物聯(lián)網(wǎng) 智