基于Linux/Qt的智能家居系统设计
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2020-08-31
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基于基于Linux/Qt的智能家居系统设计的智能家居系统设计
针对智能家居的特点及应用背景，设计了一种家庭多功能控制系统。该系统采用飞思卡尔公司ARM Cortex A8
系列的i.MX51处理器作为MCU，在其上移植嵌入式Linux作为软件开发平台，并利用Qt相关技术为基础设计友好
的用户界面，实现了ARM板的各功能模块与服务器端的交互。系统同时具备数字可视对讲、信息收发、家电控
制、安防报警、家庭娱乐等功能。
1 系统的架构和功能系统的架构和功能
家庭智能控制系统主要由室内分机、单元门口机、小区围墙机、管理中心终端机、管理中心服务器以及附件组成。系统采用分
布式网络结构，可以根据住户数量对系统的容量进行扩充。
（1）室内机是用户在室内进行操作的主要平台，其功能组成为：可视对讲、信息服务、家电控制、安防报警、家庭娱乐等。
可视对讲模块主要实现双向可视通话、视频监控、留言/留影、开锁等功能；信息服务模块主要用来收发物业信息和小区广
播，支持文本、图片形式，并实现与可视对讲模块的影音共享；家电控制模块包括对灯光、窗帘、空调、电梯等设施的无线控
制，并预设了情境模式；安防报警模块支持对烟感、门磁、煤气泄漏检测等的自动报警，并可通过GPRS/3G技术将报警信息
传送到用户手机上；家庭娱乐模块支持常见格式的音视频文件的播放（主要依靠硬件解码）以及对常见格式的图片的浏览（电
子相框）。
（2）单元门口机的主要功能是完成与所在单元楼的任意住户以及管理中心机的可视通话，除了具备留言/留影功能外，还提供
触摸屏校准、背光调节、密码设置等功能。
（3）围墙机的基本功能和单元门口机类似，但可视对讲、留言/留影功能是针对小区内所有住户的。
（4）中心机是整个系统的神经中枢，管理人员通过管理中心的控制设备管理各子系统的终端，其功能包括：可视对讲、视频
监控、查看报警信息、排除设备故障、信息服务、系统设置、远程管理等。
2 系统的实现方案系统的实现方案
2.1 Qt的信号的信号/槽机制槽机制
Qt是一个跨平台的C++应用程序框架，完全面向对象、易于扩展且允许真正的组件编程。Qt的C++类库封装了适应不同操作系
统的访问细节，这使得它能够快速地部署于各种桌面与嵌入式系统中［1］。
信号/槽机制是 Qt 的核心特性，这种机制真正实现了消息的封装，完全可以取代原始的回调和消息机制。信号和槽的连接通过
connect（）函数完成，connect（）函数是QObject类中的静态函数，其函数原型如下：
Bool QObject：：connect（const QObject* sender，
const char*signal，const QObject* receiver，const char* member）
其中，sender和receiver是指向QObject的指针，signal和slot是不带有参数的函数名。
2.2 基于基于XML格式的格式的Socket多线程通信多线程通信
Linux中的网络编程主要通过Socket接口实现，在Qt环境里，对Socket进行了封装，并建立了相应的QTcpSocket类来实现
TCP客户端和服务器的通信。QTcpSocket继承了QIODevice，所以QTcpSocket可以使用QDataStream进行数据的读取和写
入。
可扩展标记语言XML（eXtensible Markup Language）是一种用于数据交换和数据存储的多用途文本格式。对于XML格式的
数据，Qt中的QtXml模块提供了DOM和SAX两种处理方式。本文采用的DOM方式把XML文档转换成一个可以遍历的树形结
构，这样便可以随意访问其中的节点，因此要明显简洁得多。
室内机和中心机之间的通信采用多线程方式实现。多线程方式具有降低内存、提高程序响应速度等优点，特别适用于嵌入系
统。系统中建立了三个主线程：（1）GUI线程：用于执行main（）主函数，响应用户的界面操作；（2）tcpServer侦听线
程：用于对指定端口进行监听；（3）tcpSocket传输线程：负责消息的接收和回复。下面以用户主动更新小区广播为例详细说
明Socket通信的流程：（1）室内机首先启动一个线程，将用户的更新请求结构转化成标准的XML格式（如果是新设备第一次
开机，要先手动进行IP的设置），（2）调用connectToHost（）函数请求与中心机建立连接，处于监听状态的中心机接到请
求后，就会分配一个Socket套接字来处理连接：首先根据解析出来的XML的Type节点判断请求类型，如果是纯文本则从数据
库的Text表读取，如果是图片则从硬盘读取，然后调用QIODevice：：write（）函数发送；（3）室内机接到应答信号
readyRead（）后就开始进行信息的收取，根据消息的Type节点类型分别写入数据库和硬盘。Socket多线程通信流程如图1所
示。
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