本文主要針對(duì)室內(nèi)安全進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，以O(shè)penWrt開(kāi)源軟件為核心，已有的硬件為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了基于OpenWrt的智能家庭室內(nèi)安防系統(tǒng)。

1.整體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)分為兩大部分，分別是硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。以軟硬件相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)整體的功能。在硬件設(shè)計(jì)方面采用模塊化設(shè)計(jì)，其中主要包括五大模塊：遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、無(wú)線通信模塊、視頻采集模塊、單片機(jī)控制模塊和傳感器數(shù)據(jù)采集模塊。軟件設(shè)計(jì)方面以O(shè)penWrt開(kāi)源的嵌入式Linux系統(tǒng)為基礎(chǔ)，OpenWrt開(kāi)源系統(tǒng)當(dāng)中包含了3000多個(gè)可供用戶(hù)自由選擇的軟件包，可以根據(jù)自己的需要來(lái)編寫(xiě)自己的軟件包構(gòu)建自己的應(yīng)用程序從而能夠最大限度地定制自己的嵌入式設(shè)備。系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖如下圖所示：

2硬件設(shè)計(jì)

2.1遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊

遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊指的是手機(jī)端和電腦端，用戶(hù)可以任何有網(wǎng)絡(luò)連接的地方實(shí)時(shí)通過(guò)手機(jī)或者電腦實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)監(jiān)控畫(huà)面和環(huán)境參數(shù)，當(dāng)發(fā)生異常通過(guò)獲取的短信報(bào)警信息，實(shí)時(shí)查看視頻和客戶(hù)端數(shù)據(jù)，能夠使用戶(hù)及時(shí)做出反應(yīng)。

2.2無(wú)線通信模塊

無(wú)線通訊模塊是本設(shè)計(jì)的核心，它的主芯片是Ralink的RT5353芯片，它具有高性能、高集成度的中央微型處理器，主頻達(dá)350MHz，完全滿(mǎn)足嵌入式操作系統(tǒng)的需要。它支持

IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的Wi—Fi網(wǎng)絡(luò)，20／40M的頻帶允許高達(dá)150Mbps的數(shù)據(jù)傳輸效率，這樣就使它的覆蓋面更廣，數(shù)據(jù)吞吐量更大。另外他提供多個(gè)以太網(wǎng)接口，可與外網(wǎng)和內(nèi)部多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行連接，它還提供一個(gè)USB主設(shè)備接口和兩個(gè)通用異步收發(fā)器接31，這樣就可以非常方便的進(jìn)行外部設(shè)備的擴(kuò)展。

2.3視頻監(jiān)控模塊

為了保證室內(nèi)視頻圖像信息的清晰度，使用戶(hù)能夠?qū)崟r(shí)接收?qǐng)D像，本設(shè)計(jì)采用USB攝像頭作為視頻圖像的采集工具。它不需要信號(hào)的轉(zhuǎn)換可以直接傳輸圖像信息的數(shù)字信號(hào)，客戶(hù)端（PC／手機(jī)）只需要USB接口或者無(wú)線傳輸?shù)姆绞街苯咏邮請(qǐng)D像視頻信號(hào)，而USB接31的轉(zhuǎn)換速度更快。USB攝像頭市場(chǎng)使用廣泛性?xún)r(jià)比更高，使用簡(jiǎn)單。綜合考慮選用天敏網(wǎng)客UVC-T24無(wú)驅(qū)版攝像頭，640x480像素，USB2.0接口，有效提高圖像傳輸速度，高幀率視頻顯示，畫(huà)面順暢不間斷，暗光環(huán)境中能夠保證畫(huà)面的清晰度。數(shù)字?jǐn)z像頭的原理圖如下圖所示：

2.4控制模塊

控制模塊是由STC89C52單片機(jī)和GSM通信模塊組合而成，通過(guò)單片機(jī)控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息通信報(bào)警的功能。

本設(shè)計(jì)選用西門(mén)子公司推出的新一代無(wú)線通信GSM模塊TC35系列，它能夠安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息傳輸并且能夠保證傳輸速率的要求。模塊的工作電壓為3.3—5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段，模塊有AT命令集接1，該模塊集射頻3電路和基帶于一體，為數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、短消息提供快速、可靠、安全的傳輸。單片機(jī)和GSM模塊采用異步串行通信接口的方式，通信速度可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定?？刂颇K連接圖如圖3所示。

