第一篇：基于web的嵌入式遠程監控系統

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基于web的嵌入式遠程監控系統

學生：劉 仁

指導老師：蔡 碩

摘要： 隨針對當前國內國外嵌入式服務器技術研究和發展情況的分析，本報告提出了將 WEB 服務器、嵌入式系統以及當前的一些嵌入式實驗板板載功能進行融合的設計思想。設計了結合 WEB 服務器技術的嵌入式監控系統。該系統具有瀏覽交互式網頁，對嵌入式平臺進行監視和控制等功能。通過本套嵌入式WEB 服務器系統，用戶可以通過 HTTP 協議方便的訪問相應的嵌入式平臺進行有效監視的同時還可以進行實時的有效控制。該系統對硬件要求極低、響應速度快、安全性好、可擴展性強等優點，具有較高的實際應用價值。該系統在智能家居、嵌入式組網等方面的應用將有較廣闊的發展前途。

關鍵詞：ARM 嵌入式系統；嵌入式 web 監控；boa 服務器；CGI 編程；Linux 操作系統

關鍵詞：自動化、奏樂器、VHDL、數字電路

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Abstract: According to the analysis of the researches about the status of the mbeddedserver of the world.We rise a design of a embedded internet control system basedon the Web service which integrates the web server,embedded technology and thefunctions on the embedded experiment Board.This system has the function of browsing the web pages，monitoring theembedded Board and so on.With this embedded WEB server,the users can watchthe embedded system conveniently according the HTTP protocol.At the sametime the users can also monitor the ystem.This system have a lot of longtageslike a low request of the hardware,limited time of response and a stable status.Wewill see that this kind of system used in the application of intelligent familyelectronics,embedded neting and so on would have a good development.Keywords: ARM Embedded System;Embedded Web Server System;Boa Server;CGI Programing;Linux Operating System

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引 言

嵌入式系統課程設計是本專業在學習完 C 語言、LINUX 操作系統、嵌入式系統原理與接口設計、嵌入式操作系統原理之后的專業課程設計，屬于專業課內容。通過課程設計建立嵌入式系統主體環節，嵌入式系統的最小結構和系統應用設計基本技能，培養分析和解決一些簡單的實際問題的能力，為今后畢業設計奠定基礎。隨著嵌入式技術的發展和高速寬帶網絡的普及, 利用網絡實現遠程監控已為人們廣泛接受, 嵌入式網絡監控技術正是在此條件下逐步發展成熟起來的。用戶使用 Web 瀏覽器, 通過以太網遠程訪問內置 Web 服務器的監控攝像機, 不但可以實現對現場的遠程視頻監控, 而且可以向監控現場發送指令。在整個系統的實現過程中, 嵌入式 Web 服務器起著十分重要的作用。本課題就是基于該項技術，最終編程實現通過網絡控制下位機嵌入式控制器的電機啟動和停止。

1.1研究目的和意義

1、通過嵌入式課程設計，熟練掌握 C 語言的編程方法。基于 WEB 的遠程監控的實現，CGI 的編寫和使用，將理論聯系到實踐中去，提高我們的動腦和動手的能力。

2、通過基于 WEB 的嵌入式遠程監控系統的設計，掌握 S3C2410 實驗箱,直流電機的工作原理，BOA 服務器的使用，CGI 的使用和簡單程序的編寫及調試方法，最終提高我們的動手實踐能力。

3、本課題的研究目的是用 BOA 服務器、CGI、IE 瀏覽器設計一個通過 IE 瀏覽器監控電機的系統，能夠通過兩個簡單的按鍵對電機進行啟動和停止的控 3

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制，并能夠在 IE 瀏覽器上看到電機的當前狀態。

4、由于基于 WEB 的嵌入式遠程監控系統將成為今后遠程監控技術發展的主流方向，所以需要設計出簡單實用，讓人們更滿意的產品。

1.2 本設計任務和主要內容

1．基本要求

本課題主要設計和研究基于WEB的嵌入式遠程監控系統，要求在保證可靠運行的前提下，電路設計盡量簡潔緊湊，以減小成本、提高系統的效率和安全性。

2．應解決的問題 1）設計系統網絡方案

2）分析網絡程序結構和應用程序的使用方法 3）編程實現嵌入式系統服務器功能 4）編程實現嵌入式系統聯網功能

5）編程實現通過網絡控制下位機嵌入式控制器的電機啟動和停止

3．擴展功能

演奏時可以通過按鍵選擇是手動演奏還是自動演奏，手動演奏是通過按鍵進行簡易樂曲的演奏。

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共33頁總體方案設計

2.1 整體方案設計

系統總體設計是基于嵌入式系統和 WEB 服務器結合的思想開發的，其網絡拓撲結構如圖 2.1 所示

圖 2.1 系統網絡拓撲圖

針對本次課程設計提出的系統設計如圖 2.2 所示

圖 2.2 系統方案框圖

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2.2 硬件系統設計

2.3.1 核心處理器的選擇

核心處理芯片需要完成處理和支持整個系統的功能需求，通過運行 BOA 服務器要實施的接收來自各個客戶端的請求和信息，并根據獲得的請求和信息進行相應的后臺處理以及信息的反饋。為完成上述功能，實現服務器正常運行，對處理芯片進行選型，對比現有處理芯片的優缺點，選擇 ARM9 S3C2410X 芯片作為設計開發嵌入式服務器系統的核心處理芯片。S3C2410X 微處理器是一款由 Samsung 公司為手持設備設計的低功耗、高集成度的基于ARM920T 核的微處理器，為了降低系統總成本和減少外圍器件，這款芯片還集成了以下部件：16KB 指令 Cache、16KB 數據 Cache、MMU、外部存儲器控制器、LCD 控制器、NAND FLASH 控制器、4 個 DMA 通道、3 個 UART 通道、1 個 IIC 總線控制器、1 個 IIS總線控制器、4 個 PWM 定時器、1 個內部定時器、通用 IO 口、實時時鐘、8 通道 10 位ADC 和觸摸屏接口、USB 主、USB 從、SD/MMC 卡接口等。

2.3 軟件環境選擇

2.3.1 操作系統的選擇

當選定了硬件系統后，為了配合硬件達到系統的最優控制要求，對市面上常用的嵌入式系統進行分析比較。

(1)價格比較：Linux 是完全免費的操作系統，只需遵循 GPL 聲明，不需支付任何費用；WinCE 是微軟的商用嵌入式操作系統，使用它需要支付 WinCE 及其開發環境的費用，開發出來的每套產品也需交納一定費用。uc/os—II 系統，可以免費用于學習或科研，但開發商使用產品或銷售都是收費的。

(2)開放性比較：Linux 是源代碼完全開放的操作系統，可以自由下載，并且

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在遵循GPL 聲明的前提下可以自由地修改、移植，為系統的開發和調試帶來極大的便利；winCE是部分源碼開放的商用操作系統，如果要修改其中的代碼，需獲得微軟公司的授權；uc/os—II 也是開放的實時操作系統。

(3)文件系統的比較：Linux 支持絕大部分文件系統，只需選擇相應的文件系統即可；

WinCE 僅支持 Windows 系列的 FAT16、有限文件系統；uc/os—II 本身沒有包括文件系統，需購買或移植。Linux 與 ARM 處理器從以上可以看出，Linux 系統在諸多方面都存在優勢，而且本身的 ARM 處理器與 Linux 也有著緊密的聯系。因此采用 Linux 操作系統。2.3.2 服務器的選擇

典型的嵌入式 Web 服務器有 Boa 和 thttpd 兩種，它們和 Apache 等高性能的 Web 服務器主要的區別在于它們一般是單進程服務器，只有在完成一個用戶請求后才能響應另一個用戶的請求，而無法并發響應，但這在嵌入式設備的應用場合里已經足夠了。Boa 是一個非常小巧的 Web 服務器，可執行代碼只有約 60KB。它是一個單任務 Web服務器，只能依次完成用戶的請求，而不會 fork 出新的進程來處理并發連接請求。但 Boa支持 CGI，能夠為 CGI 程序 fork 出一個進程來執行。Boa 的設計目標是速度和安全，在其站點公布的性能測驗中，Boa 的性能要好于 Apache 服務器。經過上述的對比和判斷，選擇Boa 作為系統的嵌 入式服務器。

綜合以上的討論以及選擇，根據系統的實際需求，最終確定了采用 S3C2410X 為核心處理器，Linux 為嵌入式操作系統，boa 為服務器以及相應的 http 瀏覽器的系統設計方案。

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共33頁硬件設計

3.1 系統硬件平臺介紹

我們所介紹的硬件平臺是基于 ARM 體系結構，由北京博創興業科技有限公司開發的UP-NetARM2410-S 實驗儀器。UP-NetARM2410-S 的 CPU 為 ARM920T 內核的三星S3c2410 芯片，由于有 MMU（內存管理單元）可以運行標準的 ARM-LINUX 內核。通過這個平臺，我們可以實現嵌入式 LINUX 中的針對無 MMU 的開發過程。

3.2 s3c2410 芯片介紹

圖 3.1 芯片結構圖

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3.3 ARM 處理器的外圍設備

3.3.1 電源電路

設備提供 12v 的電源，經 LM1085-3.3V 和 AS1117-1.8V 分別得到 3.3V 和 1.8V 的工作電壓。開發板上的芯片多數使用了 3.3V 電壓，而 1.8V 是供給 S3C2410 內核使用的。5V 電壓供給 LCD、電機、總線等電路使用。

圖 3.2 電源電路

3.3.2 硬件復位電路

硬件復位電路由IMP811T構成，實現對電源電壓的監控和手動復位操作。2410-S主板復位電路設置專用邏輯：IMP811T 的復位電平可以使CPU JTAG（nTRST和板級系統（nRESET）全部復位；來自仿真器的ICE_nSRST 信號只能使板級復位；來自仿真器的ICE_nTRST 可以使JTAG（nTRST）復位，通過跳線選擇是否使板級nRESET復位。nRESET反相后得到RESET 信號。硬件復位電路如圖3.3所示

