引 言

隨著計算機網絡和數據通信技術的進步與發(fā)展，人類進入了信息時代，緊接著產生了智能化監(jiān)控系統(tǒng)。安全報警系統(tǒng)已成為室內環(huán)境中安全管理的基礎，主要包括防盜報警、氣體泄漏報警、火災報警、室內環(huán)境智能報警 [1]。本文建立一個室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，通過智能手機實現對室內環(huán)境的檢測報警，利用手機控制室內環(huán)境系統(tǒng)的開關、攝像頭轉動， 可隨時查看檢測畫面，C/S 系統(tǒng)的體系結構，使用電腦負責連接控制并與手機通信，手機智能終端負責顯示器屏幕顯示， 提供用戶界面控制檢測設備 [2]。

1 系統(tǒng)結構

嵌入式 Web 服務器提供了互聯網和無線通信連接方式， 具備豐富的功能擴展接口。用戶通過瀏覽器或 Android 智能APP 登錄控制系統(tǒng) [3]，客戶端在身份安全驗證通過后，可訪問室內環(huán)境監(jiān)控終端并修改系統(tǒng)參數來下達任務 [4]。系統(tǒng)總體設計結構框圖如圖 1 所示。

圖 1 總體框圖

2 系統(tǒng)硬件設計

本文系統(tǒng)硬件設計的主控板包括 Samsung 公司的S3C2410 集成芯片、1 024 MB DDRII 存儲器、256 MB SLC型閃存、電源管理單元、LCD 顯示、網絡控制器 DM9000、華為 3G EM770W 無線通信模塊 [5]。室內環(huán)境系統(tǒng)硬件框圖如圖 2 所示。

華為 3G EM770W 無線通信模塊 [5]。室內環(huán)境系統(tǒng)硬件框圖如圖 2 所示。

圖 2 室內環(huán)境系統(tǒng)硬件框圖

2.1 微處理器 S3C2410

芯片 S3C2410 是 16/32 位 RISC 微處理器，擁有豐富的資源，主要頻率最大可達 203 MHz，具有成本低、功耗小、性能高的特點 [6]。S3C2410 采用 272-FBGA 封裝，分為總線控制信號、各種各樣的元器件接口信號、電源時鐘控制信號。

2.2 網絡控制器 DM9000

網絡控制器 DM9000 有一個一般的處理接口，具有損耗低、成本低廉、性能高、功率低、驅動源代碼比較齊全、設計簡單方便、能自動協(xié)調等特點，支持 3.3 V 或 5 V 的 I/O 電壓、介質無關接口， 可用介質無關接口連接網絡設備。DM9000 引腳如圖 3 所示。

微處理器 S3C2410 與網絡控制器 DM9000 連接電路如圖 4 所示。

2.3 3G模塊 EM770W

3G EM770W 模塊外形較小，通過 Mini PCI Express 接口連接主控制板，使用 SIM 卡時必須安裝到位。

在沒有網絡信號或用戶不方便上網時，通過互聯網發(fā)送的報警信息（如防盜報警、防火報警）不能送達，用戶不能及時監(jiān)控室內環(huán)境 [7]。為了使報警信息實時可靠地送達用戶，用戶可通過相應的短信對室內環(huán)境進行監(jiān)控，且當室內環(huán)境異常時，系統(tǒng)通過無線模塊向用戶手機發(fā)送報警短信 [8]。

EM770W 引腳如圖 5 所示。

一般情況下， 為防止信號干擾， 在 USIM_VCC 上加0.1 μF 電容，在 USIM_CD 上加 10 nF 電容，在 USIM_CLK，USIM_IO，USIM_RST 上加 33 pF 電容。

2.4 RS 232串口

MAX232 芯片是 RS 232 標準串口設計的單電源電平轉換芯片，MAX232 的主要特點是 ：符合 RS 232C 技術標準 ；具有電荷泵升壓、電壓極性變換能力，可產生 ±10 V電壓 ；供電電流為 5 mA，功率損耗小 ；有兩個內部集成的RS 232C 驅動器。

2.5 傳感器模塊

2.5.1 溫度傳感器

DS18B20 是常用的數字溫度傳感器，具有較強的抗干擾能力，體積小，成本低廉，經濟靈活，具有 8 引腳 SIOC 小體積封裝形式。

2.5.2 燃氣傳感器

MQ5 氣體傳感器采用的材料是二氧化錫（SnO2），空氣中有可燃氣體時，二氧化錫的電導率隨著可燃氣體濃度的增大而變大，用一個簡單的電路就可將電導率的變化變換為該氣體濃度對應的輸出信號。

