(4) 嵌入式數據庫的選擇及移植［7］
本系統在設計中選用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,使其比較適合應用在嵌入式系統中。系統在設計中實現了SQLite3在ARM微處理器上的移植。具體移植方法如下：
① 在http://www.sqlite.org/下載最新的源代碼包sqlite-3.3.8.tar.gz,并將其解壓后將生成SQLite目錄。
② 安裝交叉編譯工具arm-linux-gcc。
③ 修改Makefile文件。Makefile的修改主要包括兩個方面：首先是將編譯器、歸檔工具等換成交叉工具鏈中的對應工具,比如,gcc換成arm-linux-gcc,ar換成ar-linux-ar,ranlib換成arm-linux-ranlib等；其次是去掉與TCL相關的編譯選項,因為默認情況下,將會編譯SQLite3的Tcl語言綁定,但是在移植到ARM-Linux的時候并不需要,因此將兩個與TCL有關的行注釋掉。
④ 利用Make命令編譯生成目標文件SQLite3。
嵌入式數據庫SQLite的應用開發主要是利用它所提供的C語言API函數來開發的,其核心的三個函數如下：
Sqlite *sqlite_open(const *dbnane,int mode,char* *errmsg);//打開一個數據庫
Void sqlite_close(sqlite *db);//關閉數據庫
Int sqlite_exec(sqlite * db,char *sql,int(*callback(void *,int,char * *,char * *),void *parg,char * * errmsg);//用來處理SQL查詢
4.1.2 應用軟件設計
智能家居控制中心的核心是一個嵌入式Web服務器,其應用軟件的設計包括網頁設計和CGI應用程序設計兩部分。網頁設計采用設計工具 Dreamweaver,FrongtPage,Photoshop,Flash來實現。應用程序設計中考慮到系統硬件資源有限,故采用了CGI技術實現瀏覽器與嵌入式Web服務器的動態數據交互。把CGI程序保存在服務器端,當Web頁面打開時,客戶端調用CGI應用程序來實現用戶的功能需求。在系統設計中,CGI應用程序的編寫采用C語言,實現外部實時數據采樣、與外部設備的通信與控制等。本系統控制中心的應用軟件工作流程如圖4所示。
4.2 智能終端應用軟件設計
由于每一個獨立的智能家居終端實現的功能不同,所以針對不同的智能家居終端需要編寫不同的應用軟件,實現家電實時狀態采樣及控制、三表實時數據采樣及安防設備實時狀態采樣等功能。此外,由于本系統設計中智能家居終端的控制核心為MCU,所以其應用軟件設計相對主控中心來說要簡單些。設計中應用程序按照軟件設計流程圖進行編寫,編寫完畢之后,對軟件進行仿真、調試,最終固化應用程序。下面以智能家電終端為例,說明智能終端應用軟件設計。智能家電終端的軟件工作流程如圖5和圖6所示。
5 結 語
與傳統智能家居系統相比,該系統控制中心硬件采用ARM微處理器作為控制核心,軟件采用Linux 2.6內核作為系統的嵌入式操作系統,采用Boa為嵌入式Web服務器,采用SQLite為系統嵌入式數據庫,使控制中心具有豐富的軟硬件資源和可擴展接口,便于系統的開發、調試、維護、升級及擴展,同時也提高了系統的穩定性、可靠性。該系統控制中心與智能終端之間采用
藍牙無線傳輸方式,避免了有線連接方式布線復雜、線路易腐蝕、維護不方便、影響室內美觀等缺點。因此,該系統設計在實際應用中具有一定的借鑒意義。
參考文獻
［1］薛曉明,陳震.藍牙芯片BlueCore03b在遠程控制智能家居系統的應用［J］.泰州職業技術學院學報,2004,4(4):26-28.
［2］于明,范書瑞,曾祥燁.ARM 9嵌入式系統設計與開發教程［M］.北京：電子工業出版社,2006.
［3］劉淼.嵌入式系統接口設計與Linux驅動程序開發［M］.北京:北京航空航天大學出版社,2006.
［4］付保川,王中杰.基于ARM的嵌入式Web服務器研究［J］.電子器件,2006,29(2)：42-45.
［5］陸永健,王萍,吳佳,等.嵌入式Web服務器Boa的移植及其應用［J］.河海大學常州分校學報,2005,19(4):44-47.
