摘 要本文以树莓派为载体进行智能家居控制器的设计。在对现在三种市面上的网络电视的比较中引出毕设的主角树莓派。首先是LINUX系统常识性的介绍；然后是在ARM/LINUX平台上面开发应用的两种方法：调用系统已有资源、做程序（C经典法、PYTHON快捷法）；然后通过简单的对于GPIO口的使用（点亮LED），建立家庭无线局域网和网络电视的配置展示了本地应用的种种可能；随后简略介绍了基本网络协议（TCP/IP），并在此基础上比较了五种不同服务器的优缺点，并将我们的服务器暴露给外部网络，介绍了实现远程视频监控的两种方法与其比较；最后是软件源的建立与其意义。在结论中详细罗列了自己对于整个平台的总体认识。关键字：智能家居；树莓派；Arm ；LinuxAbstractThe whole work of my graduation project is related to Raspberry Pi , an Arm & Linux development platform . As an introduction , the first two chapters show out some methods of smart home application development on this platform and the capability of Raspberry Pi by ticking the GPIO ports and setting up a home-scale local wireless network. Then a briefly description of several primary internet protocol ,comparing 5 different ways of web-server building , putting forward web-server to the outside world .Finally , my judgment about the entire development platform .Keywords :：Smart Home；Raspberry Pi；Arm；Linux / 目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题背景、目的和意义11.1.1课题背景11.1.2课题目的21.1.3课题意义21.2智能家居发展现状21.3主要研究容与容安排3第2章 控制器平台介绍42.1设计平台的软硬件介绍42.2 设计方法82.3 设计功能12第3章 本地应用设计133.1 GPIO引脚控制133.2无线路由器的实现143.3 网络电视的配置17第4章 网络应用设计184.1 树莓派网络连接184.2 服务器和Pagekite204.3 Webiopi配置214.4 Motion的配置22第5章 软件源的制作24结 论26致 28参考文献29附 录30第1章 绪论1.1 课题背景、目的和意义1.1.1课题背景首先从我的亲身经历说起。今年4月，考研复试结束之后始耐心做毕业设计，某一天卢老师找我去给他家安装无线路由器。学校网络比校外网络收费高，许多用户转而使用学校外面的电信网络。另外家庭网络终端，如笔记本电脑、上网本、平板电脑、智能手机，逐渐增多，如何能够让多个终端同时接入网络是一个问题。校方或者说网络中心，引进了新的校园网客户端，正是为了鼓励大家建立家庭无线局域网，解决多终端上网问题。那天在他家安装TP-LINK无线路由器很简单的建立起了家庭无线网。不足之处是：新的校园网客户端要求必须有一个上网终端连接TP-LINK并始终运行认证程序，其他网络终端才可以分享无线网。卢老师家的台式电脑从此以后365天24小时开着，费电不说，像这种家庭用普通台式机持续运行几个月恐怕就要瘫痪了。后来在树莓派官方论坛上看到了几篇关于树莓派连接无线网络的帖子，给了我不少启发。树莓派完全可以将上述台式机客户端认证和TP-LINK无线路由器的功能和二为一。后文有关于实现过程的详细介绍，尽管没有什么技术含量，的确显示出树莓派或者嵌入式系统在智能家居方面是可以有所作为的。另外一件事情是有关三网合一、网络电视机顶盒。下面是三则广告：小米高清互联网电视盒299元（、三地市销售进行中）；PPTV5月18日零点开放800台工程版PPBOX的网络预售，价格仅为199元；乐视盒子C1S再次改变你的电视。自己曾经试着在树莓上面安装XBMC实现了网络电视的功能，树莓派又可以添加一个功能。还有一件我曾经有切身感受的事情，在我上初中三级的一个下午，奶奶在家突法心肌梗塞，当时她的身边只有刚上幼儿园的小弟，小弟惊慌失措，不知该如何是好。等到其他家庭成员发现情况，着手施救时，为时已晚。如果当时她身边有人能帮一把，或者与时的告知家里的其他成员，也许奶奶还有机会看看曾。你或者你周围的人总是会有家庭财务失窃的经历。主人不在，紧闭的安全门形同虚设，不良分子乘虚而入对我们的个人隐私甚至家庭财产造成损害。其时若能有一个忠诚的管家为我们与时的侦测到不法分子的侵入，通知主人，或者求助于公安民警，便可以与时的避免损失。另一方面，许多人的智能手机都已经更换了好几部。看那所谓的智能手机，配置动则1GHZ主频的处理器，1GB的存，等等之类硬件配置何其出众。而现在就是这样一个小小的板子，700HZ主频512MB存，已经显示出巨大的潜能。那么是否可以通过某种方式把智能手机的潜能也发挥出来呢？在传统的上网聊天，拍照玩游戏之外是否也是可以有所作为的呢？1.1.2课题目的本文所要实现的功能，在市面上都已经有成型的产品。我所做的是要把几个有关智能家庭应用的独立功能同时在一块板子上面实现，并试着扩展自己的功能。