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圖3.3 硬件復位

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共33頁軟件設計

4.1 設計思想

基于 web 的嵌入式監控系統設計主要的功能有簡單的網頁瀏覽，實現簡單應用功能（客戶端與服務器的交互）以及服務器端的控制功能。因此軟件的設計分為三個部分：boa 服務器的搭建、應用程序設計和驅動程序的加載。

4.2 BOA 服務器的簡介與搭建

4.2.1 嵌入式 Web 服務器 Boa 的特點

Boa 是一款單任務的 HTTP 服務器, 與其他傳統的 Web 服務器不同的是當有連接請求到來時, 它并不為每個連接單獨創建進程, 也不通過復制自身進程來處理多鏈接, 而是通過建立 HTTP 請求列表來處理多路 HTTP 連接請求, 同時它只為 CGI 程序創建新的進程,這樣就在最大程度上節省了系統資源, 這對嵌入式系統來說至關重要。同時它還具有自動生成目錄、自動解壓文件等功能, 因此 Boa 具有很高的 HTTP 請求處理速度和效率, 在嵌入式系統中具有很高的應用價值。4.2.2 Boa 的功能實現

嵌入式 Web 服務器 Boa 和普通 Web 服務器一樣, 能夠完成接收客戶端請求、分析請求、響應請求、向客 戶端返回請求結果等任務。它的工作過程主要包括：

(a)完成 Web 服務器的初始化工作, 如創建環境變量、創建 TCP 套接字、綁定端口、開始偵聽、進入循環結構, 以及等待接收客戶瀏覽器的連接請求；

(b)當有客戶端連接請求時,Web 服務器負責接收客戶端請求, 并保存相關請求信息；

(c)在接收到客戶端的連接請求之后,分析客戶端請求, 解析出請求的方法、基于web的嵌入式遠程監控系統

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URL 目標、可選的查詢信息及表單信息, 同時根據請求做出相應的處理；

(d)Web 服務器完成相應處理后, 向客戶端瀏覽器發送響應信息, 關閉與客戶機的TCP 連接。嵌入式 Web 服務器 Boa 根據請求方法的不同，做出不同的響應。如果請求方法為HEAD，則直接向瀏覽器返回響應首部；如果請求方法為 GET，則在返回響應首部的同時，將客戶端請求的 URL 目標文件從服務器上讀出，并且發送給客戶端瀏覽器；如果請求方法為 POST，則將客戶發送過來的表單信息傳送給相應的 CGI 程序，作為 CGI 的參數來執行 CGI 程序，并將執行結果發送給客戶端瀏覽器。Boa 的功能實現也是通過建立連接、綁定端口、進行偵聽、請求處理等來實現的。4.2.3 BOA 的搭建與移植

（1）準備源代碼、解壓軟件包，安裝源代碼到 boa 網站 http://www.tmdps.cnTB0 = DCM_TCNTB0;/* less than 10ms */ TCMPB0 = DCM_TCNTB0/2;TCON &=~(0xf);TCON |=(0x2);TCON &=~(0xf);TCON |=(0x19);})在 s3c2410_dcm_ioctl 中提供調速功能接口： case DCM_IOCTRL_SETPWM: return dcm_setpwm((int)arg);應用程序 dcm_main.c 中調用：

ioctl(dcm_fd, DCM_IOCTRL_SETPWM,(setpwm * factor));實現直流電機速度的調整。a.編譯直流電機模塊 cd /arm2410s/kernel-2410s

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make menuconfig 進入 Main Menu / Character devices 菜單，選擇 DC MOTOR 為模塊加載： b.編譯內核模塊： make dep make make modules 直流電機模塊的編譯結果為：

/arm2410s/kernel-2410s/drivers/char/s3c2410-dc-motor.o c.編譯應用程序

cd /arm2410s/exp/basic/10_dcmotor/ make 生成 dcm_main d.掛載驅動模塊

insmod /host/kernel-2410s/drivers/char/s3c2410-dc-motor.o e.運行程序

mount –t nfs 192.168.0.xxx:/arm2410s /host insmod /host/kernel-2410s/drivers/char/s3c2410-dc-motor.o cd /host/exp/basic/10_dcmotor/./dcm_main 程序運行結果：直流電機轉動 1 秒，停轉 1 秒。由于是根據原有變速程序稍做改動完成的程序，所以遇到的問題不是很多，經過幾次嘗試就得到了期望的結果。

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5.3 調試結果分析

5.3.1 調試結果

1、靜態網頁

圖 5.1 靜態網頁

2、乘法網頁

圖 5.2 乘法網頁

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3、電機控制網頁

圖 5.3 電機控制網頁

圖 5.4 返回結果

5.3.2 結果分析

經過 x86 下的調試和基于 ARM 的下載與調試后，系統能夠實現靜態網頁瀏覽，簡單人機交互以及電機控制的功能，系統工作穩定，響應速度快，組網方便快捷，如果與 DNS 服務器或者 WINS 服務器相結合即可實現用主機名就能登錄相應平臺的功能。

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共33頁設計總結

經過三個周的學習與努力，經過系統分析、方案論證、硬件和軟件設計、調試 等階段完成了基于 web 的嵌入式遠程監控系統的設計制作。在這三個周的課程設計中，我得到了老師和同學很大的幫助，有時候覺得進行不下去了，老師或同學一句話就能讓我茅塞頓開。即使聽不懂，他們也會耐心的講解。

在系統的設計制作過程中，確實遇到了各種各樣的問題，如調試思路正確但是沒有能夠進行找到合適的方法進行進一步的實驗，設計中對于程序的編寫以及目錄結構的認知上存在偏差，其主要原因還是基礎功不扎實，把握系統的能力不足，這為我們以后的學習和工作提了一個醒。在問題的解決過程中，也提高了組員的動手動腦能力，學到了許多在書本上學不到的知識。在具體的設計當中解決了諸如 boa 服務器的搭建，C 程序的修改及 CGI編程的理解，程序的調試和系統的整體認識等問題，小組成員收獲很大。

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致謝

在這次課程設計中，學校和學院給予了大力的支持，提供了與設計有關的環境，方便了課程設計的順利進行。在這其中我確實學到了很多知識，在此僅代表個人衷心的感謝學校和學院的大力支持。本論文是在指導老師蔡爍的悉心指導和嚴格要求下完成的。在整個課程設計過程中，蔡爍老師時時督促和引導，并在設計過程中進行了方向指導，在總體方向不出錯的基礎上，施展自己的所學，發揮個人的所長。他不僅在學習上和生活上給予了我們多方面的指導和無微不至的關懷，而且他淵博的學識、嚴謹的治學態度、孜孜不倦的工作作風和寬以待人的處事風格使我終身受益，并且還從中學會了分析問題和解決問題的方法此外，在本次設計過程中，還得到了其他老師和的熱情關心和幫助，值此論文完成之際，謹向老師表示崇高的敬意和最誠摯的謝意。

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參考文獻

[1]鄭靈翔編著 《嵌入式 LINUX 系統設計》 北京航空航天大學 2008 年 [2]孫紀坤、張小全編著 《嵌入式 LINUX 系統開發技術詳解-基于 ARM》人民郵電出版社 2007.9、[3]王進德 編著 《嵌入式 LINUX 程序設計與應用案例》 中國電力出版社 2007.5 [4]鄭慕德 編著 《嵌入式微型計算機系統實例教程-ARM 與 LINUX》 科學出版社2006.7 [5]劉淼 編著 《嵌入式系統接口設計與 LINUX 驅動程序開發》 北京航空航天大學出版社，2006.5 [6]魏洪興等編著 《嵌入式系統設計與實例開發 II-基于 ARM9 微處理器與 LINUX 操作系統》 清華大學出版社 2005.12 [7]魏洪興等編著 《嵌入式系統設計與實例開發實驗教材 II-基于 ARM9 微處理器與LINUX 操作系統》清華大學出版社 2005.12 [8]金敏等編著 《嵌入式組成、原理與設計編程》 人民郵電出版社 2007.6

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附錄 1 主要程序清單

乘法網頁的HTML表單：

?測試

第二篇：基于嵌入式Web的遠程監控系統設計

基于嵌入式Web的遠程監控系統設計

摘 要：本文結合機房環境設備的管理需要，分析了遠程監控系統的特點，提出基于嵌入式Web服務器的遠程監控系統設計思路、體系架構方法，并對基于OPC技術的互聯與基于嵌入式Web服務器的互聯作了簡要對比。文章結合CGI程序的設計，著重探討了嵌入式Web服務器的實現方法。關鍵詞：嵌入式平臺，Web服務器，遠程監控，CGI程序

⒈引言

隨著計算機和網絡技術的普及，計算機系統的數量與日俱增，計算機機房已成為各大型單位的信息樞紐。機房中的環境設備（如空調、UPS電源、配電柜、消防設備等）為網絡系統的安全運行提供了環境保障。同時，環境設備自身的安全運行，也成為機房管理的重要內容之一。一旦機房的環境設備出現故障，就會直接影響計算機系統的正常運行，嚴重的還會造成機房內的相關設備損壞，甚至導致網絡系統癱瘓[1]。因此，對機房環境設備的運行狀態進行實時監控，是保證機房設備安全運行的關鍵措施。

⒉遠程監控系統的需求分析

對機房環境設備的監控主要涉及以下幾個方面的內容：對配電系統、UPS系統、空調系統工作狀態的監視；對機房的溫濕度、生活用水和供暖制冷系統漏水情況等進行監測、報警，以及對門禁系統、消防系統、保安系統等的管理。由于這些環境設備是連續工作的，因此要求監控系統也必須是長時間連續工作的。這樣就對系統設計的可靠性、安全性、可維護性等方面提出了更高的要求[1]，具體表現在以下幾個方面：

