摘 要： 为了实现智能安防系统人机界面的友好性和提高人机交互效率，采用三星S3C6410为核心的硬件平台和以嵌入式Linux系统为核心的软件平台，并在此基础上使用开放源代码的图形界面库Qt和处理视频模块的Linphone库，开发了智能安防系统的应用系统。经测试，基本上达到了设计要求，并在跨平台性、可扩展性等方面得到了显著提高。
关键词： Linux；Qt；Linphone；家居安防系统
电子信息技术、集成电路技术、通信技术、软件开发技术的发展，带动了一系列现有电子产品的更新换代。家居安防系统终端由最简单的点击按键到集成模块的出现，由普通的液晶显示到触摸显示的实现，极大地方便了用户的使用。在当前的安防系统中，为了使用户更好地实现与系统的交互，达到系统控制的现代化、智能化、人性化，需要一个操作简单、运行可靠、占用资源少的人机交互界面。
从20世纪90年代开始，嵌入式系统就开始引入图形化的用户设计系统。目前在嵌入式界面设计中，比较流行的有MiniGUI[1]、Qt\Embedded[2]、OpenGUI[3]等。但相比较而言，Qt[4]是一个跨平台的C++图形界面应用程序框架，它实际上是一个类库，里面包括了大量的重要类，完全面向对象，拥有良好的扩展性与稳定性，并支持模块化编程。在设计界面的过程中，可以充分利用Qt高度面向对象和模块化的特征，从繁琐的X编程中解脱出来，专注于程序本身的内容，这样使在Linux系统下界面设计成为一件非常轻松的事。且现在广泛应用的4.7版本支持界面设计与编写代码分开的设计模式，可以极大地方便开发人员设计相对性能更高的界面，大大地提高了开发周期。更重要的是，这样的设计理念，可以为产品的后期维护提供极大地保障。
本文基于此提出了在嵌入式Linux系统下，基于Qt和Linphone[5]库的安防系统的开发，其中Qt主要要求设计界面简单的通信，Linphone主要用来对视频的处理，而把三星S3C6410作为该系统的控件器兼处理器。
1 硬件组成及工作原理
本方案的硬件开发平台主要由终端机、摄像头、电话机、管理中心、大堂主机、路由器、智能家居模块、防区模块等组成，具体如图1所示。
其中终端机采用ARM11架构的S3C6410作为处理器，其上的显示屏采用彩色数字TFT-LCD，触摸屏为数字电阻式，且它们的大小为10寸、分辨率为1 000×600。摄像头通过USB接口与终端机连接，完成视频图像的采集，实现可视功能。电话机通过RVVP6X0.5屏蔽线与终端机连接，完成音频的采集，实现对讲功能；防区模块主要获取用户比较感兴趣的信息，如门禁信息、报警信息、烟雾信息等；智能家居模块主要包含灯光、电视、窗帘、电源、煤气等模块。最后终端机通过交换机分别与大堂主机、管理中心连接，前者可以实现呼叫室内终端机、管理中心、门禁开锁等功能，后者主要用来统一管理各终端机、大堂主机等。智能家居模块和防区模块是终端机主要处理的信息模块，也是终端机界面将要显示与交互的数据内容，本文分别设计了与其连接的无线接收与有线接收。无线采用WiFi协议进行连接，有线采用RVV3X0.5屏蔽线进行连接。
由于终端机直接与用户接触，它的好坏直接影响到安防系统的接受度，所以本文主要介绍终端机的界面显示与通信模块。
2 软件设计与实现
2.1 功能模块
整个终端系统的软件部分如图2所示，采用3层模型的设计思想，主要利用Qt提供的信号与槽机制来实现，在显示部分，采用Qt的Model/View[6]模型，它类似于Smalltalk的MCV模型，即数据、控制、显示分开处理。View是Model对象的屏幕显示，即用来显示数据，Model是应用程序对象，它对外部数据和View对象进行沟通，引入的Delegate用来定制数据项的渲染和编程。
第1层为主控层：主控层包含1个主界面。它是一个管理程序，负责对其他各个功能部分的管理协调以及和外部通信。在主界面，除了包含第2层的功能图标外，还包含时间显示功能，方便用户查看实时时间，另外，还设计一个报警信息图标，显示当前新产生的防区信息数。
第2层为功能层：该层主要有5个功能界面组成，呼叫、报警、设置、门禁和对讲界面。（1）呼叫界面主要用于呼通对讲，除了具有一般的呼叫功能外，还设计了群呼的功能，当群呼成功后，整幢楼的所有分机均响铃；（2）门禁信息界面主要显示一些与门禁相关的信息，如刷卡开锁、无效刷卡、控制开锁（分机或管理机）等；（3）报警信息界面，主要用来显示一些报警信息，如报警时间、报警设备号、报警类型等；（4）对讲信息界面，主要用来显示一些呼叫相关的信息，如呼叫时间、呼叫方、是否接听等；（5）设置界面，主要用来设置一些与系统的控制显示信息，具体有7项相关内容。
