基于嵌入式WEB服务器的智能家居远程监控系统.pdf

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1、第2 3 卷第4 期盐城工学院学报(自然科学版)V 0 1 2 3N o 42 0 1 0 年1 2 月J o u r n a lo fY a n c h e n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y(N a t u r a lS c i e n c eE d i t i o n)D e c 2 0 1 0基于嵌入式W E B 服务器的智能家居远程监控系统戴峻峰，宋玉玺(淮阴工学院计算机工程学院，江苏淮安2 2 3 0 0 3)摘要：将智能家居、嵌入式系统和W E B 服务器三者结合起来，研究并构建了嵌入式W E B 服务器设计了基于嵌入式W E B

2、 服务器的家电监控系统方案，使得用户可以方便地在任何能够接入I n t e m e t 的地方，通过测览器实现对家电设备的控制。另外，系统还基于Q t 用户图形接口设计了一个图形化控制界面，本地也可以通过触摸屏的输入实现对家电设备的控制。因此该方案是一个功能齐全、方便实用的家电远程监控系统。关键词：智能家居；远程监控；嵌入式W E B 服务器中图分类号：T P 2 3文献标识码：A文章编号：1 6 7 1 5 3 2 2(2 0 1 0)0 4 一0 0 5 0 0 3智能家居就是把智能科技融人家居生活中，使家庭生活与信息化结合起来。智能家居还包涵了许多方面的内容：智能化仪表的应用，如家庭中传

3、统的水表、电表、煤气表等由原来的各自独立变成小区中央控制，人们不用再为查表或交费而花费时间；计算机中央控制，通过计算机，控制家庭中的所有电器、仪表，并借助有线或无线通讯技术实现异地控制。随着社会全面的信息化、智能化和网络化，智能家居必将成为未来家庭生活潮流发展的新方向口j。嵌入式I n t e r n e t 技术是近几年发展起来的新技术，它创新性地提出以单片机或微控制器为核心的嵌入式系统，使底层监测设备与I n t e m e t 的无缝联接有了可行方案，真正做到远程监测，这样构建的监测系统开销少、尺寸小、功能强口J。采用T C P I P 网络协议标准，系统组网容易、传输数据多、速率快；客

4、户端通过W E B浏览器就可以对设备进行监控HJ，本文在此基础上进行了基于嵌入式W E B 服务器的智能家居远程监控系统的设计。1系统硬件平台设计本系统硬件系统结构是以三星公司的3 2 位R I S C 嵌入式微处理器$3 C 2 4 4 0 为核心，通过外扩存储器(F l a s h 和S D R A M)和以太网接口电路来构建硬件平台。系统硬件体系结构如图l 所示。电源b G 矩亟陋F L A s l I 存绪器bs 3 C 2 4 柏Ao=)遥控信号接收部分处理器s D R A M 存储器b刮家电控制接口复位电路b【A R M 9 2 f f r 内核)c 刊U S B 接nm c 电路

5、pc=纠晶振电路图l系统硬件体系结构图F i g 1H a r d w l L r eA r c h i t e c t u r eD i a g r a m系统中主要由$3 C 2 4 4 0 A 结合存储器电路和一些基本外围电路，如复位电路、m G 电路、晶振电路等构成最小系统。在最小系统的基础上扩展各种与本设计相关的外围接口与控制电路构成一个完整的智能家居远程控制系统电路。其中主要包括以D M 9 0 0 0 为中心电路设计的以太网卡电路，是本监控系统能够通过该电路联接到I n t e m e t上实现远程数据通信。远程通过访问本系统的嵌入式W E B 服务器来监控家电设备的工作状态。家

6、电控制接口用以实现家电设备的监控，其包括数据采集接口和数据输出接口。数据采集接口用以采集当前家电的工作状态，主要采集家电的工作电压和工作电流。数据输出接口主要包括开关量输出电路和集中g r；,b 遥控电路和红外遥控终端收稿日期：2 0 1 0 一吣一作者简介：戴峻峰(1 9 7 5 一)，男，黑龙江北安市人，讲师，硕士，主要研究方向为计算机与电子技术应用。万方数据http:/ 期戴峻峰，等：基于嵌入式W E B 服务器的智能家居远程监控系统构成。遥控信号接收部分和U S B 都为系统的本地控制接口，用户可以通过遥控器或U S B 设备控制本智能家居监控系统工作。2 系统软件设计2 1 总体方案