⑴高可靠性。要求監控系統可長時間不間斷運行，無故障運行時間要長，且系統的維護快速簡便。

⑵高安全性。系統應能夠提供多種安全保護措施，對異常狀態進行分析、記錄、及時報警，以便讓管理人員能夠盡快了解所發生的情況并及時處理。

⑶較強的實時性。監控系統對信息的傳輸要及時，不能有過大的延時，否則難以及時跟蹤被監控對象的當前狀況。

⑷易用性和易維護性。機房環境設備監控系統，應以GUI的方式提供良好的人機界面，便于人機交互。同時，監控系統要有通用性和靈活性，即可以在對系統進行少量修改或擴充就可增加新的監控項目，擴充監測點數，以滿足新的監控要求。

⑸豐富的系統功能。要求監控系統不僅能夠提供一般的報警功能，對采集的當前數據進行記錄且保存

歷史數據，并以圖形方式對環境設備運行狀態和參數進行直觀顯示。

實施監控的主要方法，即是在現場控制器的控制之下，實時地采集數據并與預設的值進行比較，如果超出相應的閥值則給出報警，以提示有關人員進行相應處理。根據對環境設備監控的位置不同，可把監控系統分為本地監控和遠程監控兩大類。本地監控方式往往需要派人長期現場值守，管理成本較高；而借助于公共的Internet或企業內部的Intranet網絡實施遠程監控則可做到無人值守，從而大幅度地節約管理成本、提高機房管理水平和效率，因此成為監控系統發展的主流方向。

⒊遠程監控系統的設計

基于對遠程監控系統的需求分析，進行系統設計時應重點考慮如下幾種因素：首先，要考慮現場總線與數據網的互聯問題。由于被監控對象的信號種類較多，所采用的現場總線標準各異，因此不同總線標準之間的轉換以及現場總線與數據網之間的互聯是系統設計時需要重點考慮的問題[2]。其次，實時性要求是遠程監控網絡系統區別于普通網絡系統的基本特征。如果監控系統的實時性得不到保障，現場監控就失去了實用價值。第三，為滿足監控系統的高可靠性要求，應分別對硬件系統和軟件系統進行抗干擾設計。第四，根據遠程連接方式不同，應采用不同的安全措施以保證信息的安全傳輸。3.1監控系統的功能設計

監控系統的基本功能主要包括：現場數據的實時采集、發送和顯示；對采集到的數據進行處理和存儲；對數據處理的結果進行分析、判斷和報警；提供多種業務支持功能。3.1.1實時數據采集

實時數據采集是實施系統監控的基礎。在環境設備的監控系統中，需要實時采集的數據主要包括高低壓配電系統及UPS電源的電壓、電流、電源開關狀態等參數，空調機的冷熱水溫度、流量、送風量、送風溫度、新風量等狀態參數，以及機房內部的環境參數（如溫度、濕度、水浸、煙感、門禁等）。不同的參數采用的總線標準不同（如RS232/485總線、Lonworks總線），只有把它們統一到TCP/IP協議上，才能實現真正意義上的遠程監控。

3.1.2報警功能

報警是監控系統的基本功能之一。監控系統對采集到的數據進行分析、處理，如果發現相關數據超限、數據異常，則說明環境設備出現異常情況，此時應發出相應報警。設計報警功能時，需要考慮被監控對象的自身特性、優先級別等因素，對多個報警信號進行加權處理，以保證系統的所有重要報警都能被及時處理。

3.1.3多種業務支持功能

靈活的查詢和豐富的報表功能是對監控系統基本功能的擴展。通過對設備運行狀態的實時數據、歷史數據進行對比分析，從不同角度向管理者提供設備運行和維護信息，為設備的維護、大修、更新、改造等質量管理提供可靠依據。3.2監控系統的結構設計

遠程監控系統由現場數據采集設備（可以為多個設備）、本地Web服務器和遠端監控主機三部分構成[3]。Web服務器通過現場總線與本地數據采集設備直接相連，并負責把本地傳感器采集到的數據進行簡單處理，通過網絡發送到遠端的監控主機上，從而為實現無人值守的管理方式創造條件。

遠程監控系統在設計時需要解決的關鍵問題，就是將不同類型的現場總線或控制網絡與以太網進行互聯互通，從而實現監控信息的遠程實時傳輸。目前，實施遠程監控主要有如下幾種方法：①基于PSTN的傳統方法，即通過Modem連接異地的現場設備；②基于OPC技術。采用支持多種現場總線規范的OPC Server，通過OPC 接口實現現場總線到Internet或Intranet網絡的無縫連接；③基于嵌入式平臺實現遠程監控。在嵌入式平臺上完成對現場數據的實時采集，通過現場總線與數據網的互連，將Server端的數據通過TCP/IP協議提供給遠端的監控主機（即Client端）；④采用其它自定義方法實施遠程監控。3.2.1基于OPC的監控系統

OPC 是以OLE/COM/DCOM機制作為應用程序級的通信標準，采用客戶/服務器模式，把開發訪問接口的任務放在硬件生產廠家或第三方廠家，以OPC服務器的形式向用戶提供通用的接口，解決了軟、硬件廠商之間的矛盾，提高了系統的開放性和互操作性[4]。基于OPC架構的監控系統結構如圖1所示。其中，OPC DA Server為數據采集服務器，OPC AE Server為報警服務器。OPC Server 提供多種接口規范，應用程序和Web瀏覽器（即OPC Client）可以通過這些接口取得與OPC Server相連的硬件設備信息，從而實現OPC Client通過以太網對OPC Server的訪問。同時OPC Server也可以將采集到的數據或報警信息通過網絡發送到客戶端或Web瀏覽器端。

在基于OPC的體系架構中，由于 COM/DCOM 已被視為網絡功能的具體實現方法，使得Client對OPC Server的遠程訪問成為標準的網絡訪問方式。但是OPC技術的缺點也是非常明顯的，由于LE/COM/DCOM機制是一個純軟件的架構，對系統資源配置的要求高。當系統規模較大或監控點數較多時，系統的實時性將會明顯下降。

3.2.2基于嵌入式平臺的監控系統

實時監控系統需要長時間不間斷地工作，對系統的可靠性和實時性均有較高要求。為此必須從系統功能、體系架構、軟硬件系統的穩定性、設備功耗等方面進行綜合考慮（例如選用工控級的產品），設計小型化的智能型監控系統。而建立在RTOS之上的嵌入式系統為控制系統的網絡化、小型化提供了有效途

徑，嵌入式網絡控制已成為監控系統未來發展的重點方向之一。

基于嵌入式平臺的遠程監控系統結構如圖2所示。其中，嵌入式Web服務器既是遠程監控系統的中心節點，也是控制網絡與數據網絡進行互聯的網關，通過TCP/IP協議將其連接到以太網上，監控主機則通過以太網（或Internet）在遠程實時地監視現場信號的動態變化，從而實現遠程監控的目標。對于能夠直接支持TCP/IP協議的現場檢測設備，則可以將其直接連接到以太網上，圖中的液體泄漏檢測儀即是如此；對于采用其他總線標準的現場設備，則需要通過嵌入式Web服務器進行信號轉換之后把現場總線連接到以太網上。

圖2 遠程監控系統結構圖

⒋嵌入式Web服務器的設計

在基于嵌入式平臺的遠程監控系統中，監控系統的中心節點主要承擔兩方面的任務：一方面負責對現場數據的采集，即Web服務器以定時巡檢的方式通過現場總線對傳感器的信號進行采集；另一方面負責協議轉換，把現場總線來的數據轉換成TCP/IP協議的格式，通過以太網將其發送到遠端的監控主機上。在本設計中實現了從RS232、RS485到TCP/IP協議之間的相互轉換。4.1開發環境簡介

考慮到系統開發的簡便性，本方案選用uCLinux操作系統平臺作為系統的OS環境，輔助開發工具選用MiceTek公司的HiTool。嵌入式Web服務器的硬件環境選用MiceTek公司的Samsung44B0X開發板，利用其豐富的接口功能，可實現嵌入式Web服務器與傳感器的直接連接。4.2 嵌入式Web服務器的硬件設計

嵌入式Web服務器硬件環境的自定義，是根據監控系統的需要，重新制作嵌入式系統的主板。該主板的CPU仍選用Samsung的S3C44B0X，1M的BootFlash，8M的SDRAM，并提供10M/100M的以太網端口，2個RS232接口和6個RS485接口。如果待檢測的參數較少，則選用一塊嵌入式Web服務器主板即可；如果待檢測的參數較多，則可選用多個同樣的Web服務器主板，并對每個Web服務器進行參數配置（設置不同的IP地址），構成分布式的Web服務器。如果監控系統要求存儲的數據量很大，則可以采取以下兩種方法加以解決：一是嵌入式Web服務器外接硬盤；另一種方法是外加一臺由工業控制級的服務器，對多臺嵌入式Web服務器進行統一管理。4.3 嵌入式Web服務器的軟件實現

嵌入式Web服務器的軟件開發主要包括以下幾項內容：首先，完成嵌入式操作系統的移植和TCP/IP協議的剪裁；第二，編寫數據采集、數據處理應用子程序；第三，編寫遠程通信子程序；第四，報警處理子程序；第五，數據查詢和報表生成子程序。這些功能應先在上述的開發環境中進行初步實現之后，再移植到自定義的環境中。

由于嵌入式系統的資源有限，因此對上述功能的實現應盡量簡潔，例如對HTTP協議的移植，只需要保留基本的Get和Post方法即可，而Options、Head、Put、Delete和Trace方法在此可不考慮實現，因為對RAM（或EEPROM）中的數據存儲可以采用循環覆蓋的方式。

在此方案中，嵌入式Web服務器與Web瀏覽器及其他應用程序之間的交互，可以通過調用CGI（Common Gateway Interface）程序來實現。CGI規定了Web服務器與瀏覽器及其他可執行程序的接口協議標準。當Web瀏覽器將請求信息發送給Web服務器時，Web服務器觸發一個可執行的CGI程序，該程序根據用戶請求的內容做出相應的處理，并將處理結果以Web服務器可識別的方式輸出，Web服務器再將該結果回送給Web瀏覽器[5]。

