基于Wi-Fi的無(wú)線(xiàn)智能門(mén)鈴系統設計
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一、Wi-Fi技術(shù)
1·Wi-Fi概述
Wi-Fi全稱(chēng)WirelessFidelity,又稱(chēng)802·11b標準,它的最大優(yōu)點(diǎn)就是傳輸速度較高,可以達到11Mbps,另外它的有效距離可達100m,完全滿(mǎn)足了無(wú)線(xiàn)門(mén)鈴的數據傳輸。
2·Wi-Fi技術(shù)的優(yōu)勢
第一,Wi-Fi的覆蓋范圍廣。在已應用的技術(shù)中,其有效半徑可達100m。而一些新型交換機的覆蓋范圍更是要加倍。
第二,Wi-Fi的速度快。根據無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡使用的標準不同,Wi-Fi的速度也有所不同。其中IEEE802·11b最高為11Mbps(部分廠(chǎng)商在設備配套的情況下可以達到22Mbps),IEEE802·11a為54Mbps、IEEE802·11g也是54Mbps。
第三,Wi-Fi的可兼容性好?，F在計算機的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡均是以Wi-Fi為標準的連接設備,而新型的智能手機也大部分具有Wi-Fi終端。
第四,安全性與穩定性。雖然Wi-Fi有某些安全性的缺陷,但在智能無(wú)線(xiàn)門(mén)鈴設計中,只要設定一系列的密鑰,還是可以接受的。而Wi-Fi的穩定性是在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中比較有質(zhì)量保證的,完全可以滿(mǎn)足設計的需要。
二、基于Wi-Fi的無(wú)線(xiàn)智能門(mén)鈴系統
1·總體設計方案本系統的結構(見(jiàn)圖1)
室內網(wǎng)絡(luò )由監控現場(chǎng)和無(wú)線(xiàn)路由之間的IEEE802·11標準的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組成,家庭網(wǎng)關(guān)和計算機終端的有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)聯(lián)接。
室外部分由計算機終端和遠程控制頁(yè)面(即Web頁(yè)面)之間的Internet網(wǎng)絡(luò )組成。
系統工作原理:首先由摁下門(mén)鈴按鈕,門(mén)鈴震動(dòng)或發(fā)出聲響,提醒戶(hù)主。戶(hù)主啟動(dòng)監控服務(wù)終端,經(jīng)由IEEE802·11b無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò ),發(fā)送指令到確定的IP地址,即監控現場(chǎng)電源開(kāi)關(guān),監控現場(chǎng)開(kāi)始工作。在監控現場(chǎng),打開(kāi)攝像機、麥克風(fēng)等輸入終端,采集現場(chǎng)模擬信號。采集后的信號送入視頻服務(wù)器中,視頻服務(wù)器對模擬信號進(jìn)行壓縮編碼,并且將數據送入緩沖區,等待家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)來(lái)的聯(lián)接請求。當家庭網(wǎng)關(guān)調用聯(lián)接請求程序時(shí),視頻服務(wù)器讀出緩沖區的音視頻數據,同時(shí)啟動(dòng)發(fā)送模塊,發(fā)送時(shí),采用RTP協(xié)議①打包。模塊讀取緩沖區的視頻流最好是以一幀為最小單位,如果數據比較長(cháng),在網(wǎng)絡(luò )中傳輸不穩定,可以在打包前將幀進(jìn)行分割,再進(jìn)行打包處理。數據按照RTP協(xié)議打包完成之后,通過(guò)UDP協(xié)議②傳送到家庭網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行傳送。數據經(jīng)由家庭網(wǎng)關(guān),繼續進(jìn)行無(wú)線(xiàn)傳送至監控服務(wù)終端。監控服務(wù)終端接收數據之后,按照數據傳送的順序和標志,重新對數據進(jìn)行解壓、組裝,形成完整的幀結構。通過(guò)監控服務(wù)終端中的相對應的視頻軟件,對數據進(jìn)行MPEG-4③解碼,解碼后的數據就是視頻數據;同時(shí)對音頻數據也進(jìn)行相應的操作,得到相應的音頻數據。通過(guò)監控服務(wù)終端調用播放模塊的軟件,進(jìn)行實(shí)時(shí)播放,并且調用存儲模塊進(jìn)行存儲,以達到實(shí)時(shí)監控的目的。
2·監控現場(chǎng)的設計
