基于嵌入式Web的智能家居远程控制系统

尹然然

(安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 230051)



基于嵌入式Web的智能家居远程控制系统

尹然然

(安徽交通职业技术学院，安徽 合肥 230051)

[摘要]本文以linux为开发平台，设计了一种基于嵌入式Web的智能家居系统，其中包括系统硬件、CGI程序和DM9000网卡驱动程序等，该系统实现客户端与家居设备之间通过Web服务器进行数据交换，从而达到远程控制的目的。该系统的使用和推广将对人们的生活产生深远和巨大的影响。

[关键词]嵌入式系统；Web服务器；智能家居

1引言

进入21世纪，Internet技术飞速发展，网络在人们的生活中越来越重要。通过网络人们可以快速获取信息，可以便捷地与外界交流，人类社会进入了一个崭新的现代化信息时代[1]。虽然网络已经给我们的生活带来了翻天覆地的变化但是我们对它的利用可能远不止这些。随着嵌入式技术的发展，家用电器、手持设备、测控仪器等设备都可以统一在Internet网络中[2]，嵌入式设备接入Internet成为可能，对远程嵌入式设备进行实时控制已逐渐成为许多专家学者研究的热点。

人们希望通过网络实现远程控制，比如：举行异地网络会议、在单位控制家里有网络功能的家用电器等。因此要不断研究远程控制的新技术来满足人们的需求。本文以linux为开发平台，设计了一种基于嵌入式Web的智能家居系统，该系统实现客户端与家居设备之间通过Web服务器进行数据交换，从而达到远程控制的目的。

2系统设计

2.1结构设计

本系统以家居设备为主控对象采用三层体系结构，由客户端，嵌入式Web服务器和家居设备控制接口组成。系统结构如图1所示。

(1)上层是客户端，客户端可以通过Internet远程浏览和监测家居设备的工作状态、远程控制家居设备操作。

(2)中间层是嵌入式Web服务器，它作为连接Internet与家居设备的纽带，实现家居设备和Internet之间的数据交换。

(3)底层是设备控制接口和数据采集接口以及接入接口的家居设备，它通过驱动控制模块、参数采集模块与嵌入式Web服务器之间交换数据。

2.2硬件设计

本系统采用S3C2440处理器，构建了嵌入式Web智能家居系统的硬件平台。智能家居系统硬件结构主要包括下面几个部分：处理器、网络接口模块、存储器、电源开关、输入/输出接口、复位调试模块。硬件结构如图2所示。

2.3嵌入式智能家居系统Web服务器的移植

移植基于BOA进行。BOA是一个运行于linux下的，适合于嵌入式系统的单任务http服务器软件，其源代码开放、性能好。

移植具体实现过程是：将源代码解压后进入源码目录的 src 子目录，对 BOA 进行配置，生成 Makefile 文件。用户可以根据需要修改 Makefile 文件和源文件，然后运行 make 进行编译，得到的可执行程序 BOA。 接下来进行 BOA 的配置，使其能够支持 CGI 程序的执行。 然后在var目录下建立所需的文件夹，修改初始化文件，程序即可自动运行BOA 。通过制作cramfs文件系统，下载文件系统，启动Linux ，完成嵌入式Web服务器的移植。

2.4网卡驱动程序的设计

嵌入式系统具有可裁剪性[3]，每个系统使用的软硬件都可能有所不同，对于不同的软硬件需要不同的驱动程序，因此，需要进行网卡驱动的开发。

DM9000是一种快速以太网MAC控制器[4]。它有一个10/100M自适应的PHY，一个通用处理接口和4K DWORD值的SRAM 。DM9000提供了连接家庭网络设备或其他收发器的接口。DM9000支持8位，16位和32位接口访问内部存储器。DM9000物理协议层接口完全支持10MBps下3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100MBps下5类非屏蔽双曲线。它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽。

DM9000与S3C2440通过ARM 嵌入式系统和以太网的接口连接，如图3所示。

驱动程序分为主程序和中断服务程序。主程序包括DM9000 的初始化和网卡参数获取、网卡检测、中断服务程序。中断服务程序以程序查询方式来识别中断源，完成具体处理任务。

驱动程序流程图如图4所示。

3系统测试

本地端将一组LED接入继电器驱动控制电路，通过LED的亮灭显示来表示照明设备的通断。当用户点击某个设备的开关按钮(ON或OFF)时，浏览器将相应请求发送到控制器，控制器解析该命令，提取出设置命令并将其发送到相应处理单元，完成对本地端LED的控制，同时将更新的状态通过相反的过程反馈给用户。

测试中，点击电灯、电视机、空调等设备的状态设置按钮，其状态由“OFF”变为“ON”，同时，本地端相应的LED显示点亮，远程控制测试成功，测试结果如图5所示。

4小结

本文构建智能家居系统的功能模块、进行系统软硬件设计、在原型系统上进行系统测试。测试了系统的信息发送和控制功能。通过电视机的开关控制，液晶屏的信息发送，表明远程控制器支持TCP/IP协议和HTTP协议。用户在位于Internet上的任意计算机上都可以通过Web页面控制远程家居设备。测试过程中稳定性满足用户的要求，网络延迟处在智能家居要求范围之内，整个系统设计达到了预期理想的效果。该系统不需要安装特定软件，而且主要通过无线方式连接设备，能有效降低成本，提高运行效率，具有实际使用和推广的价值。随着人们生活逐渐信息化和智能化，对智能家居也会有更多更高的要求。我们还可以通过在嵌入式Web服务器中添加相应的服务就能实现相应的功能，比如：新鲜空气置换系统、防电磁辐射报警、家庭办公等等。

[参考文献]

[1]Moritz G Pruter S，Timmermann D，et a1．Web Services Oil Deeply Embedded Devices with Real—time Processing[C]//Proc．Of the 1 3th IEEE International Conference Oil Emerging Technologies and Factory Automation．Hamburg，Germany：[ s.n.]，2008：432-435．

[2]叶朝辉，杨士元.智能家居网络研究综述[J].计算机应用研究，2001:3-4.

[3]周根林.嵌入式系统原理与应用[M].南京：南京大学出版社,2006：1-51.

[4]ARM Ltd. ARM Target Development System User Guide[J]. ARM Ltd, 1997: 3-8.

[收稿日期]2016-01-20

[作者简介]尹然然(1980-)，女，安徽灵璧人，硕士，讲师，主要研究方向：计算机网络。

[中图分类号]TP393

[文献标识码]A

[文章编号]1674-2273(2016)03-0035-02