CGI程序中的信息傳遞是通過標準輸入設備stdin和標準輸出設備stdout來完成的。Web服務器在調用CGI程序之前，需要預先設置好所有的環境變量，以便把客戶的請求轉化為參數后存入環境變量，然后就可以調用CGI程序了。CGI程序根據不同的請求方法確定如何獲取客戶的請求內容，而Web服務器則通過標準輸入設備stdin獲得客戶請求；對于CGI程序的輸出結果，Web服務器則是通過標準輸出設備stdout來獲得，Web服務器對其進行語法分析之后，再傳送給客戶瀏覽器。至于CGI程序的實現，本方案選用C語言，以保證CGI程序的快速、高效和安全。

⒌結語

基于嵌入式平臺的監控系統，以其體積小、可連續工作時間長、性能穩定等特點，得到人們的廣泛認可，成為網絡化遠程監控系統的主流方向。在本設計中，借助于相對穩定和成熟的軟硬件開發環境，設計了一套較為完整和實用化的遠程監控方案并加以實現。經使用證明，該設計方案是成功的并取得了較為理想的效果。

參考文獻

[1]關光富，計算機機房環境設備監控系統與設計分析，電工技術雜志，2004.2 [2]周祖德編著，基于網絡環境的智能控制，國防工業出版社，2004.1,第1版 [3]宋廣軍，張敬，王睿，基于web的溫濕度遠程監控系統，微計算機信息，2004.1 [4]孫敏，顧德英，汪晉寬，基于OPC技術的監控組態程序的開發，儀器儀表學報(增刊)，2003.8 [5]湯碧玉，曾楠，鄭靈翔等，嵌入式系統中基于Web的遠程監控設計與實現，廈門大學學報（自然科學版），vol.43(5),2004.9

第三篇：基于ARM嵌入式的遠程監控系統設計

基于ARM嵌入式的遠程監控系統設計

摘要：基于ARM 內核的嵌入式系統在遠程監控報警系統中的設計實現與應用。核心部分主要包 括 ARM 嵌入式平臺設計及 μC-OS 嵌入式實時操作系統移植；人機交互界面 μCGUI 的設計與實現；遠程通訊及自動報警等；系統的設計還考慮到了擴展性和通用性以及與其他監控設備無縫連接等問題。

關鍵詞： ARM；μC/OS-II；μCGUI；遠程監控 引言

監控系統現已成為現代化生產、生活中不可缺少的重要組成部分。目前，監控系列產品 種類繁多，大部分廣泛應用于交通、醫院、銀行、家居、學校等安防領域。

隨著嵌入式系統的出現，尤其是基于 ARM 內核芯片的嵌入式系統的出現，使得監控系統的應用領域更為廣泛。本文設計的遠程監控報警系統除了作為安防功能外，還可以應用于以下領域：通訊領域：遠程通訊、視頻會議和視頻點播、證券、遠程教育等。醫療領域：病房監護、遠程診斷等。工業領域：遠程設備診斷、維護、維修，遠程生產監控等。家用領域：家用電器遠程維護；電、氣、火等重大事故自動報警等。

系統設計

2.1系統組成

本文設計的遠程監控系統主要由中心控制器、數據終端、傳感器模塊、通訊模塊、接口模塊等幾部分組成。系統組成圖（如圖 1）。

2.2中心控制器 系統核心負責數據采集判斷處理。為了提高系統工作效率，這里使用的是三星公司的 S3C2410芯片作為處理器。S3C2410 芯片是一款高性價比的 ARM 芯片，非常適合作手機、PDA 等手持設備。主要特性包括： ARM920T 內核，最高工作頻率 203MHz，LCD 控制器：可直接驅動真彩液晶屏，最高支持 2048×1024 真彩液晶屏，2 個 USB Host端口，1 個USB Device端口，支持 Nand flash 啟動模式，SD 卡接口，UART、IIC、SPI、IIS 等多種類 型串行接口，4 通道DMA。

本文的監控系統的 CPU 核心部分使用的是標準的 SO-DIMM200 金手指接口，便于后期維護和升級。如果該監控系統的使用環境較為苛刻，可以將 CPU替換為S3C2440芯片。S3C2440完全兼容S3C2410全部特性（注意：芯片引腳不完全兼容）。與S3C2410芯片相比，S3C2440的性能更為優越：最高工作頻率可達500MHz，內部集成CMOS攝像頭接口，但價格較昂貴。

圖1 監控系統組成框圖

2.3數據終端 數據終端的主要功能是對監控數據進行分析、處理，及時將數據匯報給監控人員。同時，監控人員可以根據現場情況，使用數據終端對監控的設備進行遠程控制。數據終端最大優勢 就是安全、可靠、便于攜帶。一般情況下為了節約成本，可以將手機、PDA 等移動通訊設備作為數據終端使用。但是如果作為對高危環境或精密儀器的監控系統，數據終端需要專業定制。這里使用的是中心控制器的作為數據終端，即中心控制器既作為數據采集發送中心，也可數據接收處理中心使用。

2.4通訊模塊

通訊模塊主要負責遠程數據通訊。帶有 RS232/485、GPRS、CDMA 等一種或多種通訊 方式。需要根據現場環境和用戶需要進行定制。通訊模塊與控制器通過接口總線連接，連接 方式為 TTL/RS232/RS485 等。

2.5傳感器模塊

傳感器模塊的主要功能是感知外部環境，對外部環境進行實時監測。由人體紅外傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器、可燃氣體傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等一種或多種傳感 器組成。可根據現場監測環境不同進行定制。

2.6接口模塊

接口模塊主要作為系統擴展功能使用，將控制器的 A/D 轉換、I2C、SPI 等多種接口進行 外部擴展。接口模塊沒有特定的功能，但可以根據需要與其他設備連接，例如可以與工業儀 器儀表或設備連接，實時對儀器或設備進行監控。

接口模塊雖然不是監控系統的主要部分，但是對于整個系統來說卻是不可缺少。因為本文的監控系統主要考慮到了系統的可擴展性和與其它系統無縫連接。通過接口模塊可以很方 便的對監控系統進行升級，并且可以實現與其他系統或設備的無縫連接。這也是本系統區優 于其他監控系統的主要功能。軟件設計

3.1工作軟件

系統的軟件設計較為復雜，這里只給出了整個工作軟件流程（如圖 2）。

圖2 軟件流程圖

3.2操作系統移植

S3C2410 芯片支持多種嵌入式操作系統，如 WINCE、uCLinux 等。但考慮到監控系統 的實時性要求，這里使用的是 μC/OS-II 嵌入式實時操作系統。μC/OS-II 是一個源碼公開、可移植、可固化、可裁剪、占先式的實時多任務操作系統。其絕大部分源碼是用 ANSI C 寫的。整個嵌入式系統分為兩大層：硬件層和軟件層。這里主要研究軟件層的架構。軟件層主要分為四個部分：實時操作系統內核，與處理器相關部分，與應用程序相關部分，用戶的應用程序。移植 μC/OS-II 系統需要修改的文件有：應用程序相關文件： OS_CFG.H INCLUDE.H； 處理器相關文件： OS_CPU.H、OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C。

3.2.1 與處理器相關的代碼

這是移植中最關鍵的部分。內核將應用系統和底層硬件有機的結合成一個實時系統，要 使同一個內核能適用于不同的硬件體系，就需要在內核和硬件之間有一個中間層，這就是與 處理器相關的代碼。處理器不同。這部分代碼也不同。我們在移植時需要自己移植這部分代 碼。

a）OS_CPU.H

包括了用#define 定義的與處理器相關的常量，宏和類型定義，有系統數據類型定義,棧 增長方向定義，關中斷和開中斷定義，系統軟中斷的定義等等。

b)OS_CPU_A.ASM

這部分需要對處理器的寄存器進行操作，所以必須用匯編語言來編寫。包括四個子函數： OSStartHighRdy()，OSCtxSw()，OSIntCtxSw()，OSTickISR()。OSStartHighRdy()在多任務系統啟動函數 OSStart()中調用。完成的功能是:設置系統運行標志位 OSRunning = TRUE；將就緒表中最高優先級任務的棧指針 Load 到 SP 中，并強制中斷返回。這樣就緒的最高優先級任務就如同從中斷里返回到運行態一樣，使得整個系統得以運轉。OSCtxSw()在任務級任 務切換函數中調用的。任務級切換是通過 SWI 或者 TRAP 人為制造的中斷來實現的。ISR 的向 量地址必須指向 OSCtxSw()。這一中斷完成的功能：保存任務的環境變量(主要是寄存器的值, 通過入棧來實現),將當前 SP 存入任務 TCB 中，載入就緒最高優先級任務的 SP,恢復就緒最高優先級任務的環境變量，中斷返回。這樣就完成了任務級的切換。OSIntCtxSw()在退出中斷 服務函數 OSIntExit()中調用,實現中斷級任務切換.由于是在中斷里調用，所以處理器的寄存器入棧工作已經做完，就不用作這部分工作了。具體完成的任務；調整棧指針(因為調用函數會使任務棧結構與系統任務切換時堆棧標準結構不一致)，保存當前任務 SP，載入就緒 最高優先級任務的 SP，恢復就緒最高優先級任務的環境變量，中斷返回。這樣就完成了中斷級任務切換。OSTickISR()系統時鐘節拍中斷服務函數，這是一個周期性中斷，為內核提供