設計思路:監控現場(chǎng)是由一個(gè)普通門(mén)鈴、攝像機、麥克風(fēng)和視頻服務(wù)器組成的。普通門(mén)鈴的作用是提示戶(hù)主,進(jìn)行監控。視頻服務(wù)器是整個(gè)監控現場(chǎng)的關(guān)鍵,它主要是負責講攝像機和麥克風(fēng)采集到的模擬信號進(jìn)行編碼壓縮、網(wǎng)絡(luò )傳輸,并且負責客戶(hù)服務(wù)端對攝像機和麥克風(fēng)的控制。其結構圖如圖2所示:
采用這樣的芯片作為接收裝置是因為L(cháng)inux系統具備有完整UNIX所有的功能如多任務(wù)處理、虛擬內存、程序資源豐富、按照應用加載執行文件、執行程序共享,內存管理和TCP/IP網(wǎng)絡(luò ),而ARMLinux正在被移植或已經(jīng)移植到超過(guò)100種以上的不同種類(lèi)機器,包括個(gè)人電腦、網(wǎng)絡(luò )電腦和發(fā)展工具,適合作為IEEE802·11b標準的網(wǎng)絡(luò )處理器。
3·家庭網(wǎng)關(guān)的設置
家庭網(wǎng)關(guān)是無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的中繼傳輸裝置,可以由一個(gè)無(wú)線(xiàn)路由和一個(gè)配套的ARMLinux嵌入式系統組成。ARMLinux嵌入式系統的作用是設定監控現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)路由的IP地址,并且接收監控現場(chǎng)的數據,并傳送給無(wú)線(xiàn)路由。無(wú)線(xiàn)路由是目前常用的一種無(wú)線(xiàn)傳輸裝置,通過(guò)它分配所有系統涉及的IP地址,并且將接收到的數據傳送給監控服務(wù)終端。
4·監控服務(wù)終端的設置
監控終端分為兩種:手機終端和計算機終端。
(1)手機終端設置:調整手機Wi-Fi網(wǎng)卡,設置IP,連接無(wú)線(xiàn)路由,調用相應的播放軟件,對監控現場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。并且可以進(jìn)行互動(dòng)交流。
(2)計算機終端設置分為兩種情況:室內進(jìn)行監控和室外進(jìn)行監控。
室內監控:調整計算機Wi-Fi網(wǎng)卡,對計算機設置無(wú)線(xiàn)IP,接收無(wú)線(xiàn)路由傳送數據,調用相應的播放軟件,即可實(shí)現對監控現場(chǎng)的實(shí)時(shí)監控。并且如果計算機終端附帶麥克風(fēng)和攝像機,還可以對監控現場(chǎng)進(jìn)行雙向交流。
室外監控:可以通過(guò)設定家庭網(wǎng)關(guān),對監控現場(chǎng)實(shí)施監控。家庭網(wǎng)關(guān)是一個(gè)人機交互的Web界面,使用戶(hù)可以通過(guò)Internet了解監控現場(chǎng)信息,實(shí)施實(shí)時(shí)監控。
5·軟件設計思路
(1)網(wǎng)關(guān)設置,網(wǎng)關(guān)流程圖如圖3所示:
Main(); 主函數,網(wǎng)關(guān)的入口地址
CenterGateWay; 實(shí)例化的ClientManage和DeviceManage對象
getServerManage; 返回ServerManage對象,用于監聽(tīng)客戶(hù)端的控制指令
getDeviceManage; 返回DeviceManage對象,用于監管設備信息
(2)監控現場(chǎng)設置,監控現場(chǎng)流程圖如圖4所示:
Configure類(lèi)的主要作用:根據配置文件的信息,解析并提取相應的Socket連接參數。該類(lèi)所用的方法及其功能如下所示:
Configure(); 該方法是類(lèi)的構造,調用了readConfigurePropertyFile()
getConfigure(); 實(shí)例化的Configure類(lèi)的對象
readConfigurePropertyFile(); 從Configure,Properties文件中讀取數據
(4)服務(wù)器端程序DeviceManager類(lèi)的設計
DeviceManager類(lèi)的主要作用:提取存儲在db4o數據庫中的設備信息,并把它轉化為便于網(wǎng)絡(luò )傳輸的xml文件,同時(shí)該類(lèi)還有實(shí)現添加和刪除設備信息的功能。該類(lèi)所用的方法及其功能如下所示:
DeviceManager(); 構造函數,調用initDevice()方法
initDevice(); 初始化設備信息;
getDevicesManager();實(shí)例化DeviceManager,用于網(wǎng)關(guān)類(lèi)調用
