基于android的智能家居监控系统的设计与实现硕论3万字

1、西安电子科技大学硕士学位论文基于android的智能家居监控系统的设计与实Supervisor: ZHANG LIANG Title: Professor摘要 VIII摘要 上世纪八十年代，美国首先提出了智能家居的概念，随着人们生活水平的提高，智能家居的概念得到了广泛的关注及研究。最近几年，随着物联网技术和通信网络技术的同步发展，家居智能化成为未来家电发展的一个必然趋势，另外智能手机的繁荣和普及推动了人们工作的信息化，改变了人们的生活和娱乐方式，如今智能家居系统的控制终端往往在智能手机平台上实现。目前智能家居系统经在发展中面临的主要问题有:系统在用户的身份安全认证方面欠缺，不同厂家的系统无线通

2、信方式繁杂，智能电器的售价不菲等。 以居住点为平台的智能家居，通过网络连接技术、通信技术、视频音频输出技术等将居家生活中的电器设备进行集成，满足了家庭事务高效化的实现。因此，本课题以Android操作系统为开发平台，在经过前期对市场调查的基础上，设计并实现了一整套基于Android的智能家居服务系统的解决方案，并完成了该客户端的设计、实现以及测试工作。主要工作包括：（1）第一章为绪论，简要介绍了整个项目的背景是为了改变人们的生活和娱乐方式，为人们的起居生活提供便利，并且论述了该课题研究的意义和目的，以及国内外现状。（2）第二章重点介绍了Android平台的特性，架构，以及Android系统提供

3、应用服务和如何制作用户体验性较好的用户界面。同时为了体现出本系统的特色，也对语音识别技术作了简要阐述。（3）第三章对智能家居系统进行了功能需求分析和非功能性能需求分析，同时为了便于读者的理解，列举了系统主要用例为使系统更好的满足用户的需求和符合设计的逻辑，对系统的设计原则进行了介绍，最终提出了一个简单、实惠的智能家居系统控制方案，并对系统的设计需求与系统的整体框架进行了构思与分析。（4）第四章详细描述了整个系统的结构设计。对智能家居监控系统的模块设计实现进行了分析总结。（5）在文章的第五章节中阐述了智能家居系统具体的实施，经过测试，达到需求分析的要求。最后，作者依据测试得出的错误信息进行了系统

4、优化。实现了智能家居服务系统的远程控制功能，整个系统性能基本符合预期目标，具有较高的实用价值;同时，对将来的工作做了探讨和展望。关 键 词：Android， 智能家居， ZigbeeABSTRACTABSTRACTIn the 80s of last century, the concept of smart home was firstly put forward in the United States. With the improvement of peoples living standard, the concept of smart home has attracted exte

5、nsive attention and research. In recent years, with the development of networking technology and network communication technology, Home Furnishing intelligent has become an inevitable trend of future development of household appliances, intelligent mobile phone and prosperity of the people and promo

6、te the popularization of information technology work, has changed the way of peoples life and entertainment, such as the intelligent control terminal Home Furnishing system often in intelligent mobile phone based on the platform of. At present, the main problems in the development of smart home syst

7、em are as follows: the system lacks in the users identity and security authentication, the wireless communication methods of different manufacturers are complicated, and the price of smart appliances is not high. The smart home, which is based on residential place, integrates the electrical equipmen

8、t in home life through the network connection technology, communication technology, video and audio output technology, and satisfies the high efficiency of the family affairs. Therefore, this paper takes Android operating system as the development platform, in the early stage of market on the basis

9、of the investigation, design and implement a set of solutions Home Furnishing intelligent service system based on Android, and completed the design and implementation of the client and testing work. Main tasks include: the first chapter is the introduction, briefly introduces the background of the p

10、roject is to change the way of peoples life and entertainment, provide convenience for peoples daily life, and discusses the meaning and purpose of the research, as well as the status quo at home and abroad. the second chapter focuses on the characteristics of the Android platform, architecture, and

11、 the Android system to provide application services and how to make user experience better user interface. At the same time, in order to reflect the characteristics of this system, speech recognition technology is also briefly described. the third chapter analyzes the function demand analysis and th

12、e non functional performance requirements of intelligent Home Furnishing system, at the same time in order to facilitate the readers understanding, the system lists the main use case for the system to better meet the needs of users and meet the design logic, 西安电子科技大学硕士学位论文design principles of the sy

13、stem are introduced, finally proposes an intelligent Home Furnishing the system is simple, cost-effective control scheme, and the design requirements of system and the overall framework for the design and analysis. the structure of the whole system is described in detail in the fourth chapter. The m

