摘要： 本文介绍一种依据ZigBee 技能的网络化智能家居体系的规划和完结计划。体系硬件上以S3C2440A 为操控中心，运用CC2430(＄4.0170) 组成家庭内部网络来收集家庭设备的数字信号， 用USB camera 收集家庭内部的视频信号。软件上运用嵌入式Web服务器和CGI 技能完结家庭内网和Internet 相连，到达长途监控的意图。通过实践测验证明体系功用强大，运转安稳，满意了家庭信息网络化的要求。
1 导言
跟着信息时代的到来和网络技能的飞速开展， 完结家庭信息化、网络化是当今智能家居设备体系开展的新趋势。智能家居体系是将相对独立的家用电器构成一个一致的体系， 从而完结对这些设备和家庭环境的智能办理、长途监控和资源共享。其意图是为人们供给一个安全、舒适、高效和便当的生活环境。本文介绍一种依据嵌入式Web 和ZigBee 技能的网络化智能家居体系的规划和完结计划。
2 体系结构和功用介绍
体系有远端PC、嵌入式网关、USB 摄像头和ZigBee 组成的家庭内部无线网络四部分组成。规划思维是在每一个家庭设备上都装上ZigBee 模块和相应传感器来组成一个终端节点，用来实时监控设备的状况， 而且把收集到的数据以无线方法发给ZigBee 和谐器，这样就由ZigBee 和谐器和各终端设备组成了一个无线衔接的星型结构的家庭内部网络。嵌入式网关是体系的中枢，能够把USB 摄像头收集的视频信息和来自和谐器接纳的终端节点信号传送到Internet 上， 这样就把内部网络衔接到互联网上。特别是USB 摄像头的运用，让用户能够直观的看到家里的悉数改变， 弥补了大部分智能家居体系只能够检查家庭设备数字信息的缺乏。用户能够通过长途PC 机拜访家庭内部网络，检查家庭设备的数字信息和视频信息，完结长途监控的意图。
3 体系硬件规划
3.1 中心处理器模块
本体系选用S3C2440A 作为中心操控器， 它是Samsung 公司推出的一款依据ARM920T 核的处理器， 选用了16/32 位RISC 处理器， 具有外部存储器操控器，LCD 操控器，4 通道DMA操控器，三通道UART，两通道SPI，两路全速USB 主设备芯片，带有MMU 虚拟存储器单元，这一特功用够移植linux 体系和树立Web 服务器，主频400MHz，有130 个I/O 端口和24 路外部中止源，有多种通讯接口，体积小，功耗和成本低，可靠性高，特别合适作为嵌入式微处理器。
3.2 存储模块
NAND FLASH 存储模块挑选Samsung 公司出产的K9F1208U0M-YCB0 64M*8bits 的高功用存储芯片。掉电后信息不会丢掉，用于存储发动代码、内核和文件体系。
SDRAM 是体系的内存， 它不具有掉电坚持数据的特性，其存取速度大大高于Flash 存储器， 在体系中首要作程序的运转空间、数据和仓库区。体系中SDRAM 选用K4S561632C-TC75芯片。K4S561632C-TC75 的存储容量为16M*16 位（32M 字节），数据宽度为16 位，因为S3C2440A 是32 位的，外部总线也是32位的， 为了最大极限发挥处理器的功用， 本体系选用两片K4S561632C-TC75 芯片并联起来，以构成32 位内存体系。
3.3 以太网接口
体系选用CS8900A(＄6.3240) 芯片树立网络接口。CS8900A 是Cirrus公司出产的一款单芯片、全双工、全面支撑IEEE802.3 规范的高集成以太网操控器。在本体系中网络操控器发挥着重要作用，它担任将监控数据发送到Internet， 并把来自Internet 的操控指令传送至底层。
3.4 摄像头挑选
关于图画收集传感器，选用以中星微公司的ZC301 感光芯片为中心的USB 摄像头作为图画收集模块。中星微301 系列高清芯片具有印象光源主动增益补强技能，主动白平衡、边缘增强以及伽马纠正等先进的摄像操控技能。
3.5 ZigBee 模块
无线收发芯片选用Chipcon （已于2006 年被TI 公司收买）公司出产的CC2430.CC2430 芯片除了整合ZigBee 射频（RF）前端、内存和微操控器外， 还具有128KB 可编程内存和8KB 的RAM、模仿数字转换器（ADC） 、定时器（Timer） 、AES-128 协同处理器、看门狗定时器以及21 个可编程I/O 引脚等。因而挑选CC2430 做为无线收发部分， 运用起来十分简略上手。因为CC2430 的高度集成度， 外围需求很少的器材能够组成最小体系。它结合Chipcon 公司全球先进的ZigBee 协议栈、工具包和参阅规划，展现了抢先的ZigBee 解决计划。其产品广泛使用于轿车、工控体系、家居体系和无线传感器网络等范畴。
4 体系软件规划
体系软件首要包含移植Linux 操作体系，USB 摄像头驱动的编写，ZigBee 和谐器作业程序和终端设备的收发程序，嵌入式Web 服务器的移植等等。
4.1 移植Linux 操作体系
本体系选用2.6 版别的Linux 内核， 首先从ftp://ftp.kernel.org/pub/linux/kernel/下载内核源码。在编译内核前先要修正根目录下的Makefile 文件：
ARCH=arm
CROSS COMPILE=arm-linux-gcc
然后运转make menuconfig 进入装备菜单， 挑选需求的选项， 装备完结后保存退出， 顺次履行内核编译指令：make dep ;make clean;make zImage 编译成功后会在/linux/arch/arm/boot/下找到编译好的内核镜像文件zImage.然后能够用Bootloader 菜单指令把内核镜像烧写到NAND FLASH 中。
4.2 USB 摄像头程序
在Linux kernel 源码目录中driver/usb/usb-skeleton.c 供给了一个根底的USB 驱动程序。通过它仅需求修正很少的部分，就能够完结一个USB 设备的驱动。从头编译内核生成摄像头驱动文件，然后履行insmod 加载USB 摄像头驱动，Linux 体系就在/dev 目录下注册了USB 视频设备/dev/video0.