第3层为细节层：该层主要是设置界面的子界面，主要分为7个部分，分别是功能设置、时间设置、视频调节、铃声设置、触摸校准、铃声设置、密码设置，默认显示的是系统功能设置界面。
2.2 主要模块设计
2.2.1 视频模块
视频模块主要完成对视频的捕获和对视频的播放两部分功能。
视频捕获流程如图3所示，首先打开摄像头设备，然后设置视频信道，初始化设备信息，接着调用Linphone库中的viewCam_start（）开始捕获视频，当捕获完成后，关闭设备。当需要停止捕获视频时，调用库中的viewCam_stop（）来完成。
视频的播放主要通过调用自定义的Video_Play来实现，具体的流程如图4所示。首先进行相关变量的初始化，然后调用Qt库中QFile变量avi_file的open（）方法获取播放文件，接着调用Linphone库中的ms_snd_card_manager_get_card（）初始化播放管理器，然后再分别调用avi_start（）和avi_set_audio_level（）播放文件和设置音量。另外，在需要停止的时候，调用库中的avi_stop（）即可实现。
2.2.2 通信模块
该模块主要接收来自防区设备的实时信息。但在Qt中并没有特定的串口控制类，现在大部分使用的是第三方写的QExtserialport类，在此采用Qt提供的线程控制类和其特有的信号与槽机制并结合SELECT[7]机制来完成通信功能。
Select机制可以使进程检测同时等待的多个I/O设备，当没有设备准备好时，Select阻塞，其中任一设备准备好时，Select就返回，Select的原型为：
int select（int nfds，
fd_set*readfds，fd_set*writefds，fd_set*exceptfds，
const struct timeval*timeout）
在本系统中，首先调用Select的FD_SET、FD_CLR和FD_ERROR 3个宏设置描述符屏蔽位，然后再调用Select后，使用FD_ISSET检测文件描述符fdset中对应于文件描述符fd的位置是否被设置。如果被设置，则开始接收数据。
由于数据来自不同的I/O设备，定义通信协议如图5所示。
2.3.2 终端通信测试
为了测试通信的运行效果，在此输入如下的报警命令：f8 0c 07 01 0c 01 0d 06 0a 01 02 39。其中，f8表示接收信息的数据头，0c表示该数据的长度为12字长，07表示从防区接收报警信息，01 0c 01 0d 06 0a 01 02表示接收来自防区号为12的分机1306A向1201的主机发出的报警命令，39表示检验码。最后的效果图如图8所示，即表示终端接收到了一条报警信息。
本文针对当前安防系统中界面人机互动的需要，设计了嵌入式硬件平台，并利用目前比较流行的Qt库设计了界面，在此基础上，采用Select通信机制实现了串口数据通信，采用第三方库Linphone实现了视频模块的开发。该系统在实现用户的界面需要、节省系统开发周期、提高系统可维护性、界面友好性、可移植性等方面，与传统的界面设计方法相比，都具有明显的优势。并对在嵌入式Linux系统下使用Qt/Embedded开发其他嵌入式GUI程序具有一定的指导意义。
参考文献
[1] 安成锦，孙茂阳.基于嵌入式Linux系统的MiniGUI图形界面开发[J].现代电子技术，2005（20）：108-110，113.
[2] 于帮伟，邓华秋.基于Qt/Embedded的嵌入式数字监控系统控制界面的实现[J].电视技术，2011，35（24）：25-28.
[3] 赵辛晨，吴仲光.基于Qt/Embedded的数码一体化图形界面设计与实现[J].微型机与应用，2011，30（7）：9-12，15.
[4] 闫锋欣，曾泉人.C++ GUI Qt4编程[M].第2版.北京：电子工业出版社，2012.
[5] 叶林辉.张春红.基于嵌入式平台SIP终端的设计与实现[J].测控技术，2006（25）：361-364.
[6] 蔡志明，卢传富.精通Qt4编程[M].第2版.北京：电子工业出版社，2011.
[7] 李梅.嵌入式Linux下的串口通信程序设计[J].可编程控制器与工厂自动化，2009（10）：68-71.