隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，頻率合成器成為通信，雷達(dá)，電子偵察和對(duì)抗，精密測(cè)量?jī)x器等的部件?，F(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展對(duì)頻率源提出了更高的要求。性能卓越的頻率源均通過(guò)頻率合成技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。低相位噪聲，高純頻譜和高速捷變使得頻率合成器成為頻率合成技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。 小數(shù)分頻（FNPLL）頻率合成器則是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新技術(shù)，它與傳統(tǒng)的整數(shù)分頻頻率合成器相比具有頻率分辨率高、相位噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。但是在實(shí)踐中，國(guó)內(nèi)目前的應(yīng)用還比較少。本文設(shè)計(jì)的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了家用電器等的智能化管理，對(duì)家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)視和自動(dòng)報(bào)警功能。

　　1 智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　智能家居集成是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)備集成。由于智能家居采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議的不同，大多數(shù)智能家居系統(tǒng)都采用綜合布線方式，但少數(shù)系統(tǒng)可能并不采用綜合布線技術(shù)，如電力載波，不論哪一種情況，都一定有對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)完成所需的信號(hào)傳輸任務(wù)，因此網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是智能家居集成中關(guān)鍵的技術(shù)之一。安全防范技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，在小區(qū)及戶內(nèi)可視對(duì)講、家庭監(jiān)控、家庭防盜報(bào)警、與家庭有關(guān)的小區(qū)一卡通等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。自動(dòng)控制技術(shù)是智能家居系統(tǒng)中必不可少的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在智能家居控制中心、家居設(shè)備自動(dòng)控制模塊中，對(duì)于家庭能源的科學(xué)管理、家庭設(shè)備的日程管理都有十分重要的作用。音視頻技術(shù)是實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境舒適性、藝術(shù)性的重要技術(shù)，體現(xiàn)在音視頻集中分配、背景音樂(lè)、家庭影院等方面。

　　智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的部分是一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，系統(tǒng)集有線和無(wú)線Web服務(wù)器于一體，用戶可以利用辦公室的PC登錄家中的Web服務(wù)器，在通過(guò)用戶名和密碼驗(yàn)證后，便可以查看并控制家用電器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2所示，主要由ARM9控制器S3C2440,FLASH,SDRAM,電源及復(fù)位模塊，觸摸屏顯示模塊，USB攝像頭，以太網(wǎng)接口模塊，GPRS模塊，家電控制，安防控制等組成。

　　2.1 ARM9控制器S3C2440

　　ARM9控制器S3C2440是基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC處理器，具有功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。

　　2.2 家電控制

　　本系統(tǒng)針對(duì)家電設(shè)備的智能化程度不同，提出了不同的解決方案。對(duì)于電燈開(kāi)關(guān)等需要手工控制的傳統(tǒng)家庭設(shè)備。系統(tǒng)添加了輔助控制器（繼電器等），用戶可通過(guò)以太網(wǎng)或手機(jī)短信的方式控制處理器GPIOn的狀態(tài)，間接控制家庭設(shè)備；對(duì)于電視、空調(diào)等可通過(guò)紅外線控制的電器設(shè)備，系統(tǒng)采用帶有以太網(wǎng)接口的通用控制器統(tǒng)一遙控；對(duì)于自身具備網(wǎng)絡(luò)接入功能，支持遠(yuǎn)程平臺(tái)控制的智能電器設(shè)備，直接接入家庭以太網(wǎng)即可。

　　2.3 安防控制

　　系統(tǒng)使用的所有探測(cè)器（煙感傳感器、煤氣傳感器、門磁傳感器等）和報(bào)警設(shè)備，都是通過(guò)GPIO與控制器相連來(lái)完成報(bào)警輸入輸出的功能。然而這些輸入輸出信號(hào)都有很強(qiáng)的電流，對(duì)系統(tǒng)的干擾較大，因此采用TLP521光電隔離芯片和繼電器對(duì)報(bào)警輸入輸出信號(hào)分別進(jìn)行隔離，從而把外部信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的影響降到。

　　2.4 GPRS模塊

　　通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service）的簡(jiǎn)稱，它是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說(shuō)是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）式來(lái)傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps

　　GPRS模塊采用西門子公司的MC35i GPRS MODEM.當(dāng)S3C2440控制器收到報(bào)警信號(hào)時(shí)，它通過(guò)UART控制MC35i,將預(yù)存的相應(yīng)報(bào)警信息通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)以短信的形式發(fā)送到用戶的手機(jī)上，同時(shí)向小區(qū)物業(yè)中心發(fā)出報(bào)警，使用戶和物業(yè)部門及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，并采取有效的處理措施減少經(jīng)濟(jì)損失。