2.5.3 濕度傳感器

SHT15 型智能濕度 / 溫度傳感器相對濕度的測量范圍為0 ～ 100%，分辨力為 0.03%RH，最大精度為 ±2%RH ；溫度測量范圍為 -40 ～ 123.8 ℃，分辨力為 0.01 ℃。測量濕度、溫度時，A/D 轉換的位數最多為 12 位、14 位。

3 系統(tǒng)軟件設計

軟件設計中，首先進行系統(tǒng)移植，包括 Linux 內核移植、驅動程序開發(fā)、BOA 應用開發(fā) ；然后進行應用開發(fā)，包括Android 智能手機終端遠程控制軟件開發(fā)等。

3.1 系統(tǒng)移植

3.1.1 系統(tǒng)移植環(huán)境

（1）安裝主機環(huán)境，采用 Windows+VMware+Ubuntu 的方式 ；

（2）安裝必要的軟件包，安裝命令在 Ubuntu 下輸入 [9] ；

（3）安裝 JDK 開發(fā)環(huán)境，并設置好環(huán)境變量的路徑。

3.1.2 移植 Linux 內核

（1） 將 Linux 主機下 android.tar.bz2 文件解壓產生Android 源碼目錄 ；

（2）驅動移植 ；

（3）文件系統(tǒng)和內核啟動參數的正確掛載 ；

（4）調試控制臺 ；

（5）打開并調試相關驅動（binder，logger 等）。

3.1.3 BOA移植

BOA 能夠像普通服務器一樣完成協(xié)議解析，實現客戶端的各種請求，具有高性能、輕量級的優(yōu)點。

3.2 手機 APP應用系統(tǒng)開發(fā)

Android 開發(fā)環(huán)境的安裝步驟如下 ：

（1）安裝 JDK

直接從網上下載 JDK，由于所用電腦是 32 位操作系統(tǒng)，選擇下載 Windows x86 188.43M jdk-8u92-windows-i586.exe。

（2）配置 JDK 變量環(huán)境

配置 JDK 系統(tǒng)變量環(huán)境時， 需要設置 3 個系統(tǒng)變量：

Java-home，Path 及 Classpath。

Java-home ：設置系統(tǒng)變量名稱，JDK 在 C ：\Program Files\Java\jdk1.8.0_92 目錄下，創(chuàng)建后用 %JAVA_HOME% 作為 JDK 安裝目錄的同一引用路徑。

Path ：直接對 Path 屬性進行編 輯， 在原變量名后加 ：；%JAVA_HOME%\bin ；%JAVA_HOME%\jre\bin 。

Classpath ：. ；%JAVA_HOME%\lib\dt.jar ；%JAVA_ HOME%\lib\tools.jar。

（3）下載安裝 Eclipse

Eclipse 是集成開發(fā)環(huán)境（IDE），主要為 Android 和 Java應用程序開發(fā) [10]。直接運行 Eclipse 應用程序，打開時需要設置工作目錄。

（4）下載安裝 AndroidSDK

前面步驟僅僅是普通 Java應用程序的開發(fā)， 開發(fā)Android應用還需安裝 AndroidSDK， 并安裝配置 Android Eclipse插件 ADT。

（5）給 Eclipse安裝 ADT 插件

使用 Eclipse 需要安裝 ADT 插件，可以簡化開發(fā)過程， 節(jié)約時間，ADT 插件中有創(chuàng)建和調試 Android 工程向導。

（6）開發(fā) APP

開發(fā)手機 APP 需要了解市場對手機 APP 的應用需求， 現在較為豐富的應用生態(tài)是 APP Store 與 Google Play。開發(fā)APP 應用需明確產品方向，設計手機 APP 應用要突出其主要功能點，這樣才可滿足用戶對手機 APP 的需求，同時還可給手機 APP 匹配一些相關功能。

本文設計的室內環(huán)境手機 APP 操作界面如圖6、圖7 所示。

圖6 室內環(huán)境操作界面一圖7 室內環(huán)境操作界面二

3.3 系統(tǒng)測試

對室內環(huán)境遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)進行測試，測試結果見表 1 所列。

由表 1 可知，本文系統(tǒng)較好地實現了預期設計功能。遠程監(jiān)控效果如圖 8 所示。

圖 8 遠程監(jiān)控效果

4 結 語

本文使用 ARM 處理器、網絡控制器以及各類傳感器開發(fā)了室內環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的終端硬件平臺，搭建了 Linux 服務器平臺，開發(fā)了 Android 系統(tǒng) APP 平臺，實現了各類參數的采集顯示與報警，同時可在手機上視頻監(jiān)控室內場景。該系統(tǒng)功能完善，實現了客戶的需求目標。