14、odule design and implementation of smart home monitoring system are analyzed and summarized. in the fifth chapter of the article elaborated the intelligent home system concrete implementation, through the test, achieves the demand analysis request. Finally, the author makes systematic optimization a

15、ccording to the error information obtained from the test. The remote control function of the intelligent home service system is realized. The performance of the whole system accords with the expected target, and has higher practical value. At the same time, the future work is discussed and prospecte

16、d. Keywords: Android; smart home; Zigbee 插图索引插图索引 HYPERLINK l _Toc6387 图 4.1 智能家居服务系统架构图 HYPERLINK l _Toc16315 图 4.2 系统操作流程图 HYPERLINK l _Toc18759 图 4.3 用户登录时序图 HYPERLINK l _Toc14443 图 4.4 模式控制流程图 HYPERLINK l _Toc30551 图 4.5 客户端包及类图 HYPERLINK l _Toc18045 图 4.6 简要类图 HYPERLINK l _Toc25215 图 4.7 软件结构模块

17、图 HYPERLINK l _Toc10894 图 4.8 用户登录界面布局 HYPERLINK l _Toc5327 图 4.9 家居控制模块 HYPERLINK l _Toc2736 图 4.10 智能照明时序图 HYPERLINK l _Toc22349 图 4.11 恒温恒湿模块 HYPERLINK l _Toc16933 图 4.12 情景模式时序图 HYPERLINK l _Toc15678 图 4.13 系统通讯示意图 HYPERLINK l _Toc20481 图 4.14 数据库E-R图 HYPERLINK l _Toc9921 图 4.15 家居控制系统简图 HYPERLI

18、NK l _Toc25559 图 4-16 用户登录界面 HYPERLINK l _Toc23875 图 4-17 用户登录流程图 HYPERLINK l _Toc16608 图 4-18 用户注册流程图 HYPERLINK l _Toc16536 图 4-18 注册界面 HYPERLINK l _Toc13112 图 4-19 开关模式流程图 HYPERLINK l _Toc29105 图 4.20 开关模式界面 HYPERLINK l _Toc28711 图 4.21 滑动按钮实现流程图 HYPERLINK l _Toc4181 图 4.22 恒温式的接口设计 HYPERLINK l _T

19、oc16784 图 4.23 情景模式的流程图 HYPERLINK l _Toc7676 图5.1 温度测试结果图 HYPERLINK l _Toc16019 图5.2 红外感应测试结果图 HYPERLINK l _Toc6621 图5.3家电控制测试结果图表格索引表格索引TOC f t 题注,1 h HYPERLINK l _Toc29812 表 3.1 智能家具功能性需求表 HYPERLINK l _Toc4227 表3.2 系统非功能性需求表格 HYPERLINK l _Toc2880 表 5.1 家居控制模块测试表 HYPERLINK l _Toc14978 表5.2 通信性能测试表符

20、号对照表 XI XVI符号对照表符号 符号名称ppm 浓度单位 II缩略语对照表 XIII缩略语对照表缩略语 英文全称 中文对照CCA Common Communication Adapter 公用通信适配器UDP User Datagram Protocol 用户数据报协议IM Instant Messaging 即时通讯USB Universal Serial Bus 通用串行总线GPS Global Positioning System 全球定位系统SDK Software Development Kit 软件开发工具包SAP Satellite Automation System 卫星

21、自动控制系统 HYPERLINK /link?url=bKd5Zf81zZ-HMYMJRvxmcO5dowog6_ph6MP8la2dVWE-mJ93Fvo3IAmi52NZokUUbHDUYRLLI6dBmX8FhHi4mq t /_blank UI User Interface 用户界面 HYPERLINK /link?url=-MHenrg3JJF17GVMdtNOS7U1x797kz8V-QgP7KYG43kh-sJTAoUJ4sdbbSQTnVdrXAIofzbTmQaIxq2QMMF2Da t /_blank CMOS Complementary Metal Oxide Semic

22、onductor 互补金属氧化物半导体 HYPERLINK /link?url=jg_eqobXIh8M-pWgkPElyRor9w-Wp7a8VlXdHQtY4cWFXDCRYk7bVOCHPKI32kCvInRzd4b_ydl6eLmTsCw0BqtowcSTwEwkmWCPOErMeom t /_blank E-R图 Entity Relationship Diagram 实体-联系图 II目录 XVII目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc19575 摘要 PAGEREF _Toc19575 I HYPERLINK l _Toc6727 ABSTRACT PA