7、设计W E B 浏览器与嵌入式系统的嵌入式W E B 服务器底层通过T C P I P 协议通信，顶层由H n P 协议进行通信J。W E B 浏览器通过S c r i p t 解析器解析浏览器脚本，通过H T M L 解析器解析H T M L语言，由客户端J a v a 虚拟机来解析J a v aA p p l e t，同时由F o r m 生成器生成动态F o r m 发送给嵌入式W E B 服务器。嵌入式W E B 服务器解析H T r P 请求，然后由F o r m 解析器解析这个动态F o r m 要求处理的功能，同时与嵌人式设备的应用管理程序通信，完成配置和控制嵌入式设备。嵌入式设

8、备有需要采集及监测的数据时，与嵌入式W E B 服务器端应用程序接口通信，由它的H T M L 生成器生成H T M L 文档传送到W E B 浏览器显示出来。通过如此工作过程，嵌入式W E B 服务器在嵌入式系统中完全可以实现对嵌入式设备的配置、监测和控制等，而且嵌入式W E B 服务器的存在也方便了应用程序的开发。嵌入式W E B 服务器的结构如图2 所示。W e b 浏览器嵌入式W e b 设备图形用户界面静态W c b 页嵌入式设备c 一。扫c 三已lf+x“p 孵优窃llL嵌入式H T M LF O R MJ a v aW e b 服H T M LF O R M务器生成器解析器解析器

9、生成器虚拟机，上T11册引擎lm l n P 引擎l干IT c P I P 协议栈lH T r P?i tlA0图2 嵌入式W E B 服务器结构图F i g 2S t m c U a to fE m b e d d e dW E BS e r v e rW E B 服务应用程序包括两部分：H T r P 服务引擎和动态服务页面程序。前者是W E B 服务的主体，负责与客户端安全通信链路的建立，请求的响应，H T I P 报文的解析，服务队列的处理，动态服务页面的触发，报文的回复等。动态服务页面主要根据H T l P 服务引擎的指使处理具体事务，并且动态生成H T M L 页面文件，返回客户端

10、。本系统利用嵌入式W E B 服务器B o a 和C G I 来实现I n t e m e t 远程控制。利用B o a 在嵌入式L i n u x 操作系统上建立W E B 服务器。首先远程可以通过I n t e m e t 访问到系统中的静态网页，然后在利用C G I最终实现对家庭设备的控制。2 2 嵌入式W E B 服务器B o a 的实现由于嵌入式系统的处理能力和存储器容量均十分有限，嵌入式W E B 服务器应尽可能简单，并且不需对消耗资源大的程序提供支持，也无需处理很大流量的访问，只需能实现H T T P l 1 协议的基本内容即可。同时由于要能够进行远程管理和监控，嵌入式W E B

11、 服务器还必须提供公共网关接口(C G I)。嵌入式W E B 服务器可通过自行裁剪A p a c h e 服务器得到，也可利用L i n u x 自带的W E B 服务器。由于B o a 是一个单任务的小型H T r P 服务器，源代码开放、性能优秀，本身是为嵌入式系统所设计，不仅可以很好地适用于资源稀缺的嵌入式系统，而且能够非常方便地在操作系统上进行移植j。占用系统资源少，连接处理速度快。在嵌入式网站系统中，使用这种嵌入式W E B 服务器可以节省系统资源，提高系统运行效率，充分发挥网络的优势。特别适合应用在嵌入式系统中，所以本系统采用了B o a 作为嵌入式W E B 服务器。L i n

12、 u x 下的应用程序的配置都是以配置文件的形式提供的，把B o a 的配置文件放在目标系缈e t c B o a 目录下。配置W E B 服务器B o a。对其运万方数据5 2 盐城工学院学报(自然科学版)第2 3 卷行环境、参数等进行配置这些工作通过修改配置文件B o a c o n f 来完成，修改后的B o a e o n f 文件如下：#B o av O 9 3c o n f i g u r a t i o ni i l eP o r t8 0 侦听端口U s e rr o o t 用户名G r o u pr o o t 用户组E r r o r L o g d e v c o n

13、s o l e 错误日志A c c e s s L o g d e v n u l l 访问日志S e r v e r N a r n eS m a r t H o m e 服务器名称D o c u m e n t R o o t w w w 指定文件根目录D i r e c t o r y I n d e xi n d e x H t m l 指定默认首页K e e p A l i v e M a x1 0 0 0 设置最大连接数10 0 0K e e p A l i v e T i m e o u t1 0 设置连接超时1 0sM i m e T y p e s e t c m i m e

