??? 摘 要： 介紹了基于藍(lán)牙的智能家居視頻防盜監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在ARM9（S3C2410）" title="ARM9（S3C2410）">ARM9（S3C2410）和Linux2.6.14上實(shí)現(xiàn)了USB藍(lán)牙驅(qū)動(dòng)、USB攝像頭驅(qū)動(dòng)" title="攝像頭驅(qū)動(dòng)">攝像頭驅(qū)動(dòng)，介紹了Linux2.6下藍(lán)牙通信的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，最后實(shí)現(xiàn)了在PC監(jiān)控機(jī)和ARM9（S3C2410）間圖像的采集和傳輸。
??? 關(guān)鍵詞： ARM9? Linux2.6.14? 藍(lán)牙 智能家居
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??? 隨著多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，大型的智能家居系統(tǒng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。理想的智能家居系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：
??? （1） 住宅視頻監(jiān)控防盜、報(bào)警；
??? （2） 火警、煙警、有毒氣體泄露報(bào)警；
??? （3） 各類(lèi)家用電器控制；
??? （4） GSM短信息遠(yuǎn)程報(bào)警。
??? 在這些功能中，家庭內(nèi)的安全防盜顯得尤為重要。如果智能家居內(nèi)采用有線(xiàn)方式布線(xiàn)，會(huì)大大影響房間的美觀，并且使用也不夠便利。
??? 藍(lán)牙技術(shù)傳輸可靠并能穿越障礙物,功耗低、成本低廉、組網(wǎng)方便靈活，是一種有效的無(wú)線(xiàn)通信手段。本文采用藍(lán)牙技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智能家居中的視頻防盜監(jiān)控系統(tǒng)，取得了滿(mǎn)意的效果。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和工作流程
??? 系統(tǒng)主要包括ARM9處理器（S3C2410）、家庭內(nèi)PC機(jī)、遠(yuǎn)程PC監(jiān)控機(jī)、藍(lán)牙模塊" title="藍(lán)牙模塊">藍(lán)牙模塊、USB攝像頭幾部分，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。ARM9處理器負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)家居設(shè)備的管理，由于智能家居內(nèi)許多家電都是通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)來(lái)工作的，因此家庭內(nèi)的PC機(jī)必須負(fù)責(zé)保存數(shù)據(jù)并對(duì)藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理。
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??? 系統(tǒng)工作流程如下：如果遠(yuǎn)程PC監(jiān)控機(jī)發(fā)送啟動(dòng)監(jiān)控命令，則激活攝像頭。在對(duì)攝像頭完成初始化之后，就將進(jìn)行圖像的采集。采集的圖像以文件的形式被送入藍(lán)牙模塊，此時(shí)的藍(lán)牙模塊已經(jīng)進(jìn)入了以太網(wǎng)仿真模式，因此可以通過(guò)SOCKET通信將圖像發(fā)送到家庭內(nèi)的PC機(jī)。最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到遠(yuǎn)程的PC監(jiān)控機(jī)。
2 USB藍(lán)牙模塊驅(qū)動(dòng)和USB攝像頭驅(qū)動(dòng)
2.1 USB藍(lán)牙模塊驅(qū)動(dòng)
??? 在Linux系統(tǒng)內(nèi)核配置過(guò)程中，進(jìn)入Networking Support選項(xiàng)的Bluetooth subsystem support子選項(xiàng)，選擇L2CAP protocol support、BNEP protocol support(Malticast filter support和Protocol filter support)這幾項(xiàng)，其作用就是使內(nèi)核支持藍(lán)牙協(xié)議中的L2CAP和BNEP協(xié)議。然后進(jìn)入Bluetooth device drivers，選擇HCI USB driver。至此，就完成了內(nèi)核對(duì)于USB藍(lán)牙的支持。
??? 完成內(nèi)核對(duì)藍(lán)牙的支持后，下一步是移植Linux藍(lán)牙協(xié)議棧的庫(kù)（bluez-libs-2.17.tar.gz）和工具包" title="工具包">工具包（bluez-utils-2.17.tar.gz）。在指定了交叉編譯器和安裝路徑并運(yùn)行安裝命令后，bluez-libs庫(kù)生成libbluetooth.so.1.17等3個(gè)庫(kù)文件，bluez-utils工具包生成hcid（HCI后臺(tái)進(jìn)程）、sdpd（服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議后臺(tái)進(jìn)程）、hciconfig（檢查HCI接口并開(kāi)啟藍(lán)牙設(shè)備）和hcitool（掃描藍(lán)牙設(shè)備的地址）等幾個(gè)進(jìn)程文件。
2.2 USB攝像頭驅(qū)動(dòng)
??? USB攝像頭使用的是市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的采用中芯微公司的ZC301芯片的攝像頭，這種攝像頭采用硬件壓縮方式，截取到的圖片是JPEG格式，這樣可以大大減少由于軟件壓縮所耗費(fèi)的時(shí)間，便于網(wǎng)絡(luò)多媒體的應(yīng)用。Linux內(nèi)核并未包括這種攝像頭，因此必須針對(duì)嵌入式 Linux環(huán)境，打入攝像頭驅(qū)動(dòng)補(bǔ)丁文件usb-2.6.12LE06.patch.tar.gz。將該文件解壓縮，然后放入/kernel2.6.14/drivers/usb目錄，用命令path-pl
??? 整個(gè)通信過(guò)程如下：
??? (1)USB藍(lán)牙的傳輸驅(qū)動(dòng)程序（drivers/bluetooth/hci_usb.c）將信息注冊(cè)到Linux USB核心。當(dāng)USB藍(lán)牙插入時(shí)，主機(jī)控制器設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序會(huì)枚舉它并給它分配地址，同時(shí)讀取設(shè)備描述符中所包含的設(shè)備信息。如果枚舉期間讀取的設(shè)備描述符與hci_usb驅(qū)動(dòng)程序注冊(cè)到Linux USB核心的信息相匹配，這個(gè)驅(qū)動(dòng)程序就能添加進(jìn)USB設(shè)備[1]。
