摘 要： 為了實(shí)現(xiàn)智能安防系統(tǒng)人機(jī)界面的友好性和提高人機(jī)交互效率，采用三星S3C6410為核心的硬件平臺(tái)和以嵌入式Linux系統(tǒng)為核心的軟件平臺(tái)，并在此基礎(chǔ)上使用開放源代碼的圖形界面庫(kù)Qt和處理視頻模塊的Linphone庫(kù)，開發(fā)了智能安防系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)。經(jīng)測(cè)試，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并在跨平臺(tái)性、可擴(kuò)展性等方面得到了顯著提高。
關(guān)鍵詞： Linux；Qt；Linphone；家居安防系統(tǒng)
電子信息技術(shù)、集成電路技術(shù)、通信技術(shù)、軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了一系列現(xiàn)有電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代。家居安防系統(tǒng)終端由最簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊按鍵到集成模塊的出現(xiàn)，由普通的液晶顯示到觸摸顯示的實(shí)現(xiàn)，極大地方便了用戶的使用。在當(dāng)前的安防系統(tǒng)中，為了使用戶更好地實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的交互，達(dá)到系統(tǒng)控制的現(xiàn)代化、智能化、人性化，需要一個(gè)操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、占用資源少的人機(jī)交互界面。
從20世紀(jì)90年代開始，嵌入式系統(tǒng)就開始引入圖形化的用戶設(shè)計(jì)系統(tǒng)。目前在嵌入式界面設(shè)計(jì)中，比較流行的有MiniGUI[1]、Qt\Embedded[2]、OpenGUI[3]等。但相比較而言，Qt[4]是一個(gè)跨平臺(tái)的C++圖形界面應(yīng)用程序框架，它實(shí)際上是一個(gè)類庫(kù)，里面包括了大量的重要類，完全面向?qū)ο螅瑩碛辛己玫臄U(kuò)展性與穩(wěn)定性，并支持模塊化編程。在設(shè)計(jì)界面的過(guò)程中，可以充分利用Qt高度面向?qū)ο蠛湍K化的特征，從繁瑣的X編程中解脫出來(lái)，專注于程序本身的內(nèi)容，這樣使在Linux系統(tǒng)下界面設(shè)計(jì)成為一件非常輕松的事。且現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的4.7版本支持界面設(shè)計(jì)與編寫代碼分開的設(shè)計(jì)模式，可以極大地方便開發(fā)人員設(shè)計(jì)相對(duì)性能更高的界面，大大地提高了開發(fā)周期。更重要的是，這樣的設(shè)計(jì)理念，可以為產(chǎn)品的后期維護(hù)提供極大地保障。
本文基于此提出了在嵌入式Linux系統(tǒng)下，基于Qt和Linphone[5]庫(kù)的安防系統(tǒng)的開發(fā)，其中Qt主要要求設(shè)計(jì)界面簡(jiǎn)單的通信，Linphone主要用來(lái)對(duì)視頻的處理，而把三星S3C6410作為該系統(tǒng)的控件器兼處理器。
1 硬件組成及工作原理
本方案的硬件開發(fā)平臺(tái)主要由終端機(jī)、攝像頭、電話機(jī)、管理中心、大堂主機(jī)、路由器、智能家居模塊、防區(qū)模塊等組成，具體如圖1所示。