［6］賴于樹,李迅波，杜平安.基于嵌入式Web服務器的多通道溫濕度監測儀［J］.儀表技術與傳感器,2006(5):16-18.
［7］雷小俊,李偉.SQLite在嵌入式Web服務器中的應用［J］.信息技術,2006(6):128-130.
作者簡介 李紅剛 男,工學碩士。主要研究方向為計算機測控、嵌入式系統及農業信息化。
張素萍 女,碩士研究生。主要研究方向為電路設計自動化及集成電路IC設計。
方 佳 男,研究員,碩士生導師。主要研究方向為農業信息化。
董玲嬌 女,碩士,講師。主研方向為計算機智能控制。
摘 要：針對傳統智能家居系統不足之處,提出了基于ARM的智能家居遠程監控系統設計方案,并對該方案進行了具體設計。該系統由智能家居終端、智能家居控制中心、客戶端三部分組成,智能家居控制中心與終端之間是基于藍牙無線連接方式,與客戶端之間是基于GPRS和Internet連接方式。本系統基于B/S結構,具有軟硬件資源豐富,成本低,功耗小,便于擴展,升級及維護等優點,具有一定實用價值。
關鍵詞：ARM;智能家居;遠程監控;GPRS;藍牙;Linux
中圖分類號：TP23文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2009)05-134-05
Design of Intellectual House Remote Monitoring System Based on ARM
LI Honggang1,ZHANG Suping2,FANG Jia1,DONG Lingjiao3
(1.Scientific and Technological Information Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Danzhou,571737,China;
2.Science & Information Tchnology,Guizhou University,Guiyang,550025,China;3.Wenzhou Vocational & Technical College,Wenzhou,325035,China)
Abstract：To the deficiency of traditional intellectual house system,the design and implementation of intellectual house system based on ARM are introduced.The system is made up of intellectual house termination,intellectual house control centre and client termination,intellectual house control centre and termination are based on the wireless connection way of Bluetooth,Intellectual house control centre and client termination are based on the connection way of GPRS and Internet.The system is based on B/S structure and has the advantages of abundant hardware and software resourece,low cost,low power,easy to expand,upgrade and maintain.The system has certain using value in practical application.
Keywords：ARM;intellectual house remote monitoring;GPRS;Bluetooth;Linux
隨著計算機、通信及微電子技術的飛速發展和人民生活水平的提高,人們對居住環境的要求,也向著追求精神內涵、安全舒適、便捷智能化和自動化為理想目標,智能化的家居環境也逐漸備受人們的關注。目前,在智能家居系統設計中,智能家居控制中心與終端(家電設備、安防設備、三表等)之間多采用基于總線的有線連接方式(RS 485,CAN,LonWorks等),這種連接方式具有布線復雜、線路易腐蝕、維護不方便、影響室內美觀等缺點;遠程用戶與智能家居控制中心之間的通信多采用電話線和網線的通信方式,未能將目前日益成熟的移動通信技術應用其中,給用戶帶來極大的不便;智能家居控制中心多采用單片機作為控制核心,隨著用戶功能需求的增加,由于單片機軟硬件資源有限,給系統的升級、維護及調試帶來極大困難。鑒于此,本文提出了基于ARM的智能家居遠程監控系統設計方案,并對該方案進行了具體設計。
1 智能家居無線技術概述
1.1 GPRS技術簡介
通用分組無線業務(Geneval Packet Radio Service,GPRS)以分組交換技術為基礎,采用IP數據網絡協議,使現有GSM網的數據業務突破了最高速率為9.6 Kb/s的限制,最高數據速率可達171.2 Kb/s。GPRS具有永遠在線、高速傳輸、按流量計費、減少無線資源浪費及通信成本低等優點。
1.2 藍牙技術簡介