14、 T y p e s 设定媒体类型路径C G I P a 凼b i n C G I 可执行文件路径A d d T y p ea p p l i c a t i o n x h t t p d c g ic g i指定了H T M L 页面(例如i n d e x h t m l 必须放到w w w 目录下，C G I 可执行文件必须放到b i n 目录下)，将m i m e T y p e s 文件放在目标系缈e t c 目录下。重新编译内核以后，烧写到控制电路板上，运行L i n u x 系统后，启动B o a 服务器。既可以使用I E 浏览器访问嵌入式W E B 服务器，例如在地址栏内输入

15、I P 地址，即可看到事先存放在电路存储器中w w w 目录下的i n d e x h t m l 了，用户通过计算机或智能网络终端访问该网页即可以实现家电或家居设备的远程控制。2 3 本地家电控制的设计家电的控制采用红外遥控集中管理与继电器开关相结合的控制方法。家电控制单元由系统的家电控制接口电路和家电遥控终端构成，如图3。其中家电控制接口由$3 C 2 4 4 0 控制管理，实现控制指令的学习和控制指令的发送。家电控遥控终端实现控制指令的执行。家电的控制分为开关型家电控制和详细功能型家电控制。针对于现在的多数家电都不具有数字控制接口，所以本方案使用继电器开关控制与红外遥控相结合的控制方式。

16、对于不具有红外遥控功能的家电采用继电器开关控制，如4 r r 骨-房间的照明灯的开关，而对于那些具有遥控够能的家电则采用编码遥控的控制方式，如电视机、机顶盒、空调和热水器等。要想使家电加入系统的控制范围，必须实现在控制系统上使用触摸屏设置被控设备编码和功图3 家电控制功能单元结构图F i g 3S t r u c t u r eo fA p p l i a n c eC o n t r o lU n i t能号以及相应的控制方法，如为红外遥控控制方式，则需要通过红外信号接收电路学习被控设备的红外遥控器器发出的载波信息和编码信息。遥控编码学习完毕后，系统更新嵌入式W E B 功能页面，完成被控设

17、备的设置过程。在通过W E B页面或本地输入设备接收到某设备的控制指令后，系统调取预先学习的到的遥控指令信息，通过无线信号好发射电路以无线电信号的形式发送给目标家电的遥控终端。本设计使用无线电信号进行控制指令传输，即能够实现家居中的各个房间的家电的集中控制，又避免了铺设电缆的烦恼。目标家电的遥控终端接收到遥控指令后根据发送过来的载波信息和指令编码等信息进行控制指令还原，通过其红外信号发射电路发射相应的红外遥控指令(如为开关型设备触发继电器动作，例如灯的开关)，实现家电设备(如空调热水器等家电设备)的功能遥控。通过实验证明了，本系统可以很好地实现人们通过W E B 浏览器对自己的家电设备进行远程

18、遥控，从而实现现代家居的远程控制。3总结本设计使用S 3 C 2 4 4 0 最为微控制器，通过编程实现了嵌入式W E B 服务器功能，设计了相应的W E B 控制界面和家电控制电路及控制程序。用户只需在远程通过计算机或移动智能终端登录本嵌入式W E B 服务器。就可以对家电状态进行有效监控。本设计系统构成可靠、功能齐全可扩充性强，结合完善的家电控制电路和相应的控制程序模块即可实现完善的家电控制功能，如远程控制开关型家电设备照明灯，或远程定制非开关型家电的工作状态，如空调或热水器等。(下转第6 2 页)万方数据6 2 盐城工学院学报(自然科学版)第2 3 卷Ii l6 总结该系统已经初步实现了

19、网上书店系统的基本功能，具有高效、安全、维护简单的特点。但是该参考文献：系统没有考虑网上支付和C A 认证的功能，功能上还不够完善，并且如何合理地使用J S P、S e n,l e t、会话B e a n、实体B e a n 处理相关业务，是系统需要总结与完善的问题。1 E dR o m a n 精通E J B M 2 版北京：电子工业出版社，2 0 0 2【2 飞思科技产品研发中心J 2 E E 应用开发(W e b L o g i c+J b u i l d e r)M 北京：电子工业出版社。2 0 0 3 3 P r a v i nV，T u l a c h a n E J B 组件开发

20、指南 M 北京：清华大学出版社，2 0 0 2 T h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fo n l i n eb o o k s t o r eB a s e do nt h eE J BL I N GJ i a n h u i(Y a n e h e n gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y，J i a n g s uY a n c h e n g2 2 4 0 5 1，C h i n a)A b s t r a c t：O n l i n eb o o k s t o r es y s