　　2.5 以太網(wǎng)接口模塊

　　以太網(wǎng)（Ethernet）指的是由Xerox公司創(chuàng)建并由Xerox、Intel和DEC公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的基帶局域網(wǎng)規(guī)范，是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的通用的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)）技術(shù)，并以10M/S的速率運(yùn)行在多種類型的電纜上。以太網(wǎng)與IEEE802·3系列標(biāo)準(zhǔn)相類似

　　由于S3C2440本身沒(méi)有集成以太網(wǎng)控制模塊，所以需要一個(gè)與之相匹配的DM9000控制芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)擴(kuò)展接口。在DM9000和RJ45接口之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器HR601627來(lái)連接，連接圖如圖3所示，網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器起信號(hào)傳輸、高電壓隔離等作用，以保護(hù)系統(tǒng)的安全。

　　2.6 USB攝像頭

　　USB ,是英文Universal Serial BUS（通用串行總線）的縮寫(xiě)，而其中文簡(jiǎn)稱為"通串線，是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。是應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)。USB接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。USB是在1994年底由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的。

　　本系統(tǒng)所用的USB攝像頭是中星微公司的ZC2301P.攝像頭ZC301P采集的視頻信號(hào)經(jīng)壓縮后形成的視頻數(shù)據(jù)流會(huì)通過(guò)內(nèi)部總線傳送到嵌入式Web服務(wù)器上，用戶可通過(guò)登陸網(wǎng)絡(luò)直接觀看Web服務(wù)器上的視頻圖像，實(shí)時(shí)監(jiān)控家中的情況。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)控制中心是ARM9控制器，其軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)軟件（嵌入式操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、嵌入式Web服務(wù)器）設(shè)計(jì)和應(yīng)用軟件（網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)及CGI應(yīng)用程序）設(shè)計(jì)。

　　3.1 嵌入式操作系統(tǒng)在S3C2440上移植過(guò)程

　?。?）從網(wǎng)站上Linux的內(nèi)核源碼linux-2.6.31.tar.bz2和交叉編譯器arm920t-eabi.tgz,這個(gè)交叉編譯器是4.1.2版本的，支持EABI,可以提高編譯的效率。

　　（2）在宿主機(jī)上將內(nèi)核源碼解壓得到linux-2.6.31,將交叉編譯器解壓到指定目錄。

　?。?）修改Makefile文件及相關(guān)硬件文件。由于內(nèi)核的編譯是根據(jù)Makefile文件的指示進(jìn)行的，Makefile文件來(lái)組織內(nèi)核的各模塊之間的關(guān)系，記錄了各個(gè)模塊之間的相互聯(lián)系和依賴關(guān)系。所以，修改Linux2.6.31根目錄下的Maldile文件來(lái)指定平臺(tái)和交叉編譯器。

　?。?）通過(guò)命令# make menuconfig來(lái)配置內(nèi)核。配置內(nèi)核時(shí)，讓它支持EABI編譯。

　?。?）在linux-2.6.31根目錄下執(zhí)行命令# make zImage來(lái)編譯內(nèi)核，將生成的內(nèi)核鏡像文件zImage通過(guò)相應(yīng)的固化軟件固化到系統(tǒng)相應(yīng)的存儲(chǔ)器中，完成linux-2.6.31內(nèi)核在ARM微處理器上的移植。

　　3.2 驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)

　　控制器需要多個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。嵌入式Linux系統(tǒng)中設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的框架，可以根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)來(lái)填寫(xiě)框架中的函數(shù)。主要的函數(shù)包括 open（），read（），write（），ioctl（），release（），module_init（）和module_exit（）等。為了減小內(nèi)核的大小，把編寫(xiě)好的驅(qū)動(dòng)程序編譯成模塊。編寫(xiě)Makefile、Kconfig文件，分別執(zhí)行make menuconfig命令選擇驅(qū)動(dòng)程序的加載方式，利用makemodules命令生成目標(biāo)文件，利用insmod命令調(diào)用 initial_module函數(shù)將編譯好的模塊調(diào)入內(nèi)存即可。

