1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 前言

1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的CityPlaceBuilding时，出现了首栋”智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。智能家居是时代发展的产物，是住户想享受快速网冲浪、便捷实时的通讯、安全防范、丰富娱乐生活、便捷的生活家居管理,优质物业管理等智能化住宅所特有的生活方式，使忙碌一天的人们真正体会到智慧家带来的生活乐趣。

智能家居是以住宅为平台兼备建、网络通信、信息家电、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。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起通过统筹管理让家居生活更加舒适、安全、有效。。智能家居的基本功能包括智能管家系统、背景音乐系统、电动窗帘系统、灯光控制系统、智能弱电系统、智能安防系统、智能监控系统、数字客厅系统、智能娱乐系统、指纹门禁系统等系统，越来越多的新鲜名词逐渐成为了智能家居中的重要组成部分^[2]。

2. 研究现状

智能家居的原型最早起源于美国。当时只是对一座旧式大楼进行了一定程度的改造，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。时至今日，智能家居在美国已走过了将近30个年头。目前，美国有全球最大的智能化住宅群，其占地3359公顷，由约8000栋小别墅组成。此外，在欧美、日本、新加坡和韩国等地，智能家居也日渐兴起^[1]。

自动化的家居不再是一幢被动的建筑，相反，成了帮助主人尽量利用时间的工具，使家庭更为舒适、安全、高效和节能。网络化智能家居系统可为您提供遥控、家电（空调，热水器等）控制、照明控制、室内外遥控、窗帘自控、防盗报警、电话远程控制、可编程定时控制及计算机控制等多种功能和手段，使生活更加舒适、便利和安全。

随着家庭智能化在世界范围内的日渐普及，智能家居在上个世纪末悄然走进了中国市场。 各种”智能化小区”不断涌现，但由于缺乏统一的技术标准，智能化相关产品的不成熟，造成部分智能化系统运行不正常、系统性价比低下。近年来，随着技术的不断提高，我国自行研制的系统已经较为成熟，并有能力与国外的系统和产品相抗衡。

我国在智能家居技术领域与欧美国家的差距并不大，估计仅滞后2～3年，在这几年中，我国将全面普及智能家庭网络系统和产品，即开始走进普通居民的家居中。在这个时期，整个市场将是以我国自行研究和开发的系统和产品为主；国外的产品将在高档系统产品占有一席之地^[3]。

但智能家居在我国的发展在现阶段依然存在问题：一是技术人员没有做深入的市场调查调查，开发出的产品虽然技术上具有先进性，但实用性差，操作复杂，与市场需求脱节；第二，国家对于智能家居产业还没有统一的行业标准，很多中小企业相互间的产品不具兼容性；第三，技术上需要投入大量研发资金，一些中小企业没有能力持续创新，更难形成规模生产，造成产品价格居高不下。

为了解决系统复杂的难题，应该尽量把产品朝着实用化、模块化、规模化方向发展，因为产品实现模块化之后，用户就可以根据实际需求任意搭配，并通过规模化生产把价格降下来^[3]。

3. 原理及实现

一、智能家居系统总体设计框图

智能家居设计中，主要模拟设计的是智能监控、家电智能控制方面，其中智能控制是基于zigbee技术实现的。其中家庭网关采用ARM9结构的32位微处理器。通过家庭网关和各种家电设备中嵌入基于zigbee芯片的无线网络收发模块，实现网关和各个网络子节点的数据传送，从而实现家庭内各种设备的无线连接和家庭自动化。另一方面，用过使用USB摄像头采集家庭内部环境图像，通过网络向客户端发送监控画面，实现远程视频监控。

客户端模块：发送控制命令并接受视频监控画面。

Web服务器模块： Web 服务器监听客户端(用户)的服务请求，根据用户请求的类型提供相应的服务。用户端与Web 服务器进行通信，Web 服务器在接收到用户端的请求后，处理用户请求并返回需要的数据。

流媒体服务器模块： 流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。 流媒体又叫流式媒体，它是指商家用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出，传送到网络上。用户通过解压设备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。在此次设计的流媒体服务器中它主要提供以下功能：

（1）响应客户的请求，把媒体数据传送给客户。流媒体服务器在流媒体传送期间必须与客户的播放器保持双向通信。

（2）接收客户端的控制指令，向zigbee模块发送控制命令，实现家电的智能控制。

zigbee模块： Zigbee是一种新兴的近程、低速率、低功耗的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。具有低复杂度、低功耗、低速率、低成本、自组网、高可靠、超视距的特点。主要适合应用于自动控制和远程控制等领域，可以嵌入各种设备^[8]。

二、视频监控实现

视频监控是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于许多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控技术也有了长足的发展^[7]。