21、 t e mi sb a s e do nt h ed e v e l o p m e n to fW e bt e c h n o l o g ya n dt h ei m p r o v e m e n to fn e t w o r ks e c u r i t yt e c h n o l o g y T h es y s t e mi sac o m b i n a t i o no ft h eE J Bs p e c i f i c a t i o n s，s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dt h ed e s i g na n di

22、m p l e m e n t a t i o no fi t sm u l t it i e ra r c h i t e c t u r e I ti n c l u d e st w os u b s y s t e m s：t h eo n l i n es h o p p i n gs y s t e m sa n dt h eb o o k s t o r em a n a g e m e n ts y s t e m O n c eC U S t o m e r sr e g i s t e r 璐m e m b e r so ft h eb o o k s t o r e，t

23、h e yC a ns e a r c hf o rb o o k st ob ep u r c h a s e do nt h es i t e。a n dp u tt h eo n e 暑tt h e yw a n ti 1 1 t ot h es h o p p i n gc a r t，a n dt h e nm a k ea no r d e r T h eb o o k s t o r em a n a g e m e n ts y s t e mi sa b l et om a n a g eb o o k s，i i s e l 甚a n do r d e r s T h ef

24、 u n c t i o nm o d u l e sa r ec l e a r，s i m p l ea n dr e l i a b l e。b e t t e rr e a l i z i n gt h ev a r i o u sf u n c t i o n so fo n l i R eb o o k s t o r e s K e y w o r d s：E J B；S e s s i o nB e a n；E n t i t yB e a n；E J Bo b j e c t；K I BC o n t a i n e r(责任编辑：沈建新；校对：张英健)(上接第5 2 页)参

25、考文献：【l】王凯明智能家居系统的研究【D 西安：西安科技大学，2 0 0 5【2 余永权嵌入式系统智能家居及家居网络 J 单片机与嵌入式系统应用，2 0 0 1(4)：1 2 1 5 3】杨四海，马利信息家电嵌入式系统选择方案 J 自动化技术与应用。2 0 0 2(2 1)：6 6 6 8 4 王勇嵌入式系统接人I n t e r n e t 的技术研究 J 计算机工程与应用，2 0 0 1(6)：1 8 2 1 5 田小福嵌人系W E B 服务器设计与实现 D 西安：西安电子科技大学，2 0 0 5 T h eI n t e l l e c t u a lH o u s eR e m o

26、t eM o n i t o r i n gS y s t e mB a s e do nE m b e d d e d 吧BS e r v e rD A IJ u n-f e n g，S O N GY u-x i(F a c u l t y0 fC o m p u t e rE n g i n e e r i n gH u n i y i nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y，J a n g s uH u a i a n2 2 3 0 0 3，C h i n a)A b s t r a c t：T h ea r t i c l ec o m b i

27、 n ei n t e l l e c t u a lh o u s e，e m b e d d e ds y s t e ma n dW E B 蚋惯r e s e a r c ha n de s t a b l i s ht h ee m b e d d e dW E Bs e r v e ra n dd e s i g nt h ep r o p o s a lo ft h ee l e c t r i c a lh o u s e h o l da p p l i a n c e sm o n i t o r i n gs y s t e mb a s e dO ne m b e d

28、d e dW E Bs e r v e r，b yw h i c ht h eu s 盯咖e x p e d i e n t l yc o n t r o le l e c t r i c a la p p l i a n c e sa n de q u i p m e n tt h r o u g hab r o w s e ri na n yp l a c ew i t hi n t e r n e ti n t e r f a c e I na d c l i f t o n，t h es y s t e ma l s od e s i g nag r a p h i c a lc o

29、n t r o li n t e r f a c eb a s e do nQ tu s e rg r a p h i c si n t e r f a c e t h el o c a la L s o 锄c o n t r o le l e c-t r i c a la p p l i a n c e sa n de q u i p m e a tb yt h ei n p u to ft o u c h s a 吨娜T h e r e f o r e。t h es o l u t i o ni saf u n c t i o n a la n dp r a c t i c a lh o m ea p p l i a r l 嘲l 臼3 1 0 t ee o n t m ls y s t e m K e y w o r d s：I n t e l l e c t u a lH o u s e；R e n a】t eM o n i t o r i n g；E m b e d d e dW E BS e r v e r(责任编辑：沈建新；校对：张英健)万方数据