23、GEREF _Toc6727 III HYPERLINK l _Toc23614 插图索引 PAGEREF _Toc23614 V HYPERLINK l _Toc4628 表格索引 PAGEREF _Toc4628 VII HYPERLINK l _Toc9113 符号对照表 PAGEREF _Toc9113 IX HYPERLINK l _Toc7612 缩略语对照表 PAGEREF _Toc7612 XI HYPERLINK l _Toc14719 目录 PAGEREF _Toc14719 XIII HYPERLINK l _Toc31970 第一章 绪论 PAGEREF _Toc319

24、70 1 HYPERLINK l _Toc3875 1.1 研究背景 HYPERLINK l _Toc8664 1.2 课题研究意义及目的 HYPERLINK l _Toc12609 1.3 国内外研究现状 HYPERLINK l _Toc160 1.3.1 国内研究现状 HYPERLINK l _Toc23844 1.3.2 国外研究现状 HYPERLINK l _Toc23905 1.4 课题研究内容及技术路线 HYPERLINK l _Toc31289 第二章 相关技术介绍 PAGEREF _Toc31289 5 HYPERLINK l _Toc28213 2.1 安卓平台介绍 HYPE

25、RLINK l _Toc2345 2.1.1 安卓平台特性 HYPERLINK l _Toc4167 2.1.2 Android系统架构 HYPERLINK l _Toc31983 第三章 智能家居系统需求分析 PAGEREF _Toc31983 8 HYPERLINK l _Toc21278 3.1 系统实现目标 HYPERLINK l _Toc21899 3.1.1 对用户登录的管理 HYPERLINK l _Toc29448 3.1.2 对家电设备的管理 HYPERLINK l _Toc20787 3.1.3 对家居环境的监测 HYPERLINK l _Toc25595 3.2 功能性需

26、求 HYPERLINK l _Toc28729 3.2.1安卓上位机设计需求 HYPERLINK l _Toc22636 3.2.2 PC上位机设计需求 HYPERLINK l _Toc10497 3.2.3下位机软件设计需求 HYPERLINK l _Toc19430 3.2.4下位机硬件设计需求 HYPERLINK l _Toc21687 3.2.5 系统总体设计框架 HYPERLINK l _Toc6002 3.3 非功能性需求 HYPERLINK l _Toc25256 第四章 系统设计与实现 PAGEREF _Toc25256 15 HYPERLINK l _Toc1540 4.1

27、系统整体结构设计西安电子科技大学硕士学位论文 HYPERLINK l _Toc3943 4.1.1 系统架构设计 HYPERLINK l _Toc20874 4.1.2 系统流程设计 HYPERLINK l _Toc1579 4.1.3 系统客户端设计 HYPERLINK l _Toc30041 4.2 系统软件结构设计 HYPERLINK l _Toc17928 4.2.1 界面设计 HYPERLINK l _Toc26884 4.2.2家居控制设计 HYPERLINK l _Toc12776 4.2.3 系统通讯设计 HYPERLINK l _Toc12001 4.3 数据库设计 HYPE

28、RLINK l _Toc10620 4.4 用户登录模块 HYPERLINK l _Toc15305 4.4.1 界面实现 HYPERLINK l _Toc14967 4.4.2 注册和登录逻辑 HYPERLINK l _Toc10716 4.5 家居控制实现 HYPERLINK l _Toc13518 4.5.1 智能照明 HYPERLINK l _Toc30281 4.5.2 恒温照明 HYPERLINK l _Toc469 4.5.3 情景组合实现 HYPERLINK l _Toc19049 第五章 系统测试 PAGEREF _Toc19049 39 HYPERLINK l _Toc23

29、923 5.1 测试环境介绍 HYPERLINK l _Toc4788 5.2 功能测试 HYPERLINK l _Toc18882 5.2.1 温度监控测试 HYPERLINK l _Toc31318 5.2.2 红外感应报警测试 HYPERLINK l _Toc6352 5.2.3 家电控制测试 HYPERLINK l _Toc22637 5.3 系统稳定性测试 HYPERLINK l _Toc1383 5.4 系统测试分析 HYPERLINK l _Toc17463 第六章 结论与展望 PAGEREF _Toc17463 46 HYPERLINK l _Toc23293 6.1 结论 H

30、YPERLINK l _Toc28604 6.2 展望 HYPERLINK l _Toc28220 参考文献 PAGEREF _Toc28220 47 HYPERLINK l _Toc9397 致谢 PAGEREF _Toc9397 50 HYPERLINK l _Toc29385 作者简介 PAGEREF _Toc29385 52第一章 绪论 第二章 相关技术介绍2.1 安卓平台介绍2.1.1 安卓平台特性随着科技的发展，移动电话（Mobile Phone）正向着智能化的方向迈步，并逐步成为多种工具的功能载体，而安卓就是这样一个智能手机的平台，一个多种工具的功能载体。通信工具移动电话的最基本

