基于LAMP架设的信息家庭网络系统

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摘 要：分析了将LAMP架设的网络系统应用到智能家居的可行性.给出了采用嵌入式ARM9微处理器作为主控制器,并结合硬件,提出了指令集思路,同时给出了智能家居系统的硬件和软件设计方案,并提供了关键程序流程图.最后探讨了系统的安全措施.

关 键 词 ：LAMP；智能家居；网络系统；ARM

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302(2011)08-0050-03

随着电子技术、通信技术及网络技术的发展,人们对家居环境的要求不断提高,对家用设备控制的灵活性以及对外部信息获取的方便性也提出了更高的要求.随着IPv6的诞生,信息家庭的实现成为可能.目前, 国内许多从事智能家居行业的公司都正在做知识储备, 关于信息家庭的研究方兴未艾.

从现在的技术水平来看,做到理想的智能家电还有一定的距离,但总体趋势是网络化、智能化、人性化、节能环保、一体化、规范化、标准化、成本低廉化\[1\].其中网络化,就是将智能家居连接上Inter,从软件的角度来讲,就要建立网络系统.随着开源时代的大势所趋,LAMP(Linux操作系统+Apache服务器+MySQL数据库管理+PHP开发语言)正在蓬勃发展,已经与.NET和J2EE形成三足鼎立之势\[2\].相对于学校科研,LAMP具有开源软件成本低廉,安全稳定,对硬件要求低,易于维护,不涉及版权问题等优势.可见,通过LAMP架设网络系统,应用在智能家居领域,以实现无线远程监控,在技术方面不但具有可行性,而且具有较好的市场应用前景.

1.总体硬件设计

家庭信息系统主要有处理器模块,传感器模块,网络模块三大部分.处理器模块主要负责信息指令的解析和发送,以及任务协调管理；传感器模块主要用于对家居信息状态的感知,并将其解析成特定的码发送给处理器；网络模块主要负责把家电信息,指令信息整合到网络上并建立网站,以提供显示状态和家电设置,从而实现系统与用户之间的数据或指令传输.其总体结构如图1所示.根据上述总体设计思路所设计的硬件架构如图2所示.

1.1 ARM微处理器

本系统选用三星公司的S3C2410芯片作为CPU.这是一款基于ARM920T内核的16/32位RISC 嵌入式微处理器\[3\],主要面向手持设备及高性价比、低功耗的应用,运行频率可达203 MHz.采用ARM 处理器可避免传统单片机资源有限、运行速率慢、难以运行操作系统和实现多任务调度等不足.

S3C2410集成了包括存储器接口、USB主从接口、三个RS 232接口、A/D转换器、JTAG接口、LCD接口等,利用其高集成度丰富的硬件资源,可简化设备的连接,从而提高系统的安全性和稳定性.S3C2410内部集成有一个10位的A/D转换器,该A/D转换器具有8个模拟输入通道, 转换速度最大可达500 kB/s,完全能满足系统外接温度传感器、湿度传感器和触摸屏等需求.系统与电视、空调、电灯等信息家电采用RS 485总线相连接.

1.2 网卡DM9000

DM9000是完全集成和符合成本效益的单芯片快速以太网MAC控制器.它有一个一般接口、一个10/100 M的自适应PHY和4 K DWORD值的SRAM.

DM9000还提供有介质无关的接口,可连接所有提供支持介质无关接口功能的家用线网络设备或其他收发器.该DM9000支持8位、 16位和32位接口访问的内部存储器,故可以支持不同的处理器.DM9000物理协议层接口完全支持使用10 MB/s下的3类、4类、5类非屏蔽双绞线和100 MB/s下5类非屏蔽双绞线.这是完全符合IEEE 802.3u规格线型.它的自动协调功能将自动完成配置以最大限度地适合其线路带宽,同时还支持IEEE 802.3x全双工流量控制.这个工作里面,DM9000是非常简单的,所以用户可以容易地移植任何系统下的端口驱动程序.

1.3 其他硬件

为方便开发和调试,设计UART和JTAG,为了满足程序运行和数据存储需要,在512 MB SDRAM的基础上增加了4 MB的NOR FLASH,当然,为了方便人机交互,也可以增加触摸屏.

