??? 摘 要： 介紹了基于藍牙的智能家居視頻防盜監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計。在ARM9（S3C2410）" title="ARM9（S3C2410）">ARM9（S3C2410）和Linux2.6.14上實現(xiàn)了USB藍牙驅動、USB攝像頭驅動" title="攝像頭驅動">攝像頭驅動，介紹了Linux2.6下藍牙通信的實現(xiàn)過程，最后實現(xiàn)了在PC監(jiān)控機和ARM9（S3C2410）間圖像的采集和傳輸。
??? 關鍵詞： ARM9? Linux2.6.14? 藍牙 智能家居
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??? 隨著多媒體技術和網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，大型的智能家居系統(tǒng)成為一種發(fā)展趨勢。理想的智能家居系統(tǒng)應具有以下功能：
??? （1） 住宅視頻監(jiān)控防盜、報警；
??? （2） 火警、煙警、有毒氣體泄露報警；
??? （3） 各類家用電器控制；
??? （4） GSM短信息遠程報警。
??? 在這些功能中，家庭內的安全防盜顯得尤為重要。如果智能家居內采用有線方式布線，會大大影響房間的美觀，并且使用也不夠便利。
??? 藍牙技術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，是一種有效的無線通信手段。本文采用藍牙技術設計并實現(xiàn)了一種智能家居中的視頻防盜監(jiān)控系統(tǒng)，取得了滿意的效果。
1 系統(tǒng)總體設計和工作流程
??? 系統(tǒng)主要包括ARM9處理器（S3C2410）、家庭內PC機、遠程PC監(jiān)控機、藍牙模塊" title="藍牙模塊">藍牙模塊、USB攝像頭幾部分，其結構框圖如圖1所示。ARM9處理器負責對整個家居設備的管理，由于智能家居內許多家電都是通過藍牙無線傳感網(wǎng)絡來工作的，因此家庭內的PC機必須負責保存數(shù)據(jù)并對藍牙無線傳感網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)融合處理。
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??? 系統(tǒng)工作流程如下：如果遠程PC監(jiān)控機發(fā)送啟動監(jiān)控命令，則激活攝像頭。在對攝像頭完成初始化之后，就將進行圖像的采集。采集的圖像以文件的形式被送入藍牙模塊，此時的藍牙模塊已經(jīng)進入了以太網(wǎng)仿真模式，因此可以通過SOCKET通信將圖像發(fā)送到家庭內的PC機。最后通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到遠程的PC監(jiān)控機。
2 USB藍牙模塊驅動和USB攝像頭驅動
2.1 USB藍牙模塊驅動
??? 在Linux系統(tǒng)內核配置過程中，進入Networking Support選項的Bluetooth subsystem support子選項，選擇L2CAP protocol support、BNEP protocol support(Malticast filter support和Protocol filter support)這幾項，其作用就是使內核支持藍牙協(xié)議中的L2CAP和BNEP協(xié)議。然后進入Bluetooth device drivers，選擇HCI USB driver。至此，就完成了內核對于USB藍牙的支持。
??? 完成內核對藍牙的支持后，下一步是移植Linux藍牙協(xié)議棧的庫（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行安裝命令后，bluez-libs庫生成libbluetooth.so.1.17等3個庫文件，bluez-utils工具包生成hcid（HCI后臺進程）、sdpd（服務發(fā)現(xiàn)協(xié)議后臺進程）、hciconfig（檢查HCI接口并開啟藍牙設備）和hcitool（掃描藍牙設備的地址）等幾個進程文件。
2.2 USB攝像頭驅動
??? USB攝像頭使用的是市場上廣泛應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的時間，便于網(wǎng)絡多媒體的應用。Linux內核并未包括這種攝像頭，因此必須針對嵌入式 Linux環(huán)境，打入攝像頭驅動補丁文件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
??? 整個通信過程如下：
??? (1)USB藍牙的傳輸驅動程序（drivers/bluetooth/hci_usb.c）將信息注冊到Linux USB核心。當USB藍牙插入時，主機控制器設備驅動程序會枚舉它并給它分配地址，同時讀取設備描述符中所包含的設備信息。如果枚舉期間讀取的設備描述符與hci_usb驅動程序注冊到Linux USB核心的信息相匹配，這個驅動程序就能添加進USB設備[1]。