31、功能即为通信。因此，使用运用上提供的通信网络进行语音通话也是android平台的最基本功能。除了传统的语音通话功能外，android平台还具有短消息功能，以及通常移动电话都具有的个人信息系统管理方面的功能（电话本等）。网络工具 随着数字业务的使用的普遍化，移动电话通常作为网络工具使用，这样移动电话可以完成电脑的部分功能。由此，android平台在网络方面的功能主要包括浏览器、IM（即时信息）、邮件等，基本包含了网络方面的大部分功能。媒体播放器 随着多媒体技术的应用，在移动电话上进行音频和视频播放已经成为经常使用的功能。由此，android平台具有支持更多的音频/视频格式，支持更好分辨率的视频、

32、更流畅的播放以及和网络结合的流媒体方面等功能。媒体获取设备随着移动电话与媒体获取设备的集成日益增强，android平台提供了照相机、录音机、摄像机等功能。多类型的连接设备 Android平台提供了多种连接方式，如USB、GPS、红外、蓝牙、无线局域网等。具有友好和绚丽的用户界面Android平台具有友好的用户界面，使用户容易学习和操作，同事具有绚丽的用户界面，具有良好的视觉效果。可以个性化定制平台Android平台对于用户的个性化需求，提供了全面自定义一手机的功能。除了以上介绍Android平台的功能以外，其在技术上海具有以下几个方面的特性。全开放只能移动电话平台。支持多硬件平台。第二章 相关

33、技术介绍使用众多的标准化技术。核心技术完整、统一。完善的SDK和文档。完善的辅助开发工具。2.1.2 Android系统架构Android系统从下到上分为四层：Linux内核、Android核心库及Android运行时环境（Android Runtime）、应用程序框架以及应用程序等。Linux内核Android的核心系统服务以来与Linux2.6，例如，安全、内存管理、进程管理、网络堆栈、驱动模型。Linux Kernel也作为硬件和软件之间的抽象层，它隐藏具体硬件细节而为上层提供统一的服务。除了标准的Linux内核意外，Android系统还增加了内核的驱动程序，例如，显示驱动、蓝牙驱动、相

34、机驱动、闪存卡驱动、Binder IPC驱动、输入设备驱动、USB驱动、WIFI启动、音频系统驱动、电源管理等，为Android系统的运行提供基础性支持。这样分层的好处即使使用下层提供的服务而为上层提供统一的服务，屏蔽奔曾以下层的差异，当奔曾以下层发生了变化时，不会影响到上层。也就是说，各层各尽其职，各层提供固定的SAP，即高内聚、低耦合。Android核心库Android包含一个C/C+库的集合，以供Android系统的各个组件使用。这些功能通过Android的应用程序框架查念给开发者。下面列出一些核心库：系统C库由BSD集成衍生的标准C系统函数库（libc），调整为基于嵌入式Linux设备

35、的库。媒体库基于PacketVideo的OpenCORE。这些库支持播放和录制多种流行的音频和视频格式的编码/解码格式，包括MPEG4、H.264、MP3、AAC、AMR、JPG、PNG。界面管理显示子系统的管理器，管理访问显示子系统和无缝组合多个应用程序的二维和三维图形层。LibWebCore新式的Web浏览器引擎，驱动Android浏览器和可嵌入的Web视图。SGLSkia图形库，基本的2D图形引擎。3Dlibraries基于OpenGL ES APls的实现。该库使用硬件3D加速或使用高度优化的3D软加速。FreeType位图（Bitmap）和矢量字体渲染。SQLite所有应用程序都可以

36、使用强大而轻量级的关系数据库引擎。Android运行时环境在Linux内核层上还有一个Android运行时层，该层包括Dalvil虚拟机及Java核心库，提供了Java变成语言核心库的大多数功能。Dalvik虚拟机是Android使用的Java虚拟机。每一个Android应用程序是Dalvik虚拟机中的实例，运行在它们自己的进程中。Dalvik虚拟机设计成在一个设备上2.2 智能家居通信技术 智能家居的基石是整个系统的中控部分，也可以称之为网关，其一端连接着家用电器及一切需要操作的设备，另一端连接着用户。这两端的连接中主要涉及到有线和无线的区别，如果是有线连接，则采用综合布线技术;如果是无线连