藍牙技術［1］是一項新興的技術，它的主要目的是在全世界建立一個短距離的無線通信標準。它使用2.4～2.5 GHz的ISM(Industry Scientific Medical)頻段傳送語音和數據。運用成熟、實用、先進的無線技術來代替電纜,它提供了低成本、低功耗的無線接口,使所有固定和移動設備通過微微網PAN(Per2sonal Area Network)連接起來。這樣,人們可以通過手機或者互聯網在任何時候、任意地點對家中的任意電器(空調、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機)進行遠程控制。
2 系統的主要功能和總體結構設計
2.1 主要功能
用戶通過手機或Internet實現對家電、燈光、窗簾、門禁、安防等基礎設施及室內環境的遠程實時監視與控制,同時還可自動完成三表(水、電、氣)的抄表工作。
2.2 總體結構設計
智能家居系統遠程監控系統的核心部分是一個嵌入式Web服務器,系統集有線與無線兩種通信方式于一體,用戶可以通過手機或PC機登陸家中的嵌入式Web服務器,通過用戶名和密碼驗證之后,便可以查看或控制家用電器、燈光、窗簾、門禁、安防等基礎設施;系統帶有LCD和鍵盤,具有良好的人機界面；用戶可以通過鍵盤設定系統所需要的參數;系統具有豐富的可擴展接口,如A/D轉換接口、無線藍牙接口、RS 485接口、GPRS接口、以太網接口。系統的總體結構設計如圖1所示。
3 系統硬件設計
3.1 硬件結構設計
系統的硬件結構設計如圖2，圖3所示。由圖2可知,智能終端以MCU為控制核心,外擴藍牙從模塊及其他外設接口；由圖3可知,智能家居控制中心硬件由嵌入式微處理器、外部存儲器、數據通信接口、人機接口及調試接口五大部分組成。
3.2 系統控制中心硬件設計
3.2.1 嵌入式微處理器
本系統選用韓國三星電子的基于ARM920T內核的32位嵌入式微處理器S3C2410作為系統的控制核心,該芯片本身集成了包括存儲器接口、通信接口(USB，RS 232)，A/D，JTAG等在內的豐富的硬件資源,可簡化外圍設備與微處理器的硬件連接程度,提高系統的穩定性、可靠性。
3.2.2 系統存儲器
由于S3C2410的存儲控制器提供了外部存儲器訪問所需要的控制信號,用戶只需要選擇合適的外部FLASH和SDRAM與其相連,即可實現系統的存儲功能。本系統選用SAMSUNG公司的具有512 MB容量的K9F1208作為系統外部的NAND FLASH存儲器,用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統掉電后需要保存的用戶數據等。選用2片容量為32 MB的SAMSUNG的K4S56163作為系統外部的SDRAM,用作程序的運行空間、數據及堆棧區。
本系統在設計中選用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,使其比較適合應用在嵌入式系統中。系統在設計中實現了SQLite3在ARM微處理器上的移植。具體移植方法如下：
① 在http://www.sqlite.org/下載最新的源代碼包sqlite-3.3.8.tar.gz,并將其解壓后將生成SQLite目錄。
② 安裝交叉編譯工具arm-linux-gcc。
③ 修改Makefile文件。Makefile的修改主要包括兩個方面：首先是將編譯器、歸檔工具等換成交叉工具鏈中的對應工具,比如,gcc換成arm-linux-gcc,ar換成ar-linux-ar,ranlib換成arm-linux-ranlib等；其次是去掉與TCL相關的編譯選項,因為默認情況下,將會編譯SQLite3的Tcl語言綁定,但是在移植到ARM-Linux的時候并不需要,因此將兩個與TCL有關的行注釋掉。
④ 利用Make命令編譯生成目標文件SQLite3。
嵌入式數據庫SQLite的應用開發主要是利用它所提供的C語言API函數來開發的,其核心的三個函數如下：
Sqlite *sqlite_open(const *dbnane,int mode,char* *errmsg);//打開一個數據庫
Void sqlite_close(sqlite *db);//關閉數據庫
Int sqlite_exec(sqlite * db,char *sql,int(*callback(void *,int,char * *,char * *),void *parg,char * * errmsg);//用來處理SQL查詢
4.1.2 應用軟件設計
智能家居控制中心的核心是一個嵌入式Web服務器,其應用軟件的設計包括網頁設計和CGI應用程序設計兩部分。網頁設計采用設計工具 Dreamweaver,FrongtPage,Photoshop,Flash來實現。應用程序設計中考慮到系統硬件資源有限,故采用了CGI技術實現瀏覽器與嵌入式Web服務器的動態數據交互。把CGI程序保存在服務器端,當Web頁面打開時,客戶端調用CGI應用程序來實現用戶的功能需求。在系統設計中,CGI應用程序的編寫采用C語言,實現外部實時數據采樣、與外部設備的通信與控制等。本系統控制中心的應用軟件工作流程如圖4所示。
4.2 智能終端應用軟件設計
由于每一個獨立的智能家居終端實現的功能不同,所以針對不同的智能家居終端需要編寫不同的應用軟件,實現家電實時狀態采樣及控制、三表實時數據采樣及安防設備實時狀態采樣等功能。此外,由于本系統設計中智能家居終端的控制核心為MCU,所以其應用軟件設計相對主控中心來說要簡單些。設計中應用程序按照軟件設計流程圖進行編寫,編寫完畢之后,對軟件進行仿真、調試,最終固化應用程序。下面以智能家電終端為例,說明智能終端應用軟件設計。智能家電終端的軟件工作流程如圖5和圖6所示。
