32基于嵌入式的远程家居监控系统的设计与实现

重庆大学硕士学位论文基于嵌入式的远程家居监控系统的设计与实现姓名：韩奎国申请学位级别：硕士专业：仪器科学与技术指导教师：龚卫国20060401重庆大学硕士学位论文中文摘要I摘要本文设计并实现了基于嵌入式系统的远程家居监控系统。随着生活水平的不断提高，人们已经开始关注居住环境的舒适性。家居监控系统作为智能化家居的组成部分，在国内外的现代化小区建设当中已经发挥越来越重要的作用。经调研，目前智能家居市场比较混乱，缺乏统一的标准，而随着小区建设的发展需求，特点鲜明、经济实用的家居监控系统具有广阔的发展前景。本文在分析了国内外智能化家居系统发展现状基础上，结合嵌入式系统的开发方法，设计并实现了基于嵌入式的、多种方式控制的、智能化的远程家居监控系统。本文在系统中尝试性引入了人脸检测的知识和相关算法，在扩展家居智能性的方向上进行了一次探索。其主要的研究工作如下：1.调研了国内外智能化家居系统的现状和发展趋势，并结合目前国内智能家居的发展特点和小区建设发展需要，设计了基于嵌入式系统的远程家居监控系统。系统在设计中选用了ARM9处理器的EMD2440开发板和嵌入式Linux操作系统，使其具有低耗能、控制方便、成本低廉和智能性的特点。2.嵌入式系统平台和开发环境的建立。其中包括嵌入式Linux的裁减、移植，设备驱动程序的改写，Qt/E库的交叉编译和qtopia桌面系统的实现，以及只读和可读写文件系统的制作和加载，充分利用了存储空间和NandFlash的特点。3.在监视功能上实现了摄像头驱动的移植和视频采集系统，SMS短信息的发送与接收，以及通过GPRS模块进行的MMS彩信系统的发送。4.在控制功能方面实现了红外遥控信号的自学习功能，家电设备的远程控制功能。并在嵌入式设备上成功地实现了微型的Web服务器，设计并编写了网页和基本的CGI程序进行系统的配置管理等。5.将实验室已有的Windows版本的自动人脸检测系统移植到了Linux平台上，并对其软件结构进行了重写，使其更容易阅读和扩展，同时也为实现向嵌入式平台的进一步移植奠定了基础。关键词：嵌入式系统，智能家居，嵌入式Linux，交叉编译，彩信重庆大学硕士学位论文英文摘要IIABSTRACTInthisdissertation,aremotehomemonitoringandcontrollingsystembasedonembeddedsystemisdesignanddevelopment.Withtheimprovementoflivingstandard,comfortablelivingenvironmentisbecomingmoreimportant.Asapartofsmarthome,monitoringandcontrollingsystemisbecomingmoreandmoreimportantinmodernresidentialconstructionatHomeandAbroad.Themarketofsmarthomeisdisorderedandnouniformstandardbyresearch.Withtherequirementofresidentialdevelopment,thehomemonitoringandcontrollingsystem,whichischaracteristic,economicalandpractical,willbeappliedwidely.Learnedthedomesticandinternationaldevelopmentofsmarthome,bythewayofembeddedsystemdevelopment,wedesignanddevelopremotehomemonintoringandcontrollingsystemwithembedded,multi-controlledandintelligent.Inthepaper,wetrytoimprovetheintelligenceofthesystembyusingthefacedetection.Thetextualmainresearchworkprimarilyasfollowing:1.Learnedthedomesticandinternationaldevelopmentofsmarthome,withthedomesticsmarthomecharacterandrequirementofresidentialconstruction,designedtheremotehomemonitoringandcontrollingsystembasedonembeddedsystem.ThesystemisdesignedtouseEMD2440boardwithARM9microprocessandembeddedLinuxsystem,whichmadeitlowenergyconsumption,convenientoperation,lowcostandintelligence.2.Establishedembeddedsystemdevelopmentenvironment.ItconsistsofembeddedLinuxreductionandtransplant;rewritethedriversofthedevices,Qt/Elibraryandqtopiatablesystemcrosscompile.ForlimitedFlashspaceandNandFlashcharacter,wedesigntousebothread-onlyandread-writefilesystems.3.Formonitoringfunction,usbcameradriverandvideocapturearebeendevelopedtandtransplant,aswellasShortMessageService(SMS)andMultimediaMessagingService(MMS)byGeneralPacketRadioService(GPRS).4.Forcontrollingfunction,bothinfaredtelecontrolsignalsself-learnfunctionandremotecontrolofhouseholdelectricappliancesareimplement.ItissuccessedtotransplantWebserverinembeddeddevice,designWebsiteandCGIprogramforsystemconfigurationmanagement.5.TransplantedautomaticfacedetectionsystemfromwindowstoLinuxplatform.重庆大学硕士学位论文英文摘要IIIRewriteditframework,andmadeitmoresuitabletoreadingandextendable,whichmadeitmoreeasilytotransplanttoembeddedsysteminthefuture.Keywords:embeddedsystem,smarthome,embeddedLinux,crosscompile,MultimediaMessagingService(MMS)重庆大学硕士学位论文1绪论11绪论1.1研究背景二十一世纪是高速变革的信息时代，社会的信息化唤起了人们对住宅智能化及家庭智能化的要求，智能住宅己成为中国房地产市场的主流。计算机行业和家电行业、电信行业、安防监控行业的互相渗透、互相融合，使信息时代直接勾勒于家居生活己成为现实[1][2]。建设部要求根据不同消费者的需要，推动家居数字化、建筑智能化技术及产品的发展，到2010年全国大中城市中60%的住宅要实现智能化，由此可见中国智能家居市场潜力巨大[3][4]。“智能家居”(SmartHome)，又称智能住宅。通俗地说，它利用先进的计算机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家庭中的各种设备(如照明系统、环境控制、安防系统、网络家电)通过家庭网络连接到一起[5]。一方面，智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过无线遥控器、电话、互联网或者语音识别方式控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大程度的高效、便利、舒适与安全。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金[6]。应该注意，家居智能化与家居信息化和家居自动化，家庭的网络化等有一定的区别。在住宅中为住户提供一个宽带上网接口，家居信息化的条件即已具备，但这做不到家居智能化；电饭煲可定时烧饭煲汤，录像机可定时预录预定频道的电视节目，这些仅仅是家电自动化。信息化和自动化是家居智能化的前提和条件，实现智能化还需对记录、判别、控制、反馈等过程进行处理，并将这些过程在一个平台实现集成，能按人们的需求实现远程自动控制。智能化应服务于人们的居家生活，因此应更全面、更富有人性化。智能家居就是以住宅为平台，兼备建筑设备、网络通讯、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境[7]。1.2智能家居的现状与发展1.2.1智能家居的国内外发展现状20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，开始出现了住重庆大学硕士学位论文1绪论2宅电子化(HE，HomeElectronics)的概念；80年代中期，将家用电器、通讯设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体，形成了家居自动化概念(HA，HomeAutomation)。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为智慧屋(WH，WiseHome)，在欧洲称为时髦屋(SH，SmartHome)。当时日本正处于房产市场低迷时期，日本建设省在推进智能建筑概念时，抓住用于住宅的总线技术的契机，提出了家庭总线系统概念(HBS，HomeBusSystem)。而随着技术的继续发展和生物识别技术的实用化普及，智能化家居的概念才真正体现了其本意，在好莱坞科幻大片中看到的那种高度智能化的家居系统正在走进我们的生活。日本松下公司正在把“数码家庭”的概念应用到养老院、养老院的所有房间都与局域网相连，装备多种测量仪器、触摸式显示屏、数码摄像机等，这样每个居住者的体温、血压等多项数据传送到护理中心，实现远程医疗护理。美国麻省理工学院的实验室正在研究“智能房间”，通过生物传感器探测人的行为来自动控制和调节居住系统。日本大型住宅公司MISAWAHOME为解决购房者对房屋防盗系统的不满意，新近推出“保全住宅”，该住宅内部采用指纹辩识门禁系统，另设有隐藏式防盗室，当遇到小偷闯入门时屋主可躲进去紧急避难，防盗室设有两道厚重的门，其中内门只要从里面上锁后，外部无法靠人力打开。防盗室内装设电话专线，电话线埋在地下；另外还可在屋内放置一个机器人，可以依歹徒恐吓的声音来反应，并出声求救，发挥报警求救功能[8][9]。在我国，智能化住宅和智能化家居虽然起步比较晚，但发展速度很快。80年代，我国居住条件非常困难，根本谈不上智能化的问题。80年代初所建成的住宅，其电器设计内容仅在：普通楼房的户内外照明，高层住宅增加高层供水的生活水泵控制系统及消防泵控制系统；用户电量的计量和收费，采用房管部门或住户轮流抄表收费的方式；生活用水的计量则主要是按户或按人口数收费；弱电系统