時鐘節拍。頻率越高系統負荷越重。其周期的大小決定了內核所能給應用系統提供的最小時 間間隔服務。一般只限于 ms 級(跟 MCU 有關),對于要求更加苛刻的任務需要用戶自己建立中斷來解決.該函數具體內容：保存寄存器(如果硬件自動完成就可以省略)，調 OSIntEnter()，調用 OSTimeTick()，調用 OSIntExit()，恢復寄存器，中斷返回。

c)OS_CPU_C.C

該文件中共定義了 6 個函數，但是最重要的是 OSTaskStkInit().其他都是對系統內核的擴展 時用的.OSTaskStkInit()是在用戶建立任務時系統內部自己調用的，對用戶任務的堆棧進行初始化。使建立好的進入就緒態任務的堆棧與系統發生中斷并且將環境變量保存完畢時 的棧結構一致。這樣就可以用中斷返回指令使就緒的任務運行起來。

3.2.2與應用相關的代碼

這部分包括兩個文件：OS_CFG.H, INCLUDES.H。用戶根據自己的應用系統來定制合適 的內核服務功能。OS_CFG.H 來配置內核，用戶根據需要對內核進行定制，留下需要的部分,去掉不需要的部分，設置系統的基本情況。比如系統可提供的最大任務數量，是否定制郵箱服務，是否需要系統提供任務掛起功能，是否提供任務優先級動態改變功能等等。INCLUDES.H 系統頭文件，整個實時系統程序所需要的文件，包括了內核和用戶的頭文件。

3.3用戶圖形接口

雖然 μC/OS-II 操作系統具有很高的實時性，但不像 WINCE、uCLinux 等操作系統那樣 有良好的圖形界面支持。所以，在使用液晶和觸摸屏的情況下需要移植用戶圖形接口程序。這里使用的是 μC/GUI。μC/GUI 是一個軟件模塊集合，通過該模塊可以在我們的嵌入式產品 中加入用戶圖形接口（GUI）。μC/GUI 具有很高的執行效率，并且與處理器和 LCD 控制器相 獨立。該模塊可以工作在單任務或者多任務環境，可以支持不同大小的顯示方式。

通過 μC/GUI 我們可以很方便的在液晶屏繪制圖形和界面。如果需要多種字體支持，必 須自己將相應的字體字庫加入到 μC/GUI 中。為了避免出現亂碼，盡量使用 GB2312 國標字庫。

3.4關于字庫的兼容性問題

我們國內通常使用的漢字字庫是 GB 碼，但國際上使用的是 UNICODE 碼，所以如果數據終端使用的是手機、PDA 等移動通信設備，那么在數據發送前必須進行字碼轉換，即 GB 碼 轉換為 UNICODE 碼或者 UNICODE 碼轉換為 GB 碼。由于 GB 碼與 UNICODE 碼在排列組合上沒有任何規律，所以通常字碼轉換的方法就是 查表法。

4結束語

基于 ARM9 嵌入式系統的遠程監控系統與以往的監控系統不同，高性能的處理器芯片大大提高了系統的性能。使監控系統能夠工作在比較惡劣的環境中。并且在設計上充分考慮到了系統的可擴展性和兼容性問題，實現了本系統與其他系統的無縫連接。以滿足不同工作環 境的需要。

作者創新觀點：本文設計的遠程監控系統應用范圍更廣，更靈活、方便。通過各個功能模塊 的不同組合，可以十分方便快速的應用于各個領系域，真正實現智能化、自動化且具有較高 的性價比。

第四篇：基于嵌入式Linux遠程圖像監控系統的設計

本文由wangyong1179貢獻

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基于嵌入式 L inux遠程圖像監控系統的設計

唐人財, 劉連浩

(中南大學信息科學與工程學院, 湖南 長沙 410083)摘要: 系統以嵌入式微處理器 S3C2440和 L inux為核心平臺, 采用 U SB攝像頭作為圖像采集設 備, 利用 L inux 下視頻設備 應用編程接口 V 4L2和 Q t/Em bedded實現圖像的采集, 實時 顯示和 JPEG 格式 圖片保 存, 利 用 libjpeg 庫來實 現視頻 數據 的編解碼以及通過以太網進行遠程傳輸, 實現一種功耗低、可靠性高和低成 本的網絡圖像采集與傳輸系統設計方案。關鍵詞: L inux 圖像采集;Q t/Em bedded V 4L2;S3C2440;;中圖分類號: T P391 41.文獻標識碼: A do: 10 3969 /.j issn.1006 2475.2010.11.009 i.D esign of R emote I age M on itoring System Based on Em bedded L inux m TANG R en ca, L IU L ian hao i(Institu te of Infor ation Science and Eng ineer ing, C entra l South U niversity Changsha 410083, China)m , Ab stract T he syste uses e : m mbedded m icroprocesso r S3C2440 and L inux as the core platfo r T he applica tion prog ramm ing in m.te rface V 4L2 and Q t /Embedded library are tw o key techno log ies to realize i age acqu isition, rea l ti e display and JPEG p icture m m sav ing by using U SB ca era T his design of i age acqu isition and trans ission is a low powe r consumption, h igh reliab ility and m.m m inexpensive syste m, wh ich ach ieves encod ing o r decod ing of i ages by lib jpeg library and remo te transm ission o f E therne t m.K ey w ords L inux;i age acquisition;Q t/Em bedded V4L 2;S3C2440 : m;0 引

言

友好圖形操作界面, 實現現場圖像在終端上的實時顯 示和 JPEG圖片的保存。利用 L inux 下 lib jp eg庫編碼 壓縮圖像, 通過以太網接口實時傳輸到視頻監控中心 PC機上, 通過接收解碼顯示現場圖像, 實現遠程視頻 圖像監控功能。系統總體設計結構如圖 1所示。

隨著嵌入式技術、多媒體技 術及網絡技術 的發 展, 基于嵌入式技術、視頻壓縮編碼技術和網絡傳輸 控制技術的綜合應用, 已成為數字化網絡視頻采集監 控領域的核心 技術。系統是基于 ARM 9和 L inux平臺的遠程視頻圖像監控設計方案, 整個系統建立在嵌 入式結構上, 實現了高質量的視頻圖像采集和實時處 理功能。

系統總體設計

遠程視頻圖像監控系統分為嵌入式視頻監控終 端和監控中心 PC 機兩部分。嵌入 式視頻監控終端 基于嵌入式微處理器 S3C2440和 L inux 核心平臺, 采 用通用 USB 攝像頭捕捉現場圖像, 通過 USB 接口將 數據傳輸到 ARM 開發板上, 由開發板上的圖像采集 處理模塊進行圖像數據處理, 通過 LCD 觸摸屏顯示

圖 1 系統總體設計框圖 2 系統硬件設計

系統選取 m in i2440開發板作為系統設計的硬件

收稿日期: 2010 06 28 作者簡介: 唐人財(1978), 男, 海南海口人, 中南大學信息科學與工程 學院碩 士研究 生, 研 究方向: 嵌入 式系統 及應用;劉連 浩(1959), 男, 湖南 澧縣人, 教授, 博士, 研究方向: 單片機及嵌入式系統。32 計

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平臺, 監控終端硬件由主控模塊和擴展模塊兩部分組 成。主控模塊采用嵌入式微處理器 S3C2440 它是一 , 款基于 ARM 920T 核的 16/ 32位 RS I 結構的嵌入式微 C 處理器, 主頻 400 z 最高可達 533 MH , MH z 片內外資源 , 豐富, 具有強大的處理能力, 從硬件上保證了系統快速 的響 應 速 度。系 統 存 儲 擴 展 了 128 B 的 NAND M FLAS 64 B的 SDRAM。擴展模塊包括通用 USB攝 H, M 像頭、9000以太網控制器和帶觸摸屏的 NEC3 5英 DM.寸 TFT 真彩液晶屏。主控模塊通過 USB 接口電路、LCD接口電路、以太網接口電路與擴展模塊相連接構 成整個硬件系統。系統硬件結構如圖 2所示。

配置內核編譯選項時把 UVC 驅動編譯進內核。UVC 不是攝像頭的品牌或型號, 它是一種視頻設備的技術 規范, 全稱為 U SB V ideo C lass 這是一個為 USB 視頻 , 設備提供驅動的開源項目。UVC 驅動支持 V 4L 2應 用編程接口, 系統設計中使用的 USB 攝像頭為 T op Speed U SB 2 0 C a era UVC 驅動提供支持。.m , 3 3 V4L2圖像采集程序的實現.V4L2 是 V id eo For L inux Two 的 簡稱, 是 V id eo Fo r L in ux AP I的第二版本, 是 L inux 下開發視頻設備 程序的接口標準, 使用分層方法對所有視頻設備的驅 動和應用編 程提 供一 套完備 的接 口規 范。基于 V4L 2標準, 視頻圖像采集處理流程如圖 3所示。[ 3] 圖 2 系統硬件結構框圖 3 系統軟件設計

1 系統軟件平臺.系統軟件平臺以嵌 入式 L inux 和 Q t/Em bedded 為基礎, 具體構建步驟為: 在宿主機上建立交叉編譯 環境, 完成引導加載程序 v ivi的編譯移植, 編譯移植 linux 2 6 29 內核, 包括 DM 9000 網卡、..通用 USB 攝 像頭和 LCD 觸摸 屏等驅動 的移植, 基于 busybox 1.13.3構建文件系統。基于系統設計的需求, 還要完 成 QTE 4 5 3圖形庫與 tslib 1 4觸摸屏支持庫以及...lib jp eg庫向開發板的移植。lib jp eg 庫主要用于實現 內存中圖像數據的編解碼, QTE 4 5 3是面向嵌入式..系統的 Q t版本, 采用了 fram ebuffer作為底層圖形接 口, 采用 C ++ 封裝, 具有豐富的控件資源和良好的可 移植性, 系 統中的應 用程序 以及環 境都是 基于 Q t / Em bedded來開發的。最終形成基于 ARM 的嵌入式 [ 1 2] L inux 操作系統平臺 , 在系統軟件平臺上可進行嵌 入式應用程序的開發。限于篇幅, 系統軟件平臺的構 建在此只作簡單介紹。3 2 嵌入式 L inux下 USB 攝像頭驅動.為了使用 L in ux下 V4L2應用編程接口編寫圖像 采集應用程序, 在開發板上移植版本為 linux 2 6 29..的內核, 此內核版本支持 UVC 驅動 USB 攝像頭, 在圖 3 視頻圖像采集處理流程圖