　　3.3 Web服務(wù)器Boa移植

　　Boa是一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，能夠生成動(dòng)態(tài)的頁(yè)面，支持CGI,比較適合嵌入式系統(tǒng)。在硬件電路板上存放一個(gè)網(wǎng)頁(yè)，在用戶端可以通過(guò)瀏覽器來(lái)訪問(wèn)硬件電路板上這個(gè)網(wǎng)頁(yè)，然后通過(guò)網(wǎng)頁(yè)中的內(nèi)容就可以和硬件電路板上的硬件設(shè)備進(jìn)行交互。具體移植過(guò)程如下：

　?。?）從網(wǎng)上Boa服務(wù)器源碼壓縮包boa-0.94.13.tar.gz,將其解壓得到boa-0.94.13,在boa-0.94.13/src下編譯生成boa可執(zhí)行程序。

　?。?）把宿主機(jī)Linux操作系統(tǒng)下的/etc/mime.types復(fù)制到根文件系統(tǒng)的/etc目錄中，在根文件系統(tǒng)的/etc中建立boa文件夾，根文件系統(tǒng)的/etc/boa目錄下建立www、cgi-bin目錄，www中存放HTML文件，cgi-bin中存放CGI腳本，把網(wǎng)頁(yè)文件 index.files和index.html復(fù)制到根文件系統(tǒng)的/etc/boa/www目錄下，在根文件系統(tǒng)的/var目錄下建立日志目錄 log/boa.

　?。?）對(duì)Boa作配置和修改。主要通過(guò)對(duì)defines.h,boa.conf和mime.types文件進(jìn)行修改來(lái)實(shí)現(xiàn)。修改defines.h指定 Web服務(wù)器的根目錄路徑（SERVER_ROOT）。boa.conf文件由一些規(guī)則組成，用于配置Boa服務(wù)器，指定相應(yīng)端口，服務(wù)器名稱，一些相關(guān)文件的路徑等。Boa服務(wù)器要想正確運(yùn)行，必須保證該文件是正確配置的，而且該文件和某些靜態(tài)網(wǎng)頁(yè)，CGI可執(zhí)行程序等都放于某特定目錄下。

　?。?）把boa-0.94.13/sre下編譯出的boa可執(zhí)行程序復(fù)制到根文件系統(tǒng)的/usr/bin目錄下，把修改過(guò)的配置文件boa.conf復(fù)制到開(kāi)發(fā)板的/etc/boa目錄下，并將一些靜態(tài)頁(yè)面放在由boa.conf指定的目錄下。

　?。?）重新編譯根文件系統(tǒng)。把根文件系統(tǒng)到硬件電路板上。

　　在硬件電路板上運(yùn)行嵌入式Web服務(wù)器Boa,通過(guò)瀏覽器就能訪問(wèn)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的網(wǎng)頁(yè)。

　　3.4 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的是一個(gè)嵌入式Web服務(wù)器，其應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)包括網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)和CGI應(yīng)用程序設(shè)計(jì)兩部分。

　?。?）網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)：網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)工具Dreamweaver,FrongtPage等來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　?。?）CGI應(yīng)用程序設(shè)計(jì)：采用C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)CGI應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)外部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采樣、與家電設(shè)備的通信與控制等。CGI技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)瀏覽器與嵌入式Web 服務(wù)器的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交互。CGI程序保存在嵌入式Web服務(wù)器端。在用戶端打開(kāi)HTML頁(yè)面，點(diǎn)擊HTML頁(yè)面上設(shè)備的控制按鈕，就會(huì)通過(guò)Internet 把用戶請(qǐng)求送到嵌入式Web服務(wù)器中，服務(wù)器接收用戶請(qǐng)求并交給CGI程序處理，實(shí)現(xiàn)用戶的功能需求，這就做到了通過(guò)對(duì)HTML頁(yè)面上相應(yīng)設(shè)備的點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　該系統(tǒng)硬件采用ARM9 S3C2440 微處理器作為控制，軟件采用linux-2.6.31內(nèi)核作為系統(tǒng)的嵌入式操作系統(tǒng)，采用Boa作為嵌入式Web服務(wù)器，結(jié)合以太網(wǎng)通信技術(shù)和 GPRS無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭環(huán)境的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控、安防自動(dòng)報(bào)警和對(duì)家電設(shè)備遠(yuǎn)程控制的功能。本監(jiān)控系統(tǒng)具有較大的實(shí)用價(jià)值，未來(lái)的發(fā)展空間非常大，能夠使人們生活得更加舒適安全。