37、接，则可以采用网络通信技术，同时还涉及到物联网技术、嵌入式技术等一系列学科的交叉，运用这些技术将用户家居生活相关的设备进行集中管控，提升用户的家居生活质量，形成高效、安全、智能、人文的智能家居服务平台。智能家居控制系统的功能有许多种，但是总的说来，可以归为三类:设备管理、设备通信以及设备安全等;设备管理可以主要有智能照明、窗帘控制、场景组合等功能。这些功能是智能家居最基础的功能，可以满足大多数用户的需求。同时，依据不同的连接方式和特点，目前，主要的连接通信技术有以下几种:RS485、以太网和无线技术等。2.2.1 RS-485总线 传统的串口通讯可以分为两大类:RS-232和RS-485，这两

38、种通讯串行方式均有全双工、半双工的区别。另外两者的相同点还有使用的介质可以均采用5号双绞线或相应的线质进行连接。双绞线具有非常好的优点，其一:便宜，可以大量采用;其二:其传输效率是可以满足智能家居的节点数据传输，可以达到100K/S ;其三，便用方便，采用RS -485串口通讯，在布线时可以采用总线型的结构进行布线，施工方便。另外，需要强调一点的是:RS -485串口通讯在整个协议中仅仅为物理层和链路层的通信标准。2.2.2以太网 以太网技术在上世纪是一种比较流行的布线方式，在21世纪也在大量采用。其主要优点集中于以下几点: 1、传输速率较高，采用好的介质，以太网的传输速率可以达到千兆，如果采

39、用普通的介质，其传输速率也可以达到10M左右。目前通常的传输速率一般可以保持在100M左右，100M的传输速率是足够满足系统需求的。 2、介质普通，以太网的传输介质一般可以双绞线或者光纤，依据用户的需求可以选择不同的介质。双绞线的传输速率一般在10M-100M，光纤的传输速率一般在100M-1000M之间;两者的价格也是有很大的差距，其中光纤的价格比双绞线的价格要贵的多。 因此，以太网在21世纪也可以称之为主流的传输技术。同时，如果在局域网内辅以一些硬件设施，可以更好的为系统提供传输速率和满足用户的远程控制需求。但是，不可否认的是，不论是以双绞线还是以光纤为传输介质，对系统的安装均有一定的要求

40、，对安装的时间选择也是不一样的，因此，只能够以辅助的方式运用此技术。第二章 相关技术介绍第三章 智能家居系统需求分析软件开发的需求分析在发展的初期阶段，首先确定用户的需求，沟通，不断变化的要求，以满足用户的需求，最后，总结识别要求，记录要求规范进行需求评审，找出疑点和细节，以方便设计了销售客户满意度的软件，智能家居服务系统要实现住房的需求，许多用户有家电是家用电器，如电柠檬灯、洗衣机、热水器、电视机、等用户通过Android智能手机终端的远程控制家电，这样用户不存在权限水平的差异 。本系统主要从功能和性能两方面阐述了二级内容。函数定义讨论的主要是系统，系统必须实现的功能是解决用户的实际需求，和

41、功能要求都是家中的电器远程控制装置的协调，而性能要求对系统的响应时间，运行稳定性和条件能力的时间。3.1 系统实现目标智能家居服务系统虽然功能强大，但其软件设计和硬件配套设备却非常复杂，实用性不高，但更重要的是，一套完整的智能家居服务部系统需要昂贵的价格。在过去，这个问题已经阻碍了智能家居的进一步发展的今天，随着社会经济的快速发展，对于普通用户来说，Android智能手机不再是奢侈品，更多的是一种消费品；同时，计算机技术和网络通信技术，新月电气设备智能化程度的家用电器设备的不断完善，以及远程控制是通过整合家电通过资源整合实现成本的下降，极大地促进了智能家居服务系统逐渐进入千家万户，为用户提供智

42、能化的舒适、个性化的家居生活。 基于Android的操作终端的智能家居服务系统是智能手机、和操作对象是常见的因此，系统必须输入帐号和密码在移动终端的登陆代码接口的功能，实现了登录页面跳转到控制界面，可通过点击手机界面作用相应的设备的功能是在正确的布局区域显示的实现，并可以根据用户的快速响应信息的语音进行。其次，三大功能进行了详细的描述。 3.1.1 对用户登录的管理对于移动客户端的系统接口，界面布局要美观、简洁、大方。从于志能家系统涉及国内外居民的安全，所以使用该系统首先要完成帐号登录。在用户登录界面，用户必须使用的接口，用户自己的用户名和密码提供的键盘输入，确认输入，在“按钮标志点击”，在这