getAllDevices(); 從數據口中獲取設備
DeviceObjeceToXML(); 把設備對象信息轉化為XML文件,用于設備傳輸
AddDevice(); 添加設備到數據庫中
DelDevice(); 從數據庫中刪除指定的設備
(5)服務(wù)器端程序ServerManager類(lèi)的設計
ServerManager類(lèi)的主要作用:根據Configure類(lèi)返回Socket連接參數創(chuàng )建ServerSocket端口監聽(tīng),然后再根據CenterGateWay調用DeviceManager類(lèi)初始化設備信息返回的xml文件信息,向客戶(hù)端(手機)發(fā)送設備信息以便客戶(hù)端進(jìn)行UI初始化,同時(shí)監聽(tīng)客戶(hù)端發(fā)送的操作指令進(jìn)行相應的設備操作,并返回反饋信息給客戶(hù)端。該類(lèi)所用的方法及其功能如下所示:
ServerManager();構造函數,用于開(kāi)辟一個(gè)端口監聽(tīng)客戶(hù)端的連接請求
getServerManager();實(shí)例化類(lèi)ServerManager
startMonitorClinet();開(kāi)始監聽(tīng)客戶(hù)端的請求
Run();該線(xiàn)程用于實(shí)現連接請求
ClientThread 用于向客戶(hù)端發(fā)送設備信息,同時(shí)調用analyzeAndExcuteCommand();
analyzeAndExcuteCommand();用于解析客戶(hù)端發(fā)送的控制指令
6·軟件的使用
(1)系統運行的軟件環(huán)境
對于此類(lèi)嵌入式設備,需要JAVA虛擬機CVM?？梢酝ㄟ^(guò)ARM-LINUX工具鏈來(lái)編譯此虛擬機,也可以用現成的虛擬機。jdk1·4·2(LINUX下的版本),CVM源代碼等。
此類(lèi)實(shí)現的CVM手冊上有詳細的介紹。同時(shí)嵌入式設備必須裝載外圍的驅動(dòng)程序。
(2)軟件運行的硬件環(huán)境
客戶(hù)端:對于手機平臺,要求該手機能支持JAVA平臺運行環(huán)境,并且需要手機有Wi-Fi網(wǎng)卡及其相關(guān)設備。對于計算機平臺,要求其具有微軟WINDOWS2000或其以上版本的操作系統,并且安裝Wi-Fi網(wǎng)卡及其驅動(dòng)設備。
服務(wù)器:需要具有InterXscalePxa270芯片的處理器或其高版本設備。
(3)軟件安裝
客戶(hù)端程序是把手機模塊的可執行程序裝入能支持JAVA平臺的手機中。計算機的需要確定操作系統支持JAVA系統,安裝JAVA虛擬機。
網(wǎng)關(guān)程序的安裝就是把嵌入式系統模塊的可運行程序與CVM一起燒到嵌入式系統中的Flash中,同時(shí)也要把外圍設備的驅動(dòng)程序燒到32M的Flash中。
(4)軟件程序的操作
根據我們制定此系統的目的,減輕客戶(hù)端操作時(shí)間和空間。操作的主要步驟是客戶(hù)終端中,而功能的實(shí)現全部在網(wǎng)關(guān)中實(shí)現。預期目標是視頻數據的流暢傳輸和實(shí)時(shí)同步傳輸。操作步驟如下:
?、賳?dòng)所有設備。②連接網(wǎng)絡(luò ),通過(guò)路由器自動(dòng)分配給每個(gè)系統獨立的網(wǎng)址。③操縱客戶(hù)端軟件,打開(kāi)門(mén)鈴系統的攝像機和麥克風(fēng),并且進(jìn)行監聽(tīng)。④如果操作正常,可以同步流暢的觀(guān)察監控現場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像。否則,返回相應的出錯提示。
三、結束語(yǔ)
本文通過(guò)將Wi-Fi標準和ARM芯片結合起來(lái),形成一個(gè)以ARM芯片為載體,Wi-Fi標準為傳輸標準的一個(gè)家用無(wú)線(xiàn)智能門(mén)鈴系統,本系統集門(mén)鈴、監控、報警等功能于一身,具有很強的實(shí)用性能,也為以后家庭建立局域網(wǎng)做一個(gè)示范。在以后的應用中,不僅僅是家庭中的門(mén)鈴系統,其他一切智能家電產(chǎn)品都可以納入到這個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中,因此具有良好的擴充性能。另外,由于Wi-Fi標準的實(shí)用性和ARM系統的穩定性,本文中論述的系統還可以應用于商場(chǎng)、公共汽車(chē)等公共場(chǎng)合和交通工具中,成為以后公共局域網(wǎng)和移動(dòng)局域網(wǎng)的一個(gè)發(fā)展方向。
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