電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：電子發(fā)燒友網(wǎng)的讀者在2012年上半年都在關(guān)注哪方面的技術(shù)趨勢(shì)，哪些內(nèi)容最受到工程師們的青睞？基于此，電子發(fā)燒友網(wǎng)將陸續(xù)整合推出各熱門技術(shù)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案精華集錦系列，本篇為《最受工程師喜愛的ARM設(shè)計(jì)方案精華集錦》，敬請(qǐng)關(guān)注后續(xù)系列。

　　基于ARM的遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，以及多媒體視頻技術(shù)的不斷完善，基于網(wǎng)絡(luò)的第三代遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。新一代的監(jiān)控系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字視頻的壓縮、傳輸、存儲(chǔ)和播放為核心。系統(tǒng)采用嵌入式多任務(wù)操作系統(tǒng)、高效的視頻壓縮芯片和功能強(qiáng)大的嵌入式處理器，將視頻壓縮和傳輸處理工作全部?jī)?nèi)置到芯片上，前端攝像機(jī)送來(lái)的視頻信號(hào)數(shù)字化后經(jīng)過(guò)壓縮、打包等過(guò)程變成基本網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的視頻流，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，視頻流發(fā)送到接收端。視頻接收端可利用軟件進(jìn)行解碼，在PC上進(jìn)行顯示和處理。

　　系統(tǒng)硬件平臺(tái)

　　本系統(tǒng)是以PXA270為微處理器的ARM開發(fā)平臺(tái)組成。PXA270是一個(gè)32位處理器，可在312MHz、416MHz、520MHz和624MHz這4種不同的時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。用在高性能、低功耗、便攜、手持式的設(shè)備中。它加入了Intel Xscale技術(shù)，具有調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)電壓和頻率以及完善的電源管理功能，提供了工業(yè)界領(lǐng)先的MIPS/mw性能。外接網(wǎng)卡接口與處理器直接連接，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)通信，可利用TFTP協(xié)議對(duì)內(nèi)核和根文件系統(tǒng)的映像進(jìn)行快速下載。有3個(gè)UART分別是標(biāo)準(zhǔn)、藍(lán)牙和全功能的UART，可以通過(guò)全功能UART與GPRS DTU相連接進(jìn)行信號(hào)傳輸。3個(gè)USB接口，可以與USB攝像頭相連接進(jìn)行圖像采集。USB攝像頭采用的是以O(shè)V511為芯片的網(wǎng)眼V2000攝像頭。

　　GPRS DTU是一款基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)備，提供全透明數(shù)據(jù)通道，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣能使用移動(dòng)電話的地方就可以使用支持?jǐn)?shù)據(jù)透明傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持備用數(shù)據(jù)中心，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互連功能，支持永遠(yuǎn)在線、空閑下線和空閑掉電3種工作方式，具有短信和電話喚醒功能，支持?jǐn)嗑€自動(dòng)重連功能。

　　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)主要是由ARM、GPRS DTU、USB攝像頭和PC組成。ARM開發(fā)板以Linux操作系統(tǒng)編寫驅(qū)動(dòng)，通過(guò)指令調(diào)度利用USB攝像頭進(jìn)行圖像采集，將采集好的圖像通過(guò)GPRS DTU進(jìn)行無(wú)線傳輸，PC與因特網(wǎng)相連接，接收到GPRS DTU傳輸過(guò)來(lái)的圖像，通過(guò)VC++編寫上位機(jī)，可以看到監(jiān)控點(diǎn)傳輸?shù)膱D像。操作人員可以通過(guò)短信或電話對(duì)監(jiān)控端進(jìn)行控制，可以使監(jiān)控端隨時(shí)處于工作或關(guān)閉狀態(tài)，這樣一來(lái)不僅可以隨意對(duì)監(jiān)控端進(jìn)行控制還可以節(jié)省流量，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，特別適用于一些對(duì)動(dòng)態(tài)圖像要求不高的環(huán)境，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用Linux為操作系統(tǒng)，它是一個(gè)多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)；具有良好的開放性，遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放系統(tǒng)互連（OSI）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。具有完善的內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)。Linux在通信和網(wǎng)絡(luò)功能方面均優(yōu)于其他操作系統(tǒng)。為用戶提供了強(qiáng)大完善的網(wǎng)絡(luò)功能。根據(jù)程序開發(fā)的需要對(duì)Linux操作系統(tǒng)進(jìn)行裁減與編譯，將制作好的Linux操作系統(tǒng)通過(guò)JTAG下載到ARM開發(fā)板里，就可以使用arm-linux對(duì)ARM開發(fā)板進(jìn)行控制。