43、一点上，客户端的订单将自动链接的门户，整个界面也将完成的功能，跳转到下一页。如果早一秒，然后触摸点击“登记一个新帐户”按钮，即可完成新账户注册，而且在安全的前提下，检查密码，避免密码重复，当你再次登录。 3.1.2 对家电设备的管理对于用户，同时可以同时使用多个设备，并且每个设备可以使用多个工作状态。因此，该系统应具有的家用电器和家用电器的工作有两个功能实时显示的控制，使得用户打开、关闭、查询同时改变设备的工作，以促进内部和外部环境的用户视图，在用户相关的操作应该是家电的实时工作状态是在移动客户端相应的布局区域显示。 3.1.3 对家居环境的监测该系统主要考虑三个室内环境因素，即室内环境需要监

44、测温度、湿度和照度以及CO2浓度四个因素。同时，在采集了这四个要素的全部数据信息后，还需要进行联机分析、判断和处理。判断是根据人们的生活习惯、生活常识、如在测试中控制二氧化碳浓度时设定的一个阈值。当浓度超过这个值时，将产生早期预警，并可自动打开窗户以减少空气中二氧化碳浓度，并测试照度以智能化调节光强度。具体解决方法如下： 首先，大量使用相应的传感器节点分布在一个合理的方式，地方和区域的室内，如温度和湿度传感器可以放置在卧室和客厅，二氧化碳传感器应放在厨房，等两是数据信息的处理方式，如果传感器节点的计算能力更强，从而直接优化智能家居智能控制系统，智能家居的智能控制系统的建立实现了家电人才培养管理

45、、控制，使室内舒适度的最佳条件； 3.2 功能性需求功能需求表示开发人员必须在软件产品中实现的功能，用户可以利用这些功能完成各自的任务，从而满足业务需求。对主要用例的描述以及对关键用例的活动图分析，本文把智能家居APP分为信息服务、设备管理、数据查询和软件设置四大模块，详细的功能模块划分将在第四章中介绍，这里仅仅描述这些模块的基础功能项，列于表3.1中。表 3.1 智能家具功能性需求表功能需求功能具体描述接收安防警报当住宅发生突发情况时，家庭中控会控制ZigBee终端及时处理，并把消息推送给小区业主。管理安防警报业主可以查询、删除安防警报记录。接收小区公告业主可以接收小区管理人员发送的公告信息

46、。管理小区公告业主可以查询、查看、删除小区公告。接收物业通知业主可以接收物业管理人员发送的水电费账单信息。管理物业通知业主可以查询、查看、删除物业通知。查看设备状态业主可以实时查阅家居设备的开关状态。远程操控设备业主可以通过UI按钮、文本命令或语音控制家居设备。视频监控业主可以通过智能手机选择家中的某个摄像头，进行实时监控。情景模式业主可以把相关的家居设备设置成一个逻辑分组，并进行相应的操作配置。业主可以根据需要设置多组情景模式。该功能可以方便业主在使用时进行一键操作。 联动防区业主可以把网络摄像头、传感器和其他设备组成一个逻辑分组，同一分组内的设备相互协作，实现安全管理。查询控制设备业主可以

47、根据设备类型或者设备名称查询具体设备，并可以直接操作结果列表中的设备。管理操作记录业主可以查看、删除家居设备操作记录。软件设置软件设置负责对APP各种参数的管理，比如：是否记住用户名、是否自动登录、是否接收推送消息等。软件升级智能家居APP可以自动或者手动升级到最新版本。用户管理通过平台服务器，小区业主可以完成注册和登录功能。 本系统的设计需求主要分为四个部分：安卓上位机设计、上位机设计、下位机软件设计、下位机硬件设计。3.2.1安卓上位机设计需求 现如今，智能手机己成为大多数人必不可少的生活用品，并且随时、随身携带，所以室内智能家居系统支持安卓终端控制也是大众所需。系统设计构想为安卓上位机通

48、过室内局域网与PC上位机进行无线数据通信，通过PC上位机对下位机进行控制，从而达到安卓上位机的智能监控。综合考虑安卓上位机系统的开发难易，以及此上位机的功能要求和测试结果比较，对此上位机设计要求如下: 1、支持与PC上位机通信连接设置; 2、支持温度数据监测功能; 3、支持安防报警监测功能; 4、支持家电状态控制功能。3.2.2 PC上位机设计需求 上位机是实现用户的操作界面，能够清晰的查看到每个测试参数以及ZigBee网络的整个拓扑结构，并且给下位机的控制命令也可通过该界面发出。上位机软件界面的显示数据是由下位机通过串口通信传输而来，同样其控制命令也是通过串行口对下位机发出。其设计需求是否合