其中終端機(jī)采用ARM11架構(gòu)的S3C6410作為處理器，其上的顯示屏采用彩色數(shù)字TFT-LCD，觸摸屏為數(shù)字電阻式，且它們的大小為10寸、分辨率為1 000×600。攝像頭通過(guò)USB接口與終端機(jī)連接，完成視頻圖像的采集，實(shí)現(xiàn)可視功能。電話機(jī)通過(guò)RVVP6X0.5屏蔽線與終端機(jī)連接，完成音頻的采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)講功能；防區(qū)模塊主要獲取用戶比較感興趣的信息，如門禁信息、報(bào)警信息、煙霧信息等；智能家居模塊主要包含燈光、電視、窗簾、電源、煤氣等模塊。最后終端機(jī)通過(guò)交換機(jī)分別與大堂主機(jī)、管理中心連接，前者可以實(shí)現(xiàn)呼叫室內(nèi)終端機(jī)、管理中心、門禁開鎖等功能，后者主要用來(lái)統(tǒng)一管理各終端機(jī)、大堂主機(jī)等。智能家居模塊和防區(qū)模塊是終端機(jī)主要處理的信息模塊，也是終端機(jī)界面將要顯示與交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容，本文分別設(shè)計(jì)了與其連接的無(wú)線接收與有線接收。無(wú)線采用WiFi協(xié)議進(jìn)行連接，有線采用RVV3X0.5屏蔽線進(jìn)行連接。
由于終端機(jī)直接與用戶接觸，它的好壞直接影響到安防系統(tǒng)的接受度，所以本文主要介紹終端機(jī)的界面顯示與通信模塊。
2 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 功能模塊
整個(gè)終端系統(tǒng)的軟件部分如圖2所示，采用3層模型的設(shè)計(jì)思想，主要利用Qt提供的信號(hào)與槽機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，在顯示部分，采用Qt的Model/View[6]模型，它類似于Smalltalk的MCV模型，即數(shù)據(jù)、控制、顯示分開處理。View是Model對(duì)象的屏幕顯示，即用來(lái)顯示數(shù)據(jù)，Model是應(yīng)用程序?qū)ο螅鼘?duì)外部數(shù)據(jù)和View對(duì)象進(jìn)行溝通，引入的Delegate用來(lái)定制數(shù)據(jù)項(xiàng)的渲染和編程。
第1層為主控層：主控層包含1個(gè)主界面。它是一個(gè)管理程序，負(fù)責(zé)對(duì)其他各個(gè)功能部分的管理協(xié)調(diào)以及和外部通信。在主界面，除了包含第2層的功能圖標(biāo)外，還包含時(shí)間顯示功能，方便用戶查看實(shí)時(shí)時(shí)間，另外，還設(shè)計(jì)一個(gè)報(bào)警信息圖標(biāo)，顯示當(dāng)前新產(chǎn)生的防區(qū)信息數(shù)。
第2層為功能層：該層主要有5個(gè)功能界面組成，呼叫、報(bào)警、設(shè)置、門禁和對(duì)講界面。（1）呼叫界面主要用于呼通對(duì)講，除了具有一般的呼叫功能外，還設(shè)計(jì)了群呼的功能，當(dāng)群呼成功后，整幢樓的所有分機(jī)均響鈴；（2）門禁信息界面主要顯示一些與門禁相關(guān)的信息，如刷卡開鎖、無(wú)效刷卡、控制開鎖（分機(jī)或管理機(jī)）等；（3）報(bào)警信息界面，主要用來(lái)顯示一些報(bào)警信息，如報(bào)警時(shí)間、報(bào)警設(shè)備號(hào)、報(bào)警類型等；（4）對(duì)講信息界面，主要用來(lái)顯示一些呼叫相關(guān)的信息，如呼叫時(shí)間、呼叫方、是否接聽等；（5）設(shè)置界面，主要用來(lái)設(shè)置一些與系統(tǒng)的控制顯示信息，具體有7項(xiàng)相關(guān)內(nèi)容。
第3層為細(xì)節(jié)層：該層主要是設(shè)置界面的子界面，主要分為7個(gè)部分，分別是功能設(shè)置、時(shí)間設(shè)置、視頻調(diào)節(jié)、鈴聲設(shè)置、觸摸校準(zhǔn)、鈴聲設(shè)置、密碼設(shè)置，默認(rèn)顯示的是系統(tǒng)功能設(shè)置界面。
2.2 主要模塊設(shè)計(jì)
2.2.1 視頻模塊
視頻模塊主要完成對(duì)視頻的捕獲和對(duì)視頻的播放兩部分功能。
視頻捕獲流程如圖3所示，首先打開攝像頭設(shè)備，然后設(shè)置視頻信道，初始化設(shè)備信息，接著調(diào)用Linphone庫(kù)中的viewCam_start（）開始捕獲視頻，當(dāng)捕獲完成后，關(guān)閉設(shè)備。當(dāng)需要停止捕獲視頻時(shí)，調(diào)用庫(kù)中的viewCam_stop（）來(lái)完成。