在这个过程中，为其他人学习ARM/LINUX开发，或者说在树莓派上面的开发厘清一条道路。同时尝试扩展智能手机的功能。1.1.3课题意义本文并没有多少前瞻性的东西，所提到的智能家居的各个方面市面上都已经有了成型的产品。自己感觉比较有意义的是：为我们学校家属区建立家庭无线网提供了一点参考；为测控专业相关课程的开展和自动化协会的发展建立一个坚固的基础；为开源/自由软件的事业做出了一点个人贡献，这个是最重要的。1.2智能家居发展现状从个人生活经历来看，智能家居还是一个遥远的词汇，大多数老百姓还没有接触到这些东西。不知道是价格的原因，亦或现在的智能家居还只概念炒作，行业的大方向此处不做过多评论。现仅就上面提到的乐视、小米、PPTV不过一年左右时间连续发布的价位功能相近的三款扩展普通电视为网络电视的数字机顶盒做一下简单介绍和比较：首先是小米盒子，高清互联网电视，迄今为止小米手机最发烧友的配件，硬件价格299元，视频来源为央视正版授权高清容，标配遥控器或者小米手机来控制控，体积类似于大屏智能手机，HDMI接口；Coretex-A9处理器，主频800MHZ，存1G 、H.264、VC-1、WMV-HD、MPEG1/2/4最大至1080p30帧/秒，10/100M自适应RJ45接口， Micro-USB接口；其次是PPBOX，1GHZ主频处理器、1GB存、4G闪存，支持DLNA和Airplay多屏互动，售价299元，HDMI接口、wifi、蓝牙、3.5mm音频输出；最后是乐视盒子，硬件免费，容收费；乐视网TV版12个月服务费价格490元，6个月服务费价格290元。CORETEX-A9架构双核1.5G处理器，无线连接功能，并其集成无线路由器功能，流畅播放1080P高清电影，容来源乐视网正版资源。无论从硬件还是容资源的角度来看，乐视盒子都更胜一筹，费用自然也是最高的。我想网络电视的本质还是电视，或者说视频容，如果让我为家里面配备一台这样的设备的话，肯定是要以容为主要考虑。所以尽管价格高一些，我还是会选择乐视盒子。虽然安装XBMC的树莓派硬件功能不比这三者差，但是没有容资源的支持就是无源之水，没有实用价值。从另外一个角度来说，如此的价格去电影院看电影会有更好些的试听享受，并且对普通家庭用户而言肥皂剧和新闻联播也是要看的，大家的需求未必就是每天欧美大片，这样乐视的优势就不会那么明显了。1.3主要研究容与容安排本文首先介绍了树莓派开发平台的软硬件资源以与在ARM/LINUX平台开发应用的一般方法，提出我将要实现的功能（第二章）；然后是智能家居控制器本地开发（第三章）和网络开发（第四章），最后是树莓派软件源的制作和善后工作（第五章）。第2章 控制器平台介绍树莓派是英国树莓派基金会推出的一款旨在推动学校计算机科学教育的信用卡大小的单板电脑。由于其强大的计算能力，丰富的外部扩展和低廉的价格而被选作本毕业设计的开发平台。2.1设计平台的软硬件介绍下面是树莓派宏观接口图：图2-1：树莓派B型板的宏观结构图树莓派就相当于是一块计算机主板。居于长方形板面中心的是一块BCM2835片上系统，其上包括了一个ARM1176JZF-S 700MHZ 的处理器（可以超频至1GHZ），和一块VideoCore IV GPU , 还有 512M RAM（A型板存为256M）。板子上面没有置的长期存储设备，但是提供一个SD插槽，用户可以将自己的SD卡插入作为硬盘使用。SD插槽的旁边是一个Micro-USB电源插孔，由此引入5V的电源，也可以通过GPIO接口的2号（VCC）和3号（GND）引脚提供5V电源。在SD插槽的另一边是26针的扩展接口，其中2脚可以接入或给出5V电源，1脚给出3.3V电源，第12脚可以提供PWM，另外包括一组UART，一组SPI，一组I2C，8个GPIO引脚。扩展接口还算丰富。两种视频接口方式。其一是HDMI，HDMI兼容的电视或者显示器可以直接通过这个接口获得输出的视频信号，VGA显示器可以通过HDMI-VGA转换器得到VGA信号。在HDMI相反方向是一个RCA接口，可以输出模拟视频信号供旧式电视使用。非常显眼的可以看到叠在一起的两个USB接口（A型板只有一个USB接口），可以用来连接鼠标和键盘，总是会遇到USB接口不够用的时候，这是就需要我们通过USB-HUB来进行扩展。在USB接口旁边是10/100 M 以太网接口，作用不言自明。另外有三个不长用的外设。一是，USB口和RCA接口之间的音响/测试接口；二是，板上面的类似于扩展接口的JTAG接口；三是，TFT触摸屏接口。核心芯片BCM2835：高清嵌入式多媒体应用处理器BCM2835是一种低成本，全高清多媒体应用处理器，适用于需要高品质多媒体性能的移动和嵌入式应用设备。产品设计充分考虑了电池使用效率，并进行了相关优化。BCM2835使用博通公司的第四代VideoCore技术来使能应用程序中的各种图像、视频处理。*低功耗ARM1176JZ-F 应用处理器*双核第四代VideoCore多媒体协同处理器*1080P30帧每秒全高清视编码/解码*高性能视频输出。1080P60帧每秒持续高分辨率LCD、HDMI输出*低功耗，高性能OpenGL-ES1.1/2.0VideoCoreGPU*先进的图像传感器流水线（ISP）长达20万像素的摄像头高达220万 像素每秒下面是该芯片的部结构图：图2-2 BCM2835部结构图总的来说，树莓派板子的外部接口还算丰富，处理器、存储设备不够强大。但因其低廉的价格（B型板35美元，A型板25美元），在8051单片机和个人电脑之间为我们提供了一个理想的嵌入式开发平台。软件方面，毫无疑问选择GNU/LINUX平台。做为开源软件平台，GNU/LINUX给予用户以免费或者较低的价格