明。當成功導入一塊共享內存后，它只是相當于一個字符串指針來指向一塊內存，在當前進程下，用戶可以隨意的訪問，決定使用共享內存的通信方式。在共享內存中定義的協議如下：
　typedef struct
　{
　short int fireflag；//防火標志
　short int thief_start；//防盜標志
　short int fire_proofing_opt；//防火開關
　short int thief_proofing_opt；//防盜開關
　short int fire_putout_opt；//滅火開關
　short int photo_opt；//照相開關
　short int beep_opt；//報警開關
　short int message_opt；//短消息開關
　float temperature；//溫度值
　}shm_buff；
　攝像頭模塊的程序設計主要是在Linux內核中加入對ZC301的支持。Video4Linux（簡稱V4L）是Linux中關于視頻設備的內核驅動，它為針對視頻設備的應用程序編程提供一系列接口函數，這些視頻設備包括現今市場上流行的TV卡、視頻捕捉卡和USB攝像頭等。

　溫度報警器模塊主要利用DS18B20來獲取現場實時的溫度值，同時和系統中設置的上限值（這里設置為40℃）進行比較，如果大于上限值，則執行防火監控進程。內核空間通過中斷方式獲取當前的溫度值，應用程序通過內核提供的copy_to_user函數來獲取溫度數據。
紅外監控模塊主要利用了熱釋電紅外傳感器來感受外界的變化，產生跳變沿，從而產生中斷的方式，以異步的方式上報事件，進行防盜監控。
　內核空間的設計為：
　irqreturn_t s3c2410but_keyevent（）；
　kill_fasync（&async_queue，SIGIO，POLL_IN）；
　//內核空間發送SIGIO信號給用戶空間
　用戶空間的設計為：
　signal（SIGIO，input_handler）；//SIGIO的信號處理函數
　fcntl（dev_fd，F_SETOWN，getpid（））；
　//為應用程序指定進程為文件的屬主
　oflags=fcntl（dev_fd，F_GETFL）；//獲取文件描述符
　fcntl（dev_fd，F_SETFL，oflags|FASYNC）；
　//修改相應的描述符，在設備中設置FASYNC異步標志
　SD卡模塊主要是利用Linux內核提供的udev機制處理可熱插拔/動態設備，結合Linux下的linuxrc腳本文件，快速實現數據的轉移。
　為了實現動態Web戰術，本系統在設計中選用了支持CGI（Common Gateway Interface）技術的BOA服務器。CGI在物理上是一段程序，運行在服務器上，提供同客戶端 Html頁面的接口。
本系統選用SQLite數據庫，該數據庫具有功能強大、接口簡單、速度快、占用空間小的優點，使其比較適用于嵌入式系統中。SQLite主要用于BOA服務器登錄的驗證。
4 系統的實現
　本文結合GPRS、Internet以及視頻采集技術實現了具有豐富軟硬件資源、低成本、低功耗、便于擴展、升級及維護等特點的智能家居監控系統。

　本文基于Linux操作系統，利用S3C2410為主處理器，結合GPRS以及Internet實現了智能家居監控系統。實驗結果表明，各項測量數據準確，控制過程可靠，使其可以廣泛的應用于實際生活中。
參考文獻
[1] 周曉玲.嵌入式系統的設計與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.
[2] 周立功.S3C2410&嵌入式Linux教程[Z].廣州致遠電子有限公司.
[3] 戴麗.基于Video4Linux的USB攝像頭圖像采集實現[D].合肥：合肥工業大學，2008.
[4] 韋東山.嵌入式Linux應用開發完全手冊[M].北京：人民郵電出版社，2009.
[5] 孫勇，劉杰.基于ARM的GPRS通信終端設計[J].工業控制計算機，2010（5）：49，52.  
[6] Liu Zhiwai. Research of embedded image monitor system based on ARM[D]. Xi′an：Xi′an University of Industry，2006.