??? (2)在S3C2410上運(yùn)行hcid、sdpd、hciconfig、hcitool四個(gè)藍(lán)牙工具文件。在S3C2410一側(cè)的藍(lán)牙設(shè)備能夠被發(fā)現(xiàn)并被成功分配唯一地址的基礎(chǔ)之上運(yùn)行pand--listen--role NAP，這樣將允許藍(lán)牙監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器。
??? (3)PC機(jī)上插入U(xiǎn)SB藍(lán)牙，運(yùn)行命令hciconfig hci0 up、hcid-f/etc/bluetooth/hcid.conf、hciconfig-a、hcitool scan
后,啟動(dòng)藍(lán)牙設(shè)備，并能夠檢查到S3C2410一側(cè)的藍(lán)牙設(shè)備，可以根據(jù)藍(lán)牙設(shè)備對(duì)應(yīng)的物理地址用pand connect-c XXXX(物理地址)來(lái)連接2個(gè)藍(lán)牙設(shè)備[2]。
??? (4)在個(gè)人局域網(wǎng)建立的基礎(chǔ)之上，BNEP就可以將自己作為以太網(wǎng)(TCP/IP)設(shè)備注冊(cè)到Linux網(wǎng)絡(luò)層?？梢酝ㄟ^(guò)命令ifconfig bnep0來(lái)改變藍(lán)牙接口IP地址。BNEP模塊和用戶(hù)模式pand后臺(tái)進(jìn)程實(shí)現(xiàn)了Bluetooth個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（PAN）。
4 智能家居中的視頻監(jiān)控軟件流程
4.1 USB攝像頭圖像采集軟件流程
??? 該系統(tǒng)正常工作時(shí)，整個(gè)設(shè)計(jì)有兩個(gè)關(guān)鍵的部分：一是攝像頭如何采集圖像；二是如何進(jìn)行圖像的傳輸。
??? 為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，獲得視頻數(shù)據(jù)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)是在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺(tái)上采用Video4Linux編程來(lái)獲取圖像的[3]。攝像頭圖像采集流程如圖2所示。Video4Linux是Linux中關(guān)于視頻設(shè)備的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，它為針對(duì)視頻設(shè)備的應(yīng)用編程提供一系列接口函數(shù)，用戶(hù)通過(guò)open、write、read、ioctl等函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備文件的操作。采集程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程：調(diào)用函數(shù)fd=open(“/dev/v4l/video0”,0_RDWR)打開(kāi)視頻設(shè)備對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件/dev/v4l/video0，接著利用ioctl函數(shù)分別調(diào)用VIDIOCGCAP、VIDIOCGPICT、VIDIOCSPICT來(lái)獲得設(shè)備相關(guān)信息、讀取圖像信息、修改圖片中的depth=8信息（對(duì)應(yīng)的格式是JPEG）并設(shè)置圖片格式為320×240,在完成了設(shè)備的初始化后，就可以截取視頻圖像了。調(diào)用realloc(vd->pFramebuffer, (size_t)vd->framesizeIn)函數(shù)，得到的返回值就是圖像所需要的內(nèi)存空間首地址vd->pFramebuffer，然后用read()函數(shù)直接讀取設(shè)備就能得到圖像，采集一幀的時(shí)間約為38ms，圖像效果很清晰。最后計(jì)算圖像大小(JPEG圖像的有效段從1 024B開(kāi)始，以0xFF、0xD9結(jié)束）并送入傳輸部分。
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4.2 圖像的無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)傳輸軟件流程
??? 由于TCP/IP可以直接運(yùn)行于Bluetooth上，因此家庭內(nèi)PC機(jī)和S3C2410以及家庭內(nèi)PC機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)的通信程序均可由SOCKET編程來(lái)完成。服務(wù)器的工作流程：首先調(diào)用s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)來(lái)創(chuàng)建socket號(hào)，調(diào)用bind(s, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))函數(shù)將其與本機(jī)地址以及一個(gè)本地端口號(hào)" title="端口號(hào)">端口號(hào)綁定。然后調(diào)用listen(s,5)函數(shù)在相應(yīng)的socket上監(jiān)聽(tīng)，調(diào)用accept函數(shù)，最后睡眠并等待客戶(hù)的連接請(qǐng)求，當(dāng)accept函數(shù)接收到一個(gè)連接服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，將生成一個(gè)新的socket，并通過(guò)新的socket將圖像內(nèi)容發(fā)送出去?？蛻?hù)接收端程序流程：首先調(diào)用gethostbyname(host_name)函數(shù)完成域名與IP地址的轉(zhuǎn)換得到服務(wù)器的IP地址，然后調(diào)用sockfd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)socket號(hào)，并設(shè)定端口號(hào)為1 500，最后調(diào)用connect(sockfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))函數(shù)與服務(wù)器建立連接，連接成功后接收從服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得用藍(lán)牙傳輸采集到的每幀圖像時(shí)的速度約為78kB/s。
參考文獻(xiàn)
[1] CORBET J, RUBINI A， KROAH-HARTMA G. 魏永明,耿岳,鐘書(shū)毅等譯.LINUX設(shè)?備驅(qū)動(dòng)程序（第3版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006,1.
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[3] ?陳賾,秦貴和，徐華中,等.ARM9嵌入式技術(shù)及Linux高級(jí)實(shí)踐教程[M].北京：北京航空航天出版社，2005.