3 1 視頻設備結構體初始化..程序中定義一個視頻設備的數據結構 struct vde vice 結構體的成員變量是對視頻設備和圖像屬性的 , 描述。

init_ vdata(struct vdevice * vdev , char * dev _na e un m , signed int w idth unsigned int he ight int fo r at);, , m 通過參數完成對視頻設備結構體變量 vdev的賦 值初始化。視頻設備名稱 dev_na e 視頻圖像寬度 m , w idth 視頻圖像高度 heigh, 視頻圖像格式 for a, 以 , t m t 及申請分配兩個內存緩沖區 fram ebuffer和 rgbbu ffer , 分別為采集到的一幀圖像 數據緩沖區和 24位 RGB 圖像數據緩沖區。3 3 2 視頻設備初始化..函數 in it_vdev(struct vdev ice * vdev)根據參數

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唐人財等: 基于嵌入式 L inux遠程圖像監控系統的 設計

vdev傳遞的值對視頻設備進行初始化, 這是進行視頻 圖像采集前必須完成的工作。視頻設備結構體 vdev 包含了要設置的設備信息, 初始化視頻設備到適合的 圖像采集工作方式。視頻設備初始化具體實現如下:(1)打開攝像頭設備文件。利用系統調用 函數 vdev > fd = open(vdev > dev_nam e O_RDWR)實現, 該函數的功能是打開參 , 數 vdev > dev_nam e指定的設備, 對于攝像頭用設備 文件名 /dev /v ideo0 表示, vdev > fd 是設備打開后 返回的文件描述符, 在程序中可使用它來對設備文件 進行操作。(2)查詢設備信息和設置采集屬性。在 L inux 編程中, io ct l函數是設備驅動程序中對 設備的 I /O 進行管理的函數, 用戶程序一般使用 ioctl 函數來對設備的一些特性進行控制。調用帶 V ID I C _ O QUERYCAP命令參數的 io ct l函 數來取得設備文件的屬性參數, 并存儲于 struct v4l2_ capab ility 結構體變量 vdev > cap 中, 然后可 逐項驗 證 vdev > cap的屬性, 看設備是否符合采集的要求。

ioctl(vdev > fd V ID I _QU ERYCAP, & vdev > cap);, OC m em 間建立映射, 調用帶 V I I C _QBUF 命令參數的 DO ioct l函數將所申請的設備緩存加入等待輸入緩存隊 列, 內存映射初始化完成。3 3 3 采集圖像數據..函數 capture(struct vdevice * vdev)完成一幀視 頻圖像數據采集, 采集到的視頻圖像數據存放到設備 緩存 vdev > bu f中, 通過映射的程序內存空間可處理 視頻圖像, 函數調用成功返回視頻設備采集的圖像數 據大小。在設備緩存加入等待輸入隊列后, 調用帶 VIDI C_ O STREAMON命令參數的 ioctl函數使能視頻設備。

type= V 4L2_BU F _TYPE_V IDEO _CA PTURE;ioctl(vdev > fd V ID I _STREAM ON, & type);, OC 圖像數據緩存采用 F IFO 的方式, 緩存隊列將已 采集到視頻圖像數據的設備緩存出隊列, 此時與之映 射的內存空間就存儲了采集到的視頻圖像數據, 處理 完畢重新使設備緩存加入隊列。這個過程需要調用 兩次 io ctl函數。

ioctl(vdev > fd V ID I _DQBUF, & vdev > buf);, OC ioctl(vdev > fd V ID I _QBUF, & vdev > buf);, OC 接著設置視頻圖像采集格式, 可根據需求修改攝 像頭緩沖區中圖像參數如分辨率、格式等。具體方法 為先給 struct v4 l2 _for at結構體變量 vdev > f t分量 m m 賦新值, 再調用 帶 V ID I C _S _FMT 命令參數 的 ioctl O 函數完成采集屬性的設置。ioctl(vdev > fd V ID I _S_FM T, & vdev > fm t);, OC 調用帶 VIDIOC_DQBUF 命令參數的 ioct l函數使 設備緩存出隊列, 利用系統函數 m em cpy 將所采集的 一幀視頻圖像數據拷貝的所分配的內存空間 vdev > fram ebuffer以 方 便 后 續 圖 像 處 理。然 后 調 用 帶 V IDI C _ O QBUF 命令參數的 io ctl函數把設備緩存重新 加入輸入緩存隊列, 至此完成一幀視頻圖像數據采集。系統采用的攝像頭初始化為 YUV422圖像格式, 圖像要在 LCD 上顯示, 必須進行圖像數據格式轉換 處理, 將 YUV422格式轉換為 RGB24格式。

yuv2 rgb24(vdev > fra ebuffer vdev > rgbbuffer vdev > m , , w idth vdev > he ight);,(3)實現內存映射。V4L2捕獲的數據是存放在內核空間的, 用戶不 能直接訪問該 段內存, 必須通 過某些手段來 轉換地 址。系統采用 mm ap內存映射方式, 把設備內存映射 到用戶程序內存空間, 直接處理設備內存, 加速了 I/ O 訪問。主要函數調用如下: ioctl(vdev > fd V ID I _REQBUF S & vdev > rbuf);, OC , ioctl(vdev > fd V ID I _QU ERYBUF, & vdev > buf);, OC vdev > m e [ i] = mm ap(0, vdev > bu.length, PROT _ m f READ, M AP _SHARED, vdev > fd vdev > bu.f m.offset);, ioctl(vdev > fd V ID I _QBUF, & vdev > buf);, OC 函數 yuv2rgb24 將 vdev > fram ebuffer指定 內存 中的 YUV 422圖像格式轉換為 RGB24格式, 并存放 到 vdev > rgbbuffer指定內存中, 函數實現在 此不作 詳細闡述。3 4 圖像數據的 JPEG 編解碼.網絡傳輸前對原始圖像數據進行壓縮處理, 利用 IJG(Independent JPEG G roup)提供的 lib jp eg 庫進行 [ 4 6] 圖像編解碼。在開源的 libjpeg 庫中, 函數必須從 文件或其他 設備流中讀取數據, 再將壓縮數 據存成 JPEG 文件, 增加了不必要的文件 I/O 操作, 不利于網 絡實時傳輸圖像。為解決 該問題, 改寫 了 lib jp eg 庫 內 jdatasrc c和 jd atads.c兩個源代碼文件, 設計自定.t 義的結構體 struct m y_dest_ gr和 struct m y_src_ g r m m , 增加自定義圖像數據緩存地址變量、已處理圖像數據

具體實現: 首先, 對 struct v4 l2 _ requestbuffers結 構體變 量 vdev > rbuf 分 量 賦 值, 調 用 帶 V I I C _ DO REQBUFS命令參數的 io ctl函 數分配自定義 數量的 設備緩存;然后, 在循環程序結構中對申請分配的設 備緩存 進行映射, 調用帶 V IDIOC _QUERYBUF 命令 參數的 ioct l函數獲得設備緩存偏移量和緩存大小并 存于 struct v4l2_buffer結構體變量 vdev > bu f中, 調 用 mm ap在設備 緩存 和程序 內存 空間 變量 vdev > 34 計

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的偏移量變量和圖像大小變量, 并改寫 lib jp eg庫相關 操作函數, 封裝相關的數據結構和成員函數為自定義 的圖像編解碼類 MY JPEG。實現輸入數據和輸出數據 的重定向到內存, 利用開源的 libjpeg 庫在內存中實現 圖像的壓縮和解壓縮。參照 lib jpeg 庫中編解碼過程, 實現了類 MYJPEG中壓縮與解壓縮成員函數。

w r ite e(unsigned cha r * m m char* m quality);/ /圖像數據壓縮處理 readm e(uns igned char indata int pSize unsigned char m * , , * outdata);/ /圖像 數據解壓縮處理 outdata int * pS ize unsigned , , indata unsigned int mw idth, unsigned int mhe ight int , , 壓縮函數中參數可以靈活對壓縮圖像分辨率大 小和質量屬性進行設置, 參數 pS ize 返回壓縮后圖像 的大小。而解壓縮圖像時, 壓縮圖像的大小則通過參 數 pSize傳入。3 5 網絡傳輸視頻圖像數據.UDP是非連接的、不可靠的、傳遞數據報的傳輸 協議, 提供了一種高效無連接的服務。由于 UDP 不 提供數據的可靠性保證, 使其具有較少的傳輸時延, 很適合實時性高而不要求數據絕對可靠的場合。視 頻圖像數據實時性強, 數據量大, 所以系統設計采用 此協議傳輸數據。通過 L inux 下的 socket套 接字編 [ 7] [ 8 11] 程 , 實現視頻圖像的網絡傳輸。利用 C語言中 的多線程編程, 將網絡通信置于一個工作線程, 避免 了 GU I應用程序因網絡阻塞等待操作而使圖形用戶 界面凍結無法響應的問題。系統設計時結合使用互 [ 12] 斥鎖和條件變量對各個工作線程進行同步。嵌入式視頻監控終端上采集顯示程序作為主線 程, 同時創建一個視頻圖像發送工作 線程 deal_send(), 用來處理與視頻監控中心 PC間的網絡通信。具 體過程描述如 下: 調用 socket()函數創建一個 UDP 數據報類型的套接字, 接著調用 bind()函數, 給套接 字綁定一個端口。視頻圖像發送工作線程調用 recv from()函數在指定的端口上阻塞等待客戶端發送來 的 UDP數據報, 接收到服務請求, 處理該服務請求并 通過 sendto()函數將處理結果返回給 PC 端。在監控中心 PC 端創建解碼顯示視頻圖像工作 線程, 并創 建一個視 頻圖像接 收工 作線程 deal _re ce ive(), 用來處理與視頻監控終端的網絡通 信。具 體過程描述如 下: 調用 socket()函數創建一個 UDP 數據報類型的套接字, 接著調用 bind()函數, 給套接 字綁定一個端口。調用 sendto()函數向監控終端發 送服務請求報文, 調用 recv from()函數等待并接收服 務應答報文。繼續定時發送服務請求直至通信終止。具體網絡傳輸的通信過程如圖 4所示。