摄像头驱动程序安装好后为了进行视频收集有必要参加Video4Linux 模块，Video4Linux 是Linux 中关于视频设备的内核驱动，它为针对视频设备的使用程序供给一系列接口函数。关于USB 口摄像头， 其驱动程序中需求供给根本的I/O 操作接口函数open、close、read、write 等的完结。对中止的处理完结，内存映射功用以及I/O 通道的操控接口函数ioctl 的完结等， 并把它们界说在struct file_operations 中。这样当使用程序对设备文件进行比如open、close、read、write 等体系调用函数时，Linux 内核将通过file_operations 结构体拜访驱动程序供给的函数。
4.3 ZigBee 和谐器和设备节点程序
ZigBee 家庭无线网络首要担任对现场各种信息的监控以及数据的收集， 并将内部处理过的数据经家庭网关传送到外部网络。本体系中ZigBee 和谐器首要用于树立无线网络，分配地址，向终端节点发送操控指令和接纳终端节点的作业状况，并将接纳到的状况数据悉数上传至Web 服务器， 最终通过Internet传送到远端的用户端。终端设备节点首要有参加网络，接纳操控指令，以及发送状况信息给和谐器等。和谐器主程序流程如图2所示。
4.4 Web 服务器
Web 服务器的作用是监听用户的服务恳求， 并依据用户的恳求给出相应的服务。服务器和客户端浏览器之间的通讯协议是超文本传输协议HTTP.HTTP 协议规则了发送和恳求的规范方法， 浏览器和服务器之间传输的音讯格局及各种操控信息。
Linux 支撑boa、httpd、thttpd 等几种Web 服务器， 其间boa 是一款单任务的Web 服务器软件，源代码敞开，速度快，功用优异，支撑能够完结动态Web 技能的CGI（Common Gateway Interface）技能，特别合适使用在嵌入式体系中。
CGI 供给了一个Web 服务器的外部程序通道，运转在服务器上，由浏览器输入触发，是Web 服务器和体系中其他程序衔接的通道。CGI 程序便是契合这种接口的程序。服务器接纳到用户的恳求，并将数据送给CGI 程序，CGI 程序接纳到数据后，发动编写好的使用程序，并按照用户供给的数据履行。使用程序履行完结后，回来履行成果，并通过Web 服务器传送给用户浏览器显现。
本体系选用了CGI 来完结动态Web 技能，CGI 规则了Web服务器调用其他可履行程序（CGI 程序）的接口协议规范。Web服务器通过CGI 程序完结和浏览器的交互，也便是CGI 程序承受浏览器发送给Web 服务器的信息进行处理，将呼应成果再回送给Web 服务器及浏览器。CGI 程序能够用多种程序规划言语编写， 本体系选用C 言语编写的CGI 程序。嵌入式Web 服务器作业流程如图3 所示。
5 体系测验
将服务器用网线和电脑主机相连， 服务器的地址设为192.168.1.6，电脑主机地址为192.168.1.8（只需主机IP 和服务器IP 处在同一个网段就能够）体系的网页包含家电体系、安防体系和视频画面三个页面，这三个画面能够彼此切换， 在浏览器输入服务器IP 对体系进行测验，并挑选摄像头长途操控画面，摄像头收集的视频画面截图如图4 所示。
6 定论
本文规划的智能家居归纳操控体系，选用ZigBee 技能组成家庭内部无线网络， 用USB 摄像头实时收集家庭视频信息，在S3C2440A 为操控中心的硬件渠道移植嵌入式Linux 操作体系和Web 服务器完结家庭网关的规划，通过实践测验，本体系到达了家庭信息网络化的意图，完结了对家庭设备长途监控的希望。体系的功用强大，功耗低，完结简略，具有宽广的使用远景。
