基于S5PV210的智能家居系统设计

2014-10-09 来源：eefocus

提出了一种基于S5PV210芯片的智能家居系统的设计方法。在基于S5PV210处理器和linux2.6.30内核的嵌入式系统平台上使用QT开发了软件系统和人机交互界面，控制各种传感器采集信息以及TC35i等模块，并配置实现了Boa服务器；利用CGI实现了客户端浏览器和嵌入式Web服务器之间的交互；设计了基于STC89C52的门禁系统。

智能家居（Smart Home）是融合了计算机、通信、控制技术于一体的现代智慧家居解决方案，目前，国内外各种类型的智能家居产品越来越多。但一部分采用低性能的CPU作为主控芯片，无法在智能家居系统中集成更复杂的任务。还有一部分在控制系统上没有开发出更友好的人机界面（GUI），使用户无法完成便捷的操作。在对智能家居进行充分的研究之后，结合当前较先进的CPU芯片提出了一种方便、快捷、高效的智能家居系统，以基于S5PV210处理器和linux2.6.30内核的嵌入式系统平台，采用温度传感器DS18B20、人体热释电红外传感器、气体传感器、摄像头等各类传感器全方位监控家庭信息；使用GSM模块使用户可通过短信进行控制并且将传感器信息反馈给用户；并搭建BOA服务器结合CGI技术实现客户端和嵌入式服务器的数据交互，用户可以通过internet远程监视和控制家电的运行状态；系统控制界面采用QT技术开发，并开发出了基于主从机式的门禁系统。

1智能家居系统组成

系统组成如图1所示，系统采用三星公司的高端ARMCortex—A8 S5PV210处理器作为主控芯片，并由多种传感器、LCD显示、GSM通信、以太网通信以及门禁系统等部分构成。人机交互采用3种方式；主控制系统将各种信息集成显示到LCD显示屏上并通过触摸屏控制并设置；系统建立Web服务器，用户可通过internet远程访问系统；用户可通过GSM方式与系统交互；门禁系统采用主从机方式设计，主控芯片采用STC89C 52.

图1 系统结构图

系统软件开发首先在系统移植linux2.6.30内核，在此平台下开发相应硬件的驱动程序；使用QT-creator编写人机交互界面；在linux2.6.30下配置Boa服务器；CGI程序主要实现远程客户端浏览器与服务器之间控制的数据交互；使用AT指令控制GSM模块与用户手机通信。

2系统硬件设计

硬件设计主要介绍各种传感器电路，门禁系统以及GSM电路3部分。

2.1传感器电路

各传感器有相应的驱动电路，将其数据输出口与S5PV210处理器的GPIO口相连，各传感器电路的连接遵循相应的电路连接规范。

2.2门禁系统电路设计

门禁系统采用单片机STC89C52芯片作为主控芯片，由单片机、矩阵键盘、报警电路、LED指示灯显示组成，电路设计如图2所示。系统能完成开锁、修改密码、当操作错误的次数大于系统设置的极限时，系统在报警的同时还会锁定系统以加强密码锁的安全性，系统还具有节电和掉电保护等功能。密码设置在主控系统上LCD触摸屏上设置，系统初始化密码为012345，利用93c46芯片掉电保护功能，对修改后的密码自动存储。根据单片机的返回值，在主控系统QT编写的界面上可以控制门的打开以及显示门的状态信息。

图2 门禁系统电路图

2.3 GSM模块电路设计

TC35i模块有40个引脚，通过一个ZIF（Zero Insertion Force，零阻力插座）连接器引出。这40个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM卡、音频接口和控制。S5PV210通过扩展的MAX232芯片实现串口通信，TC35i模块连接到9针的D型插座上，其连接电路如图3所示。用户可通过GSM短信功能完成与智能家居控制系统的通信，并获取家庭内各传感器以及门禁系统的状态。

图3 GSM模块电路图

3系统软件设计

3.1 QT编程

本系统使用Qt creator中的Qt设计器设计主控系统程序的人机交互界面，遵循QT/embedded编程一般规则编写代码，首先实现了各种电气设备、传感器系统、门禁系统、GSM通信的相关功能控制和设置以及家庭娱乐功能，然后在主程序中添加国际化和中文支持，最后编译并通过NFS进行系统测试。

主界面类名为SmartHome，继承自QWidget类。在其头文件内声明了6个功能界面对象，应用到QListWidgetItem和QListWidget两个类以及mouseMoveEvent方法管理这六个行为，使其具有显示隐藏功能。

主界面程序实现

3.2 BOA服务器的配置与移植

BOA服务器是一个小巧高效的、特别适合嵌入式系统的单任务的web服务器，它可以运行在linux下并支持CGI.本系统中，首先完成在linux下Boa源代码的下载、修改和交叉编译，在etc目录下面新建boa文件夹，将可执行文件boa及boa.conf放置到该目录下，并将mini.typ es复制到etc目录下，在对boa.conf和mini.types两个文件完成配置，最后在终端运行。/boa

3.3客户端网页

JavaScript是一种广泛用于客户端Web开发的脚本语言，它基于对象和事件驱动并具有相对安全性，常用来给HTML网页添加动态功能，比如响应用户的各种操作。CSS（Cascading Style Sheet）可译为“层叠样式表”或“级联样式表”，它定义如何显示HTML元素，用于控制Web页面的外观。通过使用CSS实现页面的内容与表现形式分离，极大提高了工作效率。样式存储在样式表中，通常放在部分或存储在外部CSS文件中。利用CSS和JavaScript编写客户端网页界面如图4所示。

图4 客户端智能家居控制界面