圖 4 網絡傳輸通信流程 4 視頻圖像實時顯示

系統是一個實時視頻圖像采集與傳輸系統, 采集 的現場視頻圖像在嵌入式視頻監控終端和監控中心 PC上實時顯示與保存。只要以較快速度顯示變化的 圖片就可以實時顯示現場情況, 系統中利用定時器每 40m s采集一幀視頻圖像。該遠程圖像監控系統界面 是通過 QT 來實現的, 在強大的 QT 圖形庫的支持下, [ 13 14 ] 可快速開發出友好的圖形用戶界面。利用幾個 相關 Q t圖形類 Q I age QP ixm ap和 QL abe,l 實現視頻 m、圖像的顯示和 JPEG格式圖片保存。5 結束語

系統設計方案 是一種基于嵌入式 L inux 的圖像 采集和傳輸系統, 本文詳細介紹了 V4L 2應用編程接 口進行 USB 攝像頭視頻圖像采集, 基于 QTE 圖形庫 實時顯示視頻圖像, 利用開源的 lib jp eg 庫實現圖像 的 JPEG 編解碼, 通過網絡實時傳輸進行遠程監控。整個系統數字化、網絡化程度高, 實時性好、穩定可靠 且圖像質量較好。經實驗測試, 系統很好地實現對現 場視頻圖像的監控。在該系統的基礎上, 可進一步進 行二次擴展開發, 以便應用在工業現場控制、遠程指 揮監控系統、可視電話等諸多領域。

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算

機

與

現

代

化 2010年第 11期

目標圖像中變成 A!B!因為向前移動了, 所以物體顯 , 得比原來要大些。放大的過程應 該是: 逐步 放大左 圖, 并適當地截取放大圖中跟原來一樣大小的一塊矩 形區域, 作為一張新的過渡圖。至于放大的倍數, 作 [ 8] 如下考慮 : 假設 A!的長度是 AB的 L 倍, 兩幅圖像之間插入 B!n張過渡圖, 則每一張過渡圖之間的放大的倍數是(L 1)/(n+ 1)。

速度, 內存優化后系統占用資源更少, 由于不用頻繁 申請內存和 釋放內存, 減少 了漏洞和錯誤發 生的幾 率;采用縮放的方法改進了行進間的瀏覽效果, 提高 了虛擬漫游的沉浸感, 具有一定的實用意義。

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在放大后的圖像中央截取一塊跟原圖像大小相 同的區域, 然而由于拍攝的過程中, 一系列的過渡場 景不可能嚴格地在一條直線上, 也就是說相鄰的中間 圖像的中心位置并不重合。如果不加任何處理, 在過 渡的時候實際效果并不平滑, 在到達下一張中間圖像 的時候仍然會有跳躍的感覺。解決的方法是, 預先計 算 AB的中點在經過放大和截取后, 在最終目標圖中 的位置 p(x y), 對比 A!B!的中點 p!(x!y!), 得出 ,!, ? x = x!-x ? y = y!-y 每次 放大后截 取時, 補償 , , ? x /(n+ 1)和 ? y /(n+ 1), 使圖像中心逐步向目標 圖像的中心靠攏。

結束語

本文首先研究了魚眼圖像的拼接算法, 在提出基 于亮度差的魚眼圖像重疊區域的確定方法和采用線性 補償光強的方法進行圖像的融合處理的基礎上, 實現 了利用兩幅魚眼圖像生成空戰環境球面虛擬空間, 然 后探討了基于球面虛擬圖的多視點漫游問題。分析 可知: 利用反投影模板技術有效地提高全景圖瀏覽的

(上接第 34頁)[ 4] 汪慶年, 孫麗兵, 李桂 勇.一種基于 ARM 的視 頻監控 系 統的設計 [ J].微計算機信息, 2009 25(11): 158 160., [ 5] [ 6] [ 7] [ 8] [ 9] 汪慶年, 張廣棟.嵌入 式網絡 視頻 監控系 統的 設計與 實 現 [ J].電力電子, 2008(5): 47 49.趙文敏, 余文芳, 邢建國.一種嵌入式網 絡視頻監控 系統 的設計 [ J].計算機應用與軟件, 2009 26(8): 67 68 81., , 郭 東升, 田秀 華.L inux 環境 下基 于 Socke t的網 絡通 信 [ J].軟件導刊, 2009, 18(1): 116 118.楊暉, 胡永健, 林志泉.基于 L inux和 S3C2410嵌入式圖像傳 輸系統設計 [ J].微計算機信息, 2007 23(8): 20 24., 孟超, 張曦煌.基于嵌 入式系 統的 圖像采 集與 傳輸設 計 [ J].計算機工程與設計, 2008 29(17): 4414 4416 ,.[ 10] 童 永 清.L inuxC 編 程 實 戰 [ M ].北 京: 人 民 郵 電 出 版 社, 2008.[ 11] 王遠洋, 周淵平, 郭 煥麗.L inux 下基 于 Socket多線 程并 發通信的實現 [ J].微計算機信息, 2009, 25(15): 70 72.[ 12] 楊水 清, 張 劍, 施云飛, 等.ARM 嵌 入式 L inux系 統開發 技術詳解 [M ].北京: 電子工業出版社, 2008.[ 13] 蔡志明, 盧傳富, 李立夏.精通 Q t4 編程 [ M ].北京: 電子 工業出版社, 2008.[ 14] 陳 鯤, 陳 云 秋, 劉 信 新.基 于 Q t/Embedded 的 嵌 入 式 L inux應用程序的 設計 [ J].計算機與 數字工程, 2009, 37(1): 156 161.1

第五篇：基于ARM的嵌入式智能家居遠程監控系統設計.

摘要

科技改變生活，科技為人類帶來了更舒適更方便的解決方案，智能家居是現代化科技的體現，智能家居也正是在應人們需求下而產生的。

本設計的內容是設計一個基于ARM的智能家居遠程監控系統。整個硬件控制系統有以下模塊：控制主機STM32F103VET6、無線短信收發模塊GPRS(遠程監控的主要模塊)、用于顯示的LCD1602液晶顯示屏(顯示測量出來的溫濕度值)、測量外部環境溫濕度的溫濕度傳感器DHT11，異步電機28BYJ-48(模擬控制窗簾收放用到的控制器)、蜂鳴器(報警用)、LED燈(模擬室內各種燈)、繼電器(模擬室內各種電器的控制開關)。

溫濕度傳感器測量出來的溫濕度數值通過LCD1602來顯示，當超過設定的閾值將通過GPRS模塊發送警報短信到指定的手機上，同時也可以由手機發送特定短信到GPRS上控制LED燈的亮滅、控制28BJY-48步進電機的正反轉、讀取當前室內的溫濕度并發送回手機上，實現遠程監控的。關鍵詞 智能家居；遠程監控；GPRS；ARM Abstract Technology has changed life, science and technology has brought to mankind more comfortable and more convenient solution, smart home is a manifestation of modern technology, smart home is also in demand should be generated by people.The content of this thesis is to design a remote monitoring system of smart home based on ARM.The entire hardware control system has the following modules: the host controller STM32F103VET6, wireless SMS transceiver module GPRS(the main module of the remote monitoring), LCD display(to display the temperature and humidity measured values), temperature and humidity sensor,DHT11, be used to measure the external environment temperature and humidity, asynchronous motor 28BYJ-48(analog controller curtain used), a buzzer(alarm), LED light(simulated indoor lamps), a relay(control switch simulation of indoor each kind of electric appliance).The temperature and humidity value measured by the temperature and humidity sensor and displayed by LCD1602, when more than a set threshold an alarm SMS will be sent by GPRS module to the designated mobile phone, but also can be caused by the mobile phone to send a specific message to the GPRS to control LED light, 28BJY-48 stepper motor reversible, read the current indoor temperature and humidity and sent back to the mobile phone.Keywords smart home;remote monitoring;GPRS;ARM II

目 錄

摘要.......................................................................................................................I Abstract...............................................................................................................II 第1章 緒論........................................................................................................1 1.1 課題背景..................................................................................................1 1.2國外的發展動態.......................................................................................1 1.3 國內的發展動態......................................................................................2 1.4 本文各章主要安排..................................................................................2 第2章 各個硬件模塊的說明............................................................................3 2.1 主控模塊..................................................................................................3 2.1.1 STM32的系統架構............................................................................3 2.1.2 STM32F103VET6的內部資源..........................................................4 2.2短信收發模塊GPRS................................................................................7 2.3溫濕度測量模塊.......................................................................................8 2.3.1 DHT11的引腳說明............................................................................8 2.3.2 DHT11的工作原理............................................................................9 2.4 溫濕度液晶顯示模塊LCD1602............................................................11 2.4.1 LCD1602的管腳說明......................................................................12 2.4.2 LCD1602的特性..............................................................................12 2.4.3 LCD1602的基本指令......................................................................12 2.5 收放窗簾模塊步進電機28BJY-48.......................................................14 2.5.1 步進電機的工作原理......................................................................14 2.5.2 步進電機的引腳接線......................................................................14 2.6 本章小結................................................................................................15 第3章 硬件系統的設計..................................................................................16 3.1 直流穩壓電源的設計............................................................................16 3.2 STM32最小系統的設計........................................................................17 3.2.1電源的供電方案...............................................................................17 3.2.2 晶振電路..........................................................................................17 3.2.3 復位電路..........................................................................................18 III 3.2.4 串口驅動電路...................................................................................18 3.3 步進電機、繼電器驅動電路設計.........................................................19 3.4 本章小結.................................................................................................20