　　圖像的采集是通過(guò)ARM-Linux調(diào)度Video4Linux和影像設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序來(lái)進(jìn)行視頻捕獲。Video4Linux是Linux影像系統(tǒng)與嵌人式影像的基礎(chǔ)，是Linux 內(nèi)核里支持影像設(shè)備的一組API，Linux在多媒體上的應(yīng)用是目前非常熱門的研究領(lǐng)域，其中最關(guān)鍵的技術(shù)則是Linux的Video4Linux。在Linux內(nèi)核中對(duì)Video4Linux進(jìn)行配置，如圖2所示。配置好以后通過(guò)bootloader下載到ARM-Linux里。USB攝像頭使用的是OV511芯片的網(wǎng)眼V2000攝像頭。在Linux操作系統(tǒng)里配置好OV511芯片的驅(qū)動(dòng)，如圖3所示。

　　圖2 配置Video for Linux

　　【詳情參閱：基于ARM的遠(yuǎn)程無(wú)線視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)】

　　基于Linux系統(tǒng)和ZigBee的智能家居系統(tǒng)方案

　　摘 要：根據(jù)現(xiàn)代家居的發(fā)展需求，提出了一種智能家居系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，以ARM11S3C6410為核心處理器，Linux嵌入式系統(tǒng)為家居總中心監(jiān)控系統(tǒng)，使用Linux Qt完成了控制程序及人機(jī)界面的編寫，采用GPRS通信技術(shù)完成了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信及監(jiān)控，組建基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，并完成了對(duì)家電的基于統(tǒng)一協(xié)議的控制，實(shí)現(xiàn)了家居的智能化。

　　0 引 言

　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對(duì)生活要求的不斷提高，實(shí)現(xiàn)家庭智能的遠(yuǎn)程監(jiān)控已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。國(guó)家建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心提出住宅小區(qū)要實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范自動(dòng)化監(jiān)控管理：對(duì)住宅的火災(zāi)、有害氣體的泄漏實(shí)行自動(dòng)報(bào)警；防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波等各種類型報(bào)警探測(cè)器；系統(tǒng)應(yīng)能與計(jì)算機(jī)安全綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能對(duì)防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制。隨著GPRS遠(yuǎn)程通信技術(shù)和短距離無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，智能家居的監(jiān)控技術(shù)也逐步成熟。GPRS網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)是通信公司推出的一項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸通信業(yè)務(wù)，在GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，傳輸距離不受限制，通信費(fèi)用相對(duì)低廉，傳輸速率較快。Zig-Bee短距離無(wú)線通信技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。本文解決了家庭智能嵌入式系統(tǒng)、GPRS遠(yuǎn)程通信、ZigBee無(wú)線通信、家電解碼及編碼、家居控制協(xié)議等相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)，分析了其各自基本特點(diǎn)和所要實(shí)現(xiàn)的基本功能，并在此基礎(chǔ)上提出了基于Linux嵌入式系統(tǒng)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)及GPRS無(wú)線通信的智能家居系統(tǒng)的總體解決方案。

　　1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

　　智能家居網(wǎng)絡(luò)指的是在一個(gè)家居中建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，將各種家電設(shè)備互相連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有智能家居網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的遠(yuǎn)程使用和控制及任何要求的信息交換，如音樂、門窗、電源、電視或數(shù)據(jù)等等。智能家居網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架包括家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能家居控制器以及智能家居網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信。其中，智能家居控制器是智能家庭網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分，起到核心的管理、控制和與外部網(wǎng)絡(luò)通信的作用。它是通過(guò)家庭管理平臺(tái)與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)，也是連接家庭智能內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)的物理接口，完成家庭內(nèi)部同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能，同時(shí)還負(fù)責(zé)家庭設(shè)備的管理和控制。智能家居控制器一方面需要為家庭內(nèi)部布線提供通信接口，采集家庭設(shè)備的信息，并進(jìn)行處理、自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)；另一方面智能家居控制器作為家庭網(wǎng)關(guān)，也為外部提供網(wǎng)絡(luò)接口，連通家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)，使得用戶可以通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)等方式訪問(wèn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制。系統(tǒng)控制方案如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)整體控制框圖

　　本系統(tǒng)采用三星公司最新推出的ARM11S3C6410控制芯片為核心控制器，完成所有家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理，包括數(shù)據(jù)的采集與控制命令的發(fā)出，是整個(gè)智能家居控制的核心，采用Linux嵌入式系統(tǒng)為家居總中心監(jiān)控系統(tǒng)，能夠自動(dòng)運(yùn)行、處理數(shù)據(jù)，通過(guò)串口管理、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制各控制終端，并且中心控制器通過(guò)GPRS模塊實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)與手機(jī)的通信，使用戶可以通過(guò)短信方式實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)，控制器還采用10.3寸觸摸屏為用戶提供命令輸入端，采用Linux Qt完成人機(jī)界面的編寫，通過(guò)ZigBee無(wú)線通信協(xié)議完成家庭內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸，方便用戶實(shí)現(xiàn)本地控制。控制終端為單片機(jī)組成的若干小的控制系統(tǒng)控制各家用設(shè)備，并通過(guò)控制總線將這些小的控制系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)，連接到智能家居控制器，受智能家居控制器控制。

　　【詳情參閱：基于Linux系統(tǒng)和ZigBee的智能家居系統(tǒng)方案】