49、理直接影响系统显示界面的直观性，以及用户对系统操作的难易程度，使用是否方便。根据本系统的功能要求和测试体验，对上位机软件界面的设计主要有如下要求: 1、支持Windows XP和Win7等操作系统; 2、具备串行通信操作界面; 3、具备与安卓上位机通信操作界面; 4、支持各节点温度动态显示和数据直观显示界面; 5、支持各节点安防报警显示界面; 6、支持各节点家电等控制界面。3.2.3下位机软件设计需求 下位机软件是实现上位机和下位机硬件通信的桥梁。下位机软件功能主要包括两个方面，一方面负责将下位机硬件采集到的数据经处理后通过串行通信的方式，传输给上位机软件;另一方面，负责对上位机软件下达的操作

50、指令进行解读，从而控制下位机硬件进行功能操作。本系统采用ZigBee无线通信，其软件代码编写需要特定的开发环境，所以为完全实现我们的设计要求，本系统下位机软件开发环境需求如下: 1、安装开发软件IAR810，此软件是ZigBee无线通信代码的开发环境，是打开TI官方提供的ZigBee无线通信协议栈代码的必备工具。 2、安装ZigBee协议栈(zstack-251a)，本系统采用的协议栈zstack-251 a是TI官方开发的最新版本协议栈。由于开发软件IAR的版本与协议栈的版本是配对使用，所以本系统直接采用IAR810开发软件和zstack-251 a协议栈。 3、安装SmartRF Flas

51、h Programmer工具，此工具为下位机软件程序的烧录工具，可由TI公司免费提供，用于烧写HEX文件。 4、安装仿真器SmartRF驱动和USB转串口驱动，此两驱动主要是实现程序的成功烧写，以及后续数据通信的正常运行。 其下位机软件设计需求如下: 1、支持与上位机进行串行通信; 2、能实现自组网络的搭建与扩展; 3、支持家居环境信息采集; 4、支持家电设备的控制。3.2.4下位机硬件设计需求 本课题对于下位机硬件设计的研究方案有两种，一种是采用无线通信模块与MCU分离的形式搭建下位机硬件核心电路;另一种是采用MCU与射频收发模块集成的ZigBee模块作为下位机硬件核心控制电路。再结合温度采

52、集模块、红外感应模块、继电器模块等外围电路，组成整个下位机硬件平台。从理论上分析可知，前一种方案具有一定的可行性，但由于其采用独立的器件作为核心控制电路，不但设计成本偏高，并且给硬件系统的现场安装带来诸多不便，而后一种设计方案采用集成芯片模块控制，硬件设备的集成度高，而且还具备良好的稳定性和可靠性，可以提高信号处理速度与检测精度。因此，系统最终采用第二种方案，即以集成芯片作为系统的核心处理电路。下位机硬件设计需求如下: 1、ZigBee模块，系统采用TI公司的CC2530为核心设计的ZigBee模块。选用CC2530能够很好的满足系统需求，它不但集成单片机、ADC、无线通信模块于一体，大大提高

53、了单片机与无线通信模块组合时的可靠性，减小了系统各节点的体积与质量，而且其支持ZigBee2007/PRO协议，使节点通信距离更远，组网性能更加稳定。2、红外感应模块、温度采集模块、继电器模块等。3.2.5 系统总体设计框架 本系统功能需求主要分为两部分:上位机软件系统和下位机硬件系统，其中上位机软件包括安卓上位机软件和PC上位机软件，下位机硬件主要由ZigBee无线收发模块、串口模块、红外感应模块、继电器模块、温度采集等模块组成。系统总体框架图如图3-1所示，上位机软件和下位机硬件通过串口通信模块进行数据通信。图3-1系统功能需求框架图 如上图所示，上位机软件系统中安卓上位机软件和PC上位机

54、软件是通过局域网进行通信连接，其中安卓上位机只作为智能移动监控终端，可对室内环境和家电进行实时监控。PC上位机在此室内智能家居控制系统中，一方面与安卓智能终端起到相似的作用，使室内环境和家电得到更加直观的监控，另一方面它是连接安卓上位机软件和下位机硬件系统的纽带，保障了系统可通过安卓终端和PC终端两者进行智能监控。 下位机硬件系统主要由两块ZigBee无线收发模块以及其它辅助模块组成，ZigBee无线收发模块中一个实现协调器功能后，进而转变为路由器与串口通信模块连接，负责与上位机软件系统进行数据通信。另一个作为终端节点和红外感应模块、温度检测模块、继电器模块等相连，负责采集室内环境参数和执行家