??? (2)在S3C2410上運行hcid、sdpd、hciconfig、hcitool四個藍牙工具文件。在S3C2410一側的藍牙設備能夠被發(fā)現(xiàn)并被成功分配唯一地址的基礎之上運行pand--listen--role NAP，這樣將允許藍牙監(jiān)聽服務器。
??? (3)PC機上插入USB藍牙，運行命令hciconfig hci0 up、hcid-f/etc/bluetooth/hcid.conf、hciconfig-a、hcitool scan
后,啟動藍牙設備，并能夠檢查到S3C2410一側的藍牙設備，可以根據(jù)藍牙設備對應的物理地址用pand connect-c XXXX(物理地址)來連接2個藍牙設備[2]。
??? (4)在個人局域網(wǎng)建立的基礎之上，BNEP就可以將自己作為以太網(wǎng)(TCP/IP)設備注冊到Linux網(wǎng)絡層。可以通過命令ifconfig bnep0來改變藍牙接口IP地址。BNEP模塊和用戶模式pand后臺進程實現(xiàn)了Bluetooth個人區(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，整個設計有兩個關鍵的部分：一是攝像頭如何采集圖像；二是如何進行圖像的傳輸。
??? 為了實現(xiàn)監(jiān)控，獲得視頻數(shù)據(jù)是一個重要環(huán)節(jié)。系統(tǒng)是在嵌入式Linux系統(tǒng)平臺上采用Video4Linux編程來獲取圖像的[3]。攝像頭圖像采集流程如圖2所示。Video4Linux是Linux中關于視頻設備的內核驅動，它為針對視頻設備的應用編程提供一系列接口函數(shù)，用戶通過open、write、read、ioctl等函數(shù)來實現(xiàn)對設備文件的操作。采集程序實現(xiàn)過程：調用函數(shù)fd=open(“/dev/v4l/video0”,0_RDWR)打開視頻設備對應的設備文件/dev/v4l/video0，接著利用ioctl函數(shù)分別調用VIDIOCGCAP、VIDIOCGPICT、VIDIOCSPICT來獲得設備相關信息、讀取圖像信息、修改圖片中的depth=8信息（對應的格式是JPEG）并設置圖片格式為320×240,在完成了設備的初始化后，就可以截取視頻圖像了。調用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存空間首地址vd->pFramebuffer，然后用read()函數(shù)直接讀取設備就能得到圖像，采集一幀的時間約為38ms，圖像效果很清晰。最后計算圖像大小(JPEG圖像的有效段從1 024B開始，以0xFF、0xD9結束）并送入傳輸部分。
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4.2 圖像的無線和有線傳輸軟件流程
??? 由于TCP/IP可以直接運行于Bluetooth上，因此家庭內PC機和S3C2410以及家庭內PC機和遠程監(jiān)控機的通信程序均可由SOCKET編程來完成。服務器的工作流程：首先調用s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)來創(chuàng)建socket號，調用bind(s, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))函數(shù)將其與本機地址以及一個本地端口號" title="端口號">端口號綁定。然后調用listen(s,5)函數(shù)在相應的socket上監(jiān)聽，調用accept函數(shù)，最后睡眠并等待客戶的連接請求，當accept函數(shù)接收到一個連接服務請求時，將生成一個新的socket，并通過新的socket將圖像內容發(fā)送出去。客戶接收端程序流程：首先調用gethostbyname(host_name)函數(shù)完成域名與IP地址的轉換得到服務器的IP地址，然后調用sockfd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)函數(shù)創(chuàng)建一個socket號，并設定端口號為1 500，最后調用connect(sockfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin))函數(shù)與服務器建立連接，連接成功后接收從服務器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。實驗測得用藍牙傳輸采集到的每幀圖像時的速度約為78kB/s。
參考文獻
[1] CORBET J, RUBINI A， KROAH-HARTMA G. 魏永明,耿岳,鐘書毅等譯.LINUX設?備驅動程序（第3版）[M].北京：中國電力出版社，2006,1.
[2] ?ROGER W. Linux Unwired[M]. O’Reilly，2004,4.
[3] ?陳賾,秦貴和，徐華中,等.ARM9嵌入式技術及Linux高級實踐教程[M].北京：北京航空航天出版社，2005.