5 結 語
與傳統智能家居系統相比,該系統控制中心硬件采用ARM微處理器作為控制核心,軟件采用Linux 2.6內核作為系統的嵌入式操作系統,采用Boa為嵌入式Web服務器,采用SQLite為系統嵌入式數據庫,使控制中心具有豐富的軟硬件資源和可擴展接口,便于系統的開發、調試、維護、升級及擴展,同時也提高了系統的穩定性、可靠性。該系統控制中心與智能終端之間采用
藍牙無線傳輸方式,避免了有線連接方式布線復雜、線路易腐蝕、維護不方便、影響室內美觀等缺點。因此,該系統設計在實際應用中具有一定的借鑒意義。
參考文獻
［1］薛曉明,陳震.藍牙芯片BlueCore03b在遠程控制智能家居系統的應用［J］.泰州職業技術學院學報,2004,4(4):26-28.
［2］于明,范書瑞,曾祥燁.ARM 9嵌入式系統設計與開發教程［M］.北京：電子工業出版社,2006.
［3］劉淼.嵌入式系統接口設計與Linux驅動程序開發［M］.北京:北京航空航天大學出版社,2006.
［4］付保川,王中杰.基于ARM的嵌入式Web服務器研究［J］.電子器件,2006,29(2)：42-45.
［5］陸永健,王萍,吳佳,等.嵌入式Web服務器Boa的移植及其應用［J］.河海大學常州分校學報,2005,19(4):44-47.
［6］賴于樹,李迅波，杜平安.基于嵌入式Web服務器的多通道溫濕度監測儀［J］.儀表技術與傳感器,2006(5):16-18.
［7］雷小俊,李偉.SQLite在嵌入式Web服務器中的應用［J］.信息技術,2006(6):128-130.
作者簡介 李紅剛 男,工學碩士。主要研究方向為計算機測控、嵌入式系統及農業信息化。
張素萍 女,碩士研究生。主要研究方向為電路設計自動化及集成電路IC設計。
方 佳 男,研究員,碩士生導師。主要研究方向為農業信息化。
董玲嬌 女,碩士,講師。主研方向為計算機智能控制。
摘 要：針對傳統智能家居系統不足之處,提出了基于ARM的智能家居遠程監控系統設計方案,并對該方案進行了具體設計。該系統由智能家居終端、智能家居控制中心、客戶端三部分組成,智能家居控制中心與終端之間是基于藍牙無線連接方式,與客戶端之間是基于GPRS和Internet連接方式。本系統基于B/S結構,具有軟硬件資源豐富,成本低,功耗小,便于擴展,升級及維護等優點,具有一定實用價值。
關鍵詞：ARM;智能家居;遠程監控;GPRS;藍牙;Linux
中圖分類號：TP23文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2009)05-134-05
Design of Intellectual House Remote Monitoring System Based on ARM
LI Honggang1,ZHANG Suping2,FANG Jia1,DONG Lingjiao3
(1.Scientific and Technological Information Research Institute,Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences,Danzhou,571737,China;
2.Science & Information Tchnology,Guizhou University,Guiyang,550025,China;3.Wenzhou Vocational & Technical College,Wenzhou,325035,China)
Abstract：To the deficiency of traditional intellectual house system,the design and implementation of intellectual house system based on ARM are introduced.The system is made up of intellectual house termination,intellectual house control centre and client termination,intellectual house control centre and termination are based on the wireless connection way of Bluetooth,Intellectual house control centre and client termination are based on the connection way of GPRS and Internet.The system is based on B/S structure and has the advantages of abundant hardware and software resourece,low cost,low power,easy to expand,upgrade and maintain.The system has certain using value in practical application.