55、电的状态控制，同时通过无线传输的方式与协调器进行信息交流。3.3 非功能性需求非功能需求意味着软件产品必须具有功能需求特征以外的功能需求。它通常与系统的状态和功能需求有关，而不管系统需要提供强大的补充功能。软件产品的非功能需求包括系统性能、系统安全性、可靠性、界面友好性、可重用性等。下面描述了系统的非功能性需求。 1、性能要求一般来说，性能就是系统的计算速度和响应速度。用户对性能的需求是没有止境的，但现在的现实是残酷的。性能受到许多因素的影响，包括业务需求、系统架构、编程语言、数据库设计的数量、算法设计等。因此，在智能家居应用的设计与实现中，应该尽可能地识别这些性能问题，以满足用户的苛刻要求。

56、2、该系统的安全性可以从以下三个方面考虑。首先是软件平台的安全性，包括智能家居的应用程序依赖Android操作系统的安全性，开发平台的安全性，和第三方组件的安全，等等。第二个是软件本身的安全性，所有涉及的功能都绑定到单个用户，因此应用程序的合法性必须经过多次验证才能防止黑客恶意攻击。最后，用户数据完整性的安全性，包括小区所有者帐户的安全和信息服务，以及数据的机密性。 3、可靠性要求是软件的基本要求。如果智能家居应用程序经常无法响应，没有理由不崩溃，就不可能满足业主的需求。因此，在设计软件时，最重要的是要考虑可靠性。 4、UI界面应当布局合理，美观大方，易操作，用户体验性良好。5、自适应需求由于

57、采用Android操作系统具有很宽的范围内的移动电话，以及尺寸和分辨率有很大的不同，所以聪明的房子可应用多模型自适应的问题必须考虑，尽可能为更多的智能手机。 6、除了上述非功能需求之外，企业还需要在开发过程中总结可重用中间件。智能家居应用是众多企业智能家居系统应用的一种。为方便和简化应用程序的开发过程中，应在智能家居的应用程序的发展，一些基本的功能模块封装并提炼出了可重复使用的其他应用程序的中间件的发展提供了基础。 表3.2 系统非功能性需求表格非功能性需求类别描述断电恢复测试断电后再给电，系统的功能可以继续运行系统稳定性测试系统稳定运行，上位机和下位机无异常现象表3.2是系统非功能需求表格。

58、对系统的断电恢复功能以及系统稳定性进行了定义。系统在实现所需功能的前提下，还需要满足这非功能性需求。第四章 系统设计与实现第四章 系统设计与实现第三章对智能家居服务系统进行了详细的分析，并在详细分析的基础上，通过软件设计实现了各个模块的功能。本章是根据用户的实际情况，根据各电气设备的不同功能，对需求进行了详细的分类和归类。 4.1 系统整体结构设计为了保证所设计的系统能够整合复杂的家电设备资源，并对这些家电设备实行统一、协调的控制与管理，在系统的整体设计过程中应注意如下几点：1、遵循模块化的设计原则; 2、遵循界面简洁、美观、大方的设计原则；3、遵循便于用户操作的设计原则；4、遵循软件安全性、

59、可靠性的设计原则。4.1.1 系统架构设计智能家居服务系统由应用层、服务层和硬件层三个层次组成。其中，应用层主要涉及到Android客户端分为三大模块：用户登录模块、家电控制模块和系统通信层是由整个系统的核心部件：网关和网关负责整个系统的数据信息的处理、分析、转发指令等任务；硬件层包括系统硬件部分如：灯光、电器、窗帘等家居设施。服务层和硬件层的设备通过无线或有线方式连接。正是由于设备和网关是连接在一起的，所以当用户通过手机终端在Android当改变家电工作状态命令改变，网关将接收到的数据信息并将其输入与电器线路通信，改变当前的工作状态，并完成一个完整的套在家用电器的控制。 智能家居服务系统的架

60、构设计如图4-1所示。同时，根据需求分析与市场同类产品的调研，设计了一套完整的系统操作流程，首先，系统中的所有节点需要自动访问网络，当网络是成功的，系统组装，通过客户端输入密码和用户完整的用户名字后，你可以直接发送指令，然后网关接收、分析和传输发送指令到各个节点，每个节点响应指令。如图4-2所示：图 4.1 智能家居服务系统架构图图 4.2 系统操作流程图4.1.2 系统流程设计1、用户登录流程设计如果用户是最初的Android智能家居服务系统，应该在系统登录界面点击“登记过程中登记一个新帐户”，用户需要使用自己的手机收到的验证信息，根据提示完成注册的账号和密码的设置，您可以登录。注册过程如图