2.5傳感器數(shù)據(jù)采集模塊

傳感器采集模塊的設(shè)計(jì)當(dāng)中結(jié)合了ZigBee技術(shù)和傳感器技術(shù)的方法，通過(guò)紅外傳感器、煤氣傳感器、溫度傳感器實(shí)現(xiàn)室內(nèi)門(mén)禁、煙霧、溫度等信息的采集并且由無(wú)線通訊模塊將采集的信息上傳給上位機(jī)，其中技術(shù)是這個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵。由于本設(shè)計(jì)屬于室內(nèi)安防環(huán)境，監(jiān)測(cè)的范圍比較小，并且各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間不需要相互通信，所以選擇星型網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器通過(guò)RS232串口與無(wú)線通訊模塊連接，各個(gè)節(jié)點(diǎn)使用RFD連接傳感器，利用電池供電，可以根據(jù)實(shí)際需要布置在室內(nèi)的任何位置，所有節(jié)點(diǎn)所采集到的的數(shù)據(jù)都會(huì)發(fā)送至協(xié)調(diào)器，上位機(jī)（PC／手機(jī)端）客戶(hù)端通過(guò)無(wú)線通訊模塊就可以接收到傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件功能總體設(shè)計(jì)

無(wú)線通信模塊采用IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線通信技術(shù)。在基于OpenWrt系統(tǒng)內(nèi)核當(dāng)中配置實(shí)現(xiàn)USB攝像頭的驅(qū)動(dòng)和信號(hào)的傳輸，無(wú)線通信模塊接收到的無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控端口其中包括溫度、門(mén)禁、煙霧的數(shù)據(jù)信號(hào)和視頻監(jiān)控畫(huà)面，然后由上位機(jī)發(fā)出控制信號(hào)和接收下位機(jī)反饋的信號(hào)。編程實(shí)現(xiàn)串口轉(zhuǎn)發(fā)和控制處理通信，主程序流程圖如下圖所示。

3.2嵌入式系統(tǒng)的選擇

本設(shè)計(jì)選擇OpenWrt操作系統(tǒng)，OpenWrt是一個(gè)開(kāi)源的嵌入式Linux系統(tǒng)，它提供給用戶(hù)一個(gè)完全可寫(xiě)的文件系統(tǒng)和軟件包管理系統(tǒng)，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要的編寫(xiě)自己的軟件包來(lái)最大限度的定制自己的嵌入式設(shè)備，降低了嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的門(mén)檻。同時(shí)OpenWrt為開(kāi)發(fā)人員提供簡(jiǎn)單易用的開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)構(gòu)建自己的應(yīng)用程序。

由于近些年計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，OpenW~系統(tǒng)通過(guò)開(kāi)發(fā)人員不斷對(duì)系統(tǒng)修改、更新，現(xiàn)在它已經(jīng)不僅僅局限在路由器的簡(jiǎn)單功能，它適用于特定的系統(tǒng)，它包含了3000多個(gè)可供用戶(hù)自由選擇的軟件包，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要安裝軟件包，用戶(hù)只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的指令就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)軟件的下載、編譯、安裝和使用。

3.3主系統(tǒng)的軟件安裝

本設(shè)計(jì)當(dāng)中由發(fā)展非常成熟的網(wǎng)絡(luò)公共資源中下載對(duì)應(yīng)的OpenWrt系統(tǒng)需要的軟件包和

操作系統(tǒng)的源代碼，然后更新并且安裝軟件包，最后配置CPU、開(kāi)發(fā)板型號(hào)和用戶(hù)頁(yè)面LUCI，在LUCl界面我們可以配置網(wǎng)口

和串口驅(qū)動(dòng)、DNS、硬件掛起和以太網(wǎng)代理模塊的軟件包，之后進(jìn)行編譯生成bin文件。將bin文件下載安裝到RT5350開(kāi)發(fā)板上就實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的安裝。

在安裝好操作系統(tǒng)之后就可以成功生成Wi—Fi無(wú)線信號(hào)，電腦、手機(jī)等智能設(shè)備就可以無(wú)線接入，開(kāi)發(fā)板就可以掛載攝像頭并且實(shí)現(xiàn)無(wú)線Wi—Fi與模塊的相互通信，只要通過(guò)LUCI頁(yè)面的軟件包管理功能就可以開(kāi)發(fā)相應(yīng)的軟件包，然后進(jìn)行加載，安裝就可以完成。

3.4遠(yuǎn)程端口的軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程端口即上位機(jī)，它包括手機(jī)端和PC端設(shè)計(jì)軟件客戶(hù)端，使上位機(jī)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)監(jiān)控畫(huà)面的采集和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，能夠在異常發(fā)生時(shí)，及時(shí)讓異常信號(hào)在客戶(hù)端上做出顯示和報(bào)警。遠(yuǎn)程端口的通過(guò)設(shè)計(jì)客戶(hù)端的方式將視屏畫(huà)面和數(shù)據(jù)畫(huà)面顯示在遠(yuǎn)程端口，這樣用戶(hù)可以在有網(wǎng)絡(luò)連接的條件下對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。