2.软件架构

本系统软件主要包括引导加载程序Bootloader、操作系统、文件系统和用户应用程序\[5\]四部分.本文从用户程序方面提出了基于LAMP架构的Web网络模型,其结构如图3所示.

2.1 关键流程

对网络化的家电进行操作,首先,从安全的角度来讲,客户端必须在登录页面中输入用户名和才能进入控制界面,因此,首先要设计login程序,对客户端以表单的形式发送的信息进行处理,并由服务器将处理结果返回.

由于家庭中的家电设备是多样的,因此,要完成家电网络化,就需要针对每一类家电设置合理的控制方式,因此,需要列出家电列表,生成列表页面.

当客户端在主界面上选择了具体的家电后,还要有负责解析该家电设备的处理程序,然后才能生成控制选项列表,查询此家电的当前状态,并送出控制命令.

接下来应解析家电的网络配置文件,显示当前的网络配置信息,并将用户的改动存入网络配置文件中.

最后在客户端清除本次登录信息,还要设计logout.

2.2 指令集的制定(获取)

要完成家庭信息化,实现家电网络化控制,就要建立一套相应的控制规则,这些控制命令既要有基本的操作功能,还要使其具备网络的特征,符合大多数人们的功能需求.

本报告设计的控制系统中,用户对家电的操作主要有查询和控制两种.用户通过登录家电网络控制系统主页,选择设备列表页面中相应的网络家电,在控制页面上对家电进行相关操作,应可以将控制命令或查询命令提交给服务器,相应的CGI会在服务器端被执行,同时PHP程序调用串口驱动,并对串口进行初始化,以确定发送和接收数据采用的波特率、数据格式以及传送的数据内容,再根据串口通信协议确定进行何种操作,并向家电发送相应的控制命令.家电执行完命令后,会向服务器返回执行结果,并把结果以网页形式发送至客户端浏览器.

而在现有的家电中,指令集都被商家确定,如果没有详细的说明资料,还需要提取.以空调为例,空调遥控系统指令集的提取方法为：

拆开空调遥控器,将示波器探头接上遥控器的发射端口,另外一端接地,然后按键以提取波形.数字化分析处理后,可转换为16进制,其所得即是当前的空调指令集.

2.3 安全措施\[6\]

为保障家庭无线网络的安全,防止入侵检测或控制,通常都需要构建防御系统.本次探索记录了完备的日志,数据的冗余备份,并建立了应用程序防火墙,根据查阅资料和经验.通过下列手段可提升系统安全性：

(1) Apache日志

利用Web 服务器日志可以用来进行访问分析、历史安全监察、历史运行状况监控等,因此,管理好日志对网站的意义很大.

(2) 日志分析工具Webalizer

Webalizer 是一个高效且免费的Web服务器日志分析程序.其分析结果以HTML文件格式保存,从而可以很方便地通过Web 服务器进行浏览.

(3) 使用Cacti监控Web服务器

Cacti 是一套基于PHP、MySQL、SNMP 及RRDTool 开发的网络流量监测图形分析工具.它通过snmpget 来获取数据,并使用RRDtool 绘画图形.

2.4 mod_security的使用

mod_security 是一个集入侵检测和防御引擎功能为一体的开源Web 应用程序防火墙,它以Apache Web 服务器的模块方式运行,目标是增强Web 应用程序的安全性,防止Web应用程序受到已知或未知的攻击.

3.结 语

本文基于开源LAMP和嵌入式ARM设计的智能家居网络系统,充分利用了LAMP开源软件的资源,不仅能实现未来家庭对智能家居的要求,还能保证网络系统的安全和稳定性.本系统具有操作简单、运行成本低、稳定等特点,具有一定的实际应用价值.

参 考 文 献

［1］张鸿恺,伍超.智能家居及其发展研究\[J\].黑龙江信息科技,2008(32):266.

［2］LUPA,陈胤.LAMP系统工程师实用教程\[M\].北京:科学出版社,2008.

［3］Samsung. S3C2410 user′s Manual Revision 1.0 \[M\]. Korea: Samsung, 2002.

［4］DM9000 hanndbook of di.

［5］潘巨龙.ARM9嵌入式Linux系统构建与应用\[M\].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

［6］刘宇栋,杨帆.基于LAMP架构的Web服务安全优化方案\[J\].应用安全,2008(4):52.