Keywords：ARM;intellectual house remote monitoring;GPRS;Bluetooth;Linux
隨著計算機、通信及微電子技術的飛速發展和人民生活水平的提高,人們對居住環境的要求,也向著追求精神內涵、安全舒適、便捷智能化和自動化為理想目標,智能化的家居環境也逐漸備受人們的關注。目前,在智能家居系統設計中,智能家居控制中心與終端(家電設備、安防設備、三表等)之間多采用基于總線的有線連接方式(RS 485,CAN,LonWorks等),這種連接方式具有布線復雜、線路易腐蝕、維護不方便、影響室內美觀等缺點;遠程用戶與智能家居控制中心之間的通信多采用電話線和網線的通信方式,未能將目前日益成熟的移動通信技術應用其中,給用戶帶來極大的不便;智能家居控制中心多采用單片機作為控制核心,隨著用戶功能需求的增加,由于單片機軟硬件資源有限,給系統的升級、維護及調試帶來極大困難。鑒于此,本文提出了基于ARM的智能家居遠程監控系統設計方案,并對該方案進行了具體設計。
1 智能家居無線技術概述
1.1 GPRS技術簡介
通用分組無線業務(Geneval Packet Radio Service,GPRS)以分組交換技術為基礎,采用IP數據網絡協議,使現有GSM網的數據業務突破了最高速率為9.6 Kb/s的限制,最高數據速率可達171.2 Kb/s。GPRS具有永遠在線、高速傳輸、按流量計費、減少無線資源浪費及通信成本低等優點。
1.2 藍牙技術簡介
藍牙技術［1］是一項新興的技術，它的主要目的是在全世界建立一個短距離的無線通信標準。它使用2.4～2.5 GHz的ISM(Industry Scientific Medical)頻段傳送語音和數據。運用成熟、實用、先進的無線技術來代替電纜,它提供了低成本、低功耗的無線接口,使所有固定和移動設備通過微微網PAN(Per2sonal Area Network)連接起來。這樣,人們可以通過手機或者互聯網在任何時候、任意地點對家中的任意電器(空調、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機)進行遠程控制。
2 系統的主要功能和總體結構設計
2.1 主要功能
用戶通過手機或Internet實現對家電、燈光、窗簾、門禁、安防等基礎設施及室內環境的遠程實時監視與控制,同時還可自動完成三表(水、電、氣)的抄表工作。
2.2 總體結構設計
智能家居系統遠程監控系統的核心部分是一個嵌入式Web服務器,系統集有線與無線兩種通信方式于一體,用戶可以通過手機或PC機登陸家中的嵌入式Web服務器,通過用戶名和密碼驗證之后,便可以查看或控制家用電器、燈光、窗簾、門禁、安防等基礎設施;系統帶有LCD和鍵盤,具有良好的人機界面；用戶可以通過鍵盤設定系統所需要的參數;系統具有豐富的可擴展接口,如A/D轉換接口、無線藍牙接口、RS 485接口、GPRS接口、以太網接口。系統的總體結構設計如圖1所示。
3 系統硬件設計
3.1 硬件結構設計
系統的硬件結構設計如圖2，圖3所示。由圖2可知,智能終端以MCU為控制核心,外擴藍牙從模塊及其他外設接口；由圖3可知,智能家居控制中心硬件由嵌入式微處理器、外部存儲器、數據通信接口、人機接口及調試接口五大部分組成。
3.2 系統控制中心硬件設計
3.2.1 嵌入式微處理器
本系統選用韓國三星電子的基于ARM920T內核的32位嵌入式微處理器S3C2410作為系統的控制核心,該芯片本身集成了包括存儲器接口、通信接口(USB，RS 232)，A/D，JTAG等在內的豐富的硬件資源,可簡化外圍設備與微處理器的硬件連接程度,提高系統的穩定性、可靠性。
3.2.2 系統存儲器
由于S3C2410的存儲控制器提供了外部存儲器訪問所需要的控制信號,用戶只需要選擇合適的外部FLASH和SDRAM與其相連,即可實現系統的存儲功能。本系統選用SAMSUNG公司的具有512 MB容量的K9F1208作為系統外部的NAND FLASH存儲器,用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統掉電后需要保存的用戶數據等。選用2片容量為32 MB的SAMSUNG的K4S56163作為系統外部的SDRAM,用作程序的運行空間、數據及堆棧區。