第4章 軟件程序的設計...................................................................................21 4.1 主函數及TIM2中斷服務函數設計......................................................21 4.1.1 主函數及TIM2中斷服務函數程序代碼........................................21 4.1.2 主函數及TIM2中斷服務函數程序流程圖....................................23 4.2 GPRS來信中斷處理函數設計...............................................................24 來信中斷處理函數程序代碼.................................................24 4.2.2 GPRS來信中斷處理流程圖.............................................................26 4.3 GPRS的AT指令....................................................................................27 4.3.1 本設計中用到的AT指令................................................................27 4.3.2 PDU編碼...........................................................................................27 4.3.3 AT指令的使用程序設計..................................................................29 4.4本章小結..................................................................................................31 結論.....................................................................................................................32 參考文獻.............................................................................................................33 致謝.....................................................................................................................35 附錄一 整個硬件系統電路圖...........................................................................36 附錄二 開題報告說明.......................................................................................37 附錄三 文獻綜述...............................................................................................38 附錄四 中期報告...............................................................................................39 附錄五 外文文獻及其翻譯...............................................................................40 附錄六 完整的程序代碼...................................................................................41 4.2.1 GPRS IV 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題背景

隨著科技的提高，經濟的發展，人們的物質生活水平的提高，對家居環境的要求也越來越高，作為家居智能化的核心部分——智能家居控制系統也越發顯得重要。智能家居控制器可以為系統提供智能控制方案，使住戶的控制更便捷，更高效，更能為家庭的日常活動節約不必要的能耗[1]。而且在現在這個注重綠色環保的世界里，智能的為住戶控制好空氣的濕度、溫度等，檢查分析空氣成分，讓住戶安心入住。家居智能化控制的開發和建設是未來國家、經濟發展的必然趨勢。在科學技術日新月異的今天，智能家居產品也在不斷發展尋求突破，用智能的方式緩和、解決社會矛盾，這是本課題的目的及意義所在。1.2國外的發展動態

1984年，世界上第一座智能建筑在美國的康涅迪格州建成，這座意義不一般的智能建筑是對一座舊式大樓在一定程度上的改造而完成的。它只是采用計算機系統對大樓的照明、空調、電梯等設備進行監控，并提供情報資料、語音通信、電子郵件等方面的信息服務。2000年，新加坡大約有5000戶家庭采用了這種家庭智能家居化系統，而與此同時，美國采用這種智能家居化系統的用戶已高達4萬戶。目前，在國外的家庭智能化系統技術己經越來越成熟，預計今后，越來越多的新房將會安裝具有一定的“智能家居化”功能的系統。于此同時，由于科學技術的發展日益標準化，這些新型智能家居系統將會比世界首富比爾.蓋茨耗資六千萬美元的高端智能家居別墅便宜得多。

在家居智能化系統研發方面，美國及一些西方國家一直處于領先地位。近年來，以摩托羅拉公司及美國微軟公司等為首的一些國外知名企業，先后加入到智能家居系統的研發中。比如:摩托羅拉公司開發出來的“居所之門”、微軟公司開發出來的“夢幻之家”、IBM公司開發出來的“家庭主任”等都以日趨成穩的技術霸占家居市場。此外，亞洲國家日本、韓國、新加坡等國 的領頭大企業也紛紛致力于家居智能化的研發，對家居市場更是躍躍欲試。1.3 國內的發展動態

1990年后，我國的智能家居化住宅小區日益興起。我國的智能家居化住宅建筑最早起于廣州、深圳和上海等沿海發達城市，并慢慢地向內陸發展。在1997年香港回歸時，上海的中皇廣場在建設部“97跨世紀住宅小區案競賽活動”中被建設部科技委員會評為全國首家“智能住宅示范工程”，從此揭開了我國智能家居住宅小區發展的序幕。1999年，建設部住宅產業化辦公室、建設部勘察設計司聯合組織實施了全國住宅小區智能化技術示范工程，這也標志著我國的智能家居進入了一個新階段。隨著信息化技術日益普，國家經貿委領頭成立了家庭信息網絡技術委員會，同時信息網絡技術體系研究及產品開發已經被列為了國家技術創新的重點專項計劃。根據建設部的要求，截止今年，大中城市中50%的住宅要實現智能化[2]。

我國的智能家居建設相對于國外起步比較晚，尚未形成一定的國家標準。國內各大硬、軟件企業機構正在積極的研發更為符合市場的智能家居化產品，以解決我國當前智能化設備使用復雜、產品價格昂貴及實用性差等缺點，而技術創新能力也逐漸向國際先進水平靠攏，這樣智能家居的未來值得我們期待[3-4]。1.4 本文各章主要安排

本文第二章主要介紹了智能家居控制系統中用到的各個硬件模塊，有主控模塊STM32F103VET6、GPRS短信收發模塊GTM900-B、溫濕度測量傳感器DHT11、液晶顯示屏LCD1602、步進電機28BYJ-48。

第三章主要介紹了硬件系統的設計，重點描述各個功能模塊電路圖的設計及其功能。

第四章主要介紹了控制系統軟件程序的設計，主要有主函數及TIM2中斷處理函數的程序設計，GPRS來信中斷處理函數的設計以及GPRS的AT指令的PDU編碼過程。其中給出了主要程序代碼及其程序流程圖。第2章 各個硬件模塊的說明 第2章 各個硬件模塊的說明 2.1 主控模塊

本設計整個系統的主控芯片選擇的具有ARM內核Cortex-M3的STM32F103VET6。該芯片屬于增強型的32位高性能微控制器，具有100引腳和高達512K字節的閃存存儲器。2.1.1 STM32的系統架構

STM32VET6的系統架構包含4個驅動單元：Cortex-M3內核Dcode總線、系統總線、通用DMA1和通用DMA2；4個被動單元：內部閃存存儲器Flash、內部數據存儲器SRAM、FSMC和AHB到APB的橋。這些單元都是通過一個多級的AHB總線構架相互連接的，如圖2-1所示。

ICode: 該總線將閃存指令接口與ARM的Cortex-M3內核的指令總線相連接。指令預取在此總線上完成。

DCode: 該總線將閃存存儲器的數據接口和Cortex-M3內核的數據總線相連接(常量加載和調試訪問)。

系統總線: 此總線連接Cortex-M3內核的系統總線到總線矩陣，總線矩陣協調著DMA與內核之間的訪問。

DMA總線: 此總線將DMA的AHB主控接口與總線矩陣相聯，總線矩陣協調著CPU的DCode和DMA到 內部閃存存儲器Flash、內部數據存儲器SRAM和外設的訪問。

總線矩陣: 該矩陣協調DMA主控總線與內核系統總線間的訪問與仲裁，仲裁采用輪換算法。總線矩陣包含4個驅動部件和4個被動部件。AHB外設通過總線矩陣與系統總線相連，允許DMA訪問。

AHB/APB橋(APB): 兩個AHB/APB橋在AHB和2個APB總線間提供同步連接。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高72MHz)。有關連接到每個橋的不同外設的地址映射。在每一次復位以后，所有除SRAM和FLITF以外的外設都被關閉，在使用一個外設之前，必須設置寄存器RCC_AHBENR來打開該外設的時鐘 3

圖2-1 STM32系統架構

2.1.2 STM32F103VET6的內部資源

STM32F103VET6的引腳圖如圖2-2所示。

(1)內核：ARM的32位Cortex-M3微處理器；最高達72MHZ頻率，Cortex-M3內部的數據路徑是32位的，寄存器是32位的，存儲器接口也是32位的。Cortex-M3采用了哈佛結構，擁有獨立的Dcode總線和Icode總線，可以讓數據訪問和取指并行不悖，這樣數據訪問就不再占用Icode總線，從而提升了工作性能。為實現這個特性，Cortex-M3內部含有好幾條總線接口，每條都為自己的應用場合而優化過，并且它們可以并行工作。第2章 各個硬件模塊的說明 圖2-2 STM32F103VET6引腳圖

(2)存儲器：512KB的閃存程序存儲器；64K字節的靜態數據存儲器 5

SRAM，它可以以字節、半字(16位)或全字(32位)訪問。(3)時鐘和電源管理：

(a)三種不同的時鐘源可被用來驅動系統時鐘(SYSCLK)：1)HSI振蕩器時鐘；2)HSE振蕩器時鐘；3)PLL時鐘。

(b)STM32的工作電壓(VDD)為2.0～3.6V，通過內置的電壓調節器提供所需的1.8V電源；

(c)獨立的A/D轉換器供電和參考電壓；

(d)一個完整的上電復位(POR)和掉電復位(PDR)電路；(e)可有3種不同工作模式的電壓調節器；(f)可編程電壓監測器(PVD)。

(4)通用和復用功能I/O(GPIO和AFIO)：5組多功能雙向5V兼容的通用I/O端口；可使用復用功能重新映射到其他一些引腳上。

(5)DMA控制器：支持定時器、ADC、SPI、IIC和USART等外設。(6)嵌套向量中斷控制器：

(a)有68個可屏蔽中斷通道(不包含16個Cortex?-M3的中斷線)；(b)16個可編程的優先等級(使用了4位中斷優先級)；(c)低延遲的異常和中斷處理；(d)電源管理控制；

(e)系統控制寄存器的實現。

(7)模擬/數字轉換(ADC)：12位的ADC是一種逐次逼近型模擬數字轉換器，它有多達18個通道，可測量16個外部和2個內部信號源。

(8)定時器：2個高級控制定時器(TIM1、TIM8)；(a)4個通用定時器(TIM2、TIM3、TIM4、TIM5)；(b)2個基本定時器(TIM6、TIM7)；

(c)一個實時時鐘、兩個看門狗定時器和一個系統滴答定時器(Systick)。

(9)通用異步收發器(USART)：全雙工的，異步通信RZ標準格式；發送和接收共用的可編程波特率，最高達4.5Mbits/s；智能卡模擬功能。6