摘要：随着计算机应用技术在日常生活中的普及，智能家居技术的应用已经成为现实生活中的趋势。通过对Qt/Embedded的控制界面的设计，采用Micro2440硬件平台，通过zigbee的组网，实现对家居系统的智能化控制。界面采用Qt／Embedded设计，被移植到arm9实验平台的Linux系统中，再通过串口驱动控制界面与zigbee组网协议互联，实现了对智能家居系统中设备的无线监视和控制。
论文关键词：Qt/Embedded,Linux,zigbee,GUI
以8/16位单片机作为微控制器领域核心的嵌入式技术已经应用非常广泛，在工业控制、嵌入式应用、智能家居等各种领域都可以看到，但这些应用还处于嵌入式应用的低端市场。随着电子设备性能的智能化和网络化设备的不断提高，以32位高性能ARM微处理器为代表的嵌入式应用技术高性能、低能耗、实时性强等特点优势明显，对于大数据量的图形图像的处理来说更受青睐[1]。在家居智能系统中的应用更具可行性和前瞻性。
基于Qt/Embedded的GUI应用程序移植在linux系统中，通过串口与zigbee模块通信，监控房屋里面的各个设备模块状况，实时更新数据，并且可以通过网口与以太网相连，控制大数据量的视频和语音信号，远程客服端也可以通过TCP/IP登录到该嵌入式设备，进行远程监控，在该嵌入式设备上还提供了GPRS模块，手机客服端可以通过GPRS对家居情况进行远程实时控制。这一系列模块实现了ARM在智能家居上的多功能应用和智能家居的一体化设计。
2 系统结构设计
基于嵌入式的职能家居系统设计框图如图1所示。主要包括如下几个模块：Qt/Embedded及linux操作系统、Arm9微处理器、Zigbee无线模块、单片机与各设备模块、GPRS模块、视频模块及语音模块。
 
图1 系统结构
本嵌入式系统总体架构大致可以分为五个部分，由低到高分别为：单片机前端处理机及相对应的外围采集设备、Zigbee无线通信节点及路由模块、视频语音采集模块、嵌入式Arm微处理器及触摸屏控制界面、GPRS手机终端模块。
1) 单片机前端处理机采用MSP430单片机作为设备采集设备的控制器。MSP430系列是一个 16位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机。信息采集设备主要分为四类设备：红外采集设备，对屋内红外发热源进行实时监控，并通过单片机对数据进行简单处理后由zigbee无线网络传给arm，如果红外突然测得屋内有不正常的热源，立即开启视频监控模块和语音模块进行监控并将视频流存储到硬盘，同时发送报警信号给远程手机终端，远程客服端可以登录到嵌入式arm主机根据实时情况进行相应处理；温度采集设备、CO2浓度采集设备、湿度采集设备，分别对室温、CO2浓度、湿度进行实时数据采集，由单片机对数据作预处理后传送给arm，如果各指标不在正常范围之内，则向远程手机终端发送警报提示，提醒主人对家居做相应处理工作。
2) Zigbee无线通信节点及路由模块。Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本[2]。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee技术的这些优点使其能完全胜任家居系统中无线传输模块，这里采用TI公司的CC24430无线射频芯片，通过一个zigbee路由，和多个zigbee节点进行通信，实现zigbee组网，并且能有效延长zigbee传输距离。
3) 视频语音采集模块。目前的监控系统中，对视频语音模块的利用大多采用PC机上挂接视频语音设备的方式，不仅成本高，并且实施麻烦，使用不便。本系统采用的是嵌入式arm主机连接摄像头，对家居内的特定通道进行实时图像采集，并根据需要存取视频流。本视频语音模块通常情况下是关闭的，当室内异常红外模块发出警报时，会开启视频语音设备并自动判断是否为非法入侵事件，此视频与红外模块配合使用能形成功能互补，即省电又提高了安防能力。
4) 嵌入式Arm微处理器及触摸屏控制界面。中心处理控制机采用三星公司的S3C2440A作为主控制器，主频达到400MHz，最高533MHz。主要完成视频处理和图像处理功能，性能完全满足家居控制系统的硬件需求。配合触摸屏显示器使用，由于arm和触摸屏的迅速发展，具有友好的GUI控制界面，方便操作和控制。
5) GPRS手机终端模块。远程监控终端主要采用手机终端，采用GPRS网络，也可以由pc机用TCP/IP与监控arm主机相连。管理员通过远程控制终端就可以登录到监控中心主机上，操作控制界面，查看监控中心数据，对家居状况进行实时监控。
3 系统开发平台
3.1 Qt/Embedded硬件平台
硬件平台基于三星公司的S3C2440A处理 器，主要由以下几个部分组成：S3C2440A处理器ARM920T内核16/32bit RISC CPU；系统时钟，内部主频400MHz,最高达到533MHz，外部12MHz无源晶振；在板64M SDRAM，32bit数据总线，SDRAM的时钟频率高达100MHz；在板64M Nand Flash，掉电非易失，在板2M Nor Flash，掉电非易失；1个56Pin2.0mm间距GPIO接口PA， 1个50Pin2.0mm间距LCD & CMOS CAMERA接口PB；1个56Pin 2.0mm 间距系统总线接口PC。
可以通过串口、网口、USB口与外部交换信息和数据，通过LCD(液晶显示器)显示，通过JTAG口对开发板进行调试。硬件开发板框架见图2。
图2 开发板布局
3.2 Qt/Embedded软件环境
软件环境采用嵌入式Linux环境，由于linux内核可以根据不同的硬件需求进行人为裁剪配置，其内核可以缩减到容量只有几KB或者几MB。基于Qt/Embedded开发的应用程序也将最终安装到有嵌入式linux操作系统的小型设备上。
但是，在嵌入式设备上的应用开发和调试工作比较困难，为了高效率的进行工程开发，可以先在PC机上调试成功后经过交叉编译后加载到嵌入式linux中。PC机上安装了虚拟机Red Hat，且需安装Qt Creator、嵌入式linux的Qt库包、编译器arm-linux-gcc、Root_Qtopia、tslib1.4工具。
4 监控系统GUI及设备驱动设计
系统采用linux作为操作系统，首先基于Qt／Embedded进行图形界面的设计，嵌入式GUI设计与传统的GUI软件有所不同，后者往往是通过鼠标点击或者键盘事件完成指定输入，而嵌入式GUI基于触摸屏响应事件[3]。系统通过设计GUI界面，实现通过触摸屏对智能家居的一体化控制。
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