三、家用电器控制的实现

zigbee采用自组织方式组网，这种构架被称为无基础构架的无线局域网（Ad Hoc Wireless），这种结构对网络内部的设备数量不加限制，并可随时建立无线通信链路。协调器一直处于监听状态，一个新添加的RFD会被自动发现并连接。此次设计使用中芯优电公司生产的基于串口的zigbee无线通信模块，它以目前主流的CC243X系列芯片为主控芯片，这次使用的模块采用的是CC2430/31兼容的设计^[8]。

CC2430芯片采用0.18umCMOS工艺生产，在接受和发射模式下CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。

四、嵌入式Web服务器的实现

在此次的研究设计中，由于视频监控是基于Web浏览器实现的，所以我们要搭建一个嵌入式Web服务器。由于嵌入式设备资源一般都比较有限，并且也不需要能同时处理很多用户的请求，因此不会使用Linux下最常用的如Apache等服务器，而需要使用一些专门为嵌入式设备设计的Web服务器，这些Web服务器在存贮空间和运行时所占有的内存空间上都会非常适合于嵌入式应用场合,而boa服务器是嵌入式服务器中最佳的选择。

Boa是一个非常小巧的Web服务器，可执行代码只有约60KB。它是一个单任务Web服务器，只能依次完成用户的请求，而不会fork出新的进程来处理并发连接请求。但Boa支持CGI（common gate interface），能够为CGI程序fork出一个进程来执行。Boa的设计目标是速度和安全，在其站点公布的性能测试中，Boa的性能要好于Apache服务器^[9]。

五、流媒体服务器

流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。 流媒体又叫流式媒体，它是指商家用一个视频传送服务器把节目当成数据包发出，传送到网络上。用户通过解压设备对这些数据进行解压后，节目就会像发送前那样显示出来。在此次设计的流媒体服务器中它主要提供以下功能：

（1）响应客户的请求，把媒体数据传送给客户。流媒体服务器在流媒体传送期间必须与客户的播放器保持双向通信。

（2）接收客户端的控制指令，向zigbee模块发送控制命令，实现家电的智能控制。

4. 工具和开发平台简介

一、嵌入式硬件平台

1.1 s3c2410体系

S3C2410处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用0.18um制造工艺的32位微控制器。该处理器拥有：独立的16KB指令Cache和16KB数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer ， I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203MHz^[4]。

1.2 Linux系统软件

Linux是一种开放源码的操作系统，能满足绝大部分实时性要求，具有强网络功能，嵌入式Linux跨处理器平台，应用软件容易移植^[6]。

1.3 QT

QT是一个跨平台C 图形用户界面应用程序开发框架。它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面所需的所用功能。Qt很容易扩展，并且允许真正地组件编程^[14]。

参考文献：

[1] 韩江洪.智能家居系统与技术[M].合肥：合肥工业大学出版社,2005.

[2] 阎洪林.住宅智能装饰[M].北京：中国林业出版社,2006:23-45.

[3] 冯凯.智能家居的由来及其发展趋势[M].北京：中国新技术新产品,2010年06期

[4] 邱铁.AMR嵌入式系统结构与编程[M].北京：清华大学出版社,2009:98-150.

[5] 西刹子.安防天下：智能网络视频监控技术详解与实践[M].北京：清华大学出版社， 2010:12-30.

[6] 赵方鹏.基于ARM和Linux的嵌入式[D].西安：西北工业大学,2007.

[7] 裴斐.嵌入式视频监控相关技术研究[D].湖北：湖北华中科技大学,2007.

[8] 吕治安.Zigbee网络原理与应用开发[M].北京：北京航空航天大学出版社,2008:15-40.

[9] 刘文涛. 嵌入式Web服务器的分析与研究[M]. 湖北：武汉理工大学,2010.

[10] ISO/IEC International Standard 11172.Coding of Moving Picture and Associated Audio for Digital Storage Media at up to about 1.5Mbps[S].1994:35-44.

[11] ISO/IEC International Standard 13818-2.Generic Coding of Moving Picture and Audio Inform ation:Video[S].1994,11:25-33.

[12] Alan C.Bovik.The Essential Guide to Video Processing[M].Academic Press,2009:4-12.

[13] Bill Dirks,Hans Verkuil. Video for Linux Two API Specification[EB/OL]. (2001-12-19)[2008-04-15] . http://v4l2spec.bytesex.org/spec/.

[14] Jasmine Blanchette(Canada) Mark Summerfield（England） C GUI Programming with Qt4, Second Edirion[M].电子工业出版社,2010:20-50.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1. 拟研究或解决的问题

（1）关于视频监控的嵌入式平台搭建的大致过程以及注意事项。

（2）如何利用摄像头进行一路动态图像的采集。