視頻的播放主要通過(guò)調(diào)用自定義的Video_Play來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體的流程如圖4所示。首先進(jìn)行相關(guān)變量的初始化，然后調(diào)用Qt庫(kù)中QFile變量avi_file的open（）方法獲取播放文件，接著調(diào)用Linphone庫(kù)中的ms_snd_card_manager_get_card（）初始化播放管理器，然后再分別調(diào)用avi_start（）和avi_set_audio_level（）播放文件和設(shè)置音量。另外，在需要停止的時(shí)候，調(diào)用庫(kù)中的avi_stop（）即可實(shí)現(xiàn)。
2.2.2 通信模塊
該模塊主要接收來(lái)自防區(qū)設(shè)備的實(shí)時(shí)信息。但在Qt中并沒(méi)有特定的串口控制類，現(xiàn)在大部分使用的是第三方寫的QExtserialport類，在此采用Qt提供的線程控制類和其特有的信號(hào)與槽機(jī)制并結(jié)合SELECT[7]機(jī)制來(lái)完成通信功能。
Select機(jī)制可以使進(jìn)程檢測(cè)同時(shí)等待的多個(gè)I/O設(shè)備，當(dāng)沒(méi)有設(shè)備準(zhǔn)備好時(shí)，Select阻塞，其中任一設(shè)備準(zhǔn)備好時(shí)，Select就返回，Select的原型為：
int select（int nfds，
fd_set*readfds，fd_set*writefds，fd_set*exceptfds，
const struct timeval*timeout）
在本系統(tǒng)中，首先調(diào)用Select的FD_SET、FD_CLR和FD_ERROR 3個(gè)宏設(shè)置描述符屏蔽位，然后再調(diào)用Select后，使用FD_ISSET檢測(cè)文件描述符fdset中對(duì)應(yīng)于文件描述符fd的位置是否被設(shè)置。如果被設(shè)置，則開始接收數(shù)據(jù)。
由于數(shù)據(jù)來(lái)自不同的I/O設(shè)備，定義通信協(xié)議如圖5所示。
2.3.2 終端通信測(cè)試
為了測(cè)試通信的運(yùn)行效果，在此輸入如下的報(bào)警命令：f8 0c 07 01 0c 01 0d 06 0a 01 02 39。其中，f8表示接收信息的數(shù)據(jù)頭，0c表示該數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為12字長(zhǎng)，07表示從防區(qū)接收?qǐng)?bào)警信息，01 0c 01 0d 06 0a 01 02表示接收來(lái)自防區(qū)號(hào)為12的分機(jī)1306A向1201的主機(jī)發(fā)出的報(bào)警命令，39表示檢驗(yàn)碼。最后的效果圖如圖8所示，即表示終端接收到了一條報(bào)警信息。
本文針對(duì)當(dāng)前安防系統(tǒng)中界面人機(jī)互動(dòng)的需要，設(shè)計(jì)了嵌入式硬件平臺(tái)，并利用目前比較流行的Qt庫(kù)設(shè)計(jì)了界面，在此基礎(chǔ)上，采用Select通信機(jī)制實(shí)現(xiàn)了串口數(shù)據(jù)通信，采用第三方庫(kù)Linphone實(shí)現(xiàn)了視頻模塊的開發(fā)。該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)用戶的界面需要、節(jié)省系統(tǒng)開發(fā)周期、提高系統(tǒng)可維護(hù)性、界面友好性、可移植性等方面，與傳統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)方法相比，都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。并對(duì)在嵌入式Linux系統(tǒng)下使用Qt/Embedded開發(fā)其他嵌入式GUI程序具有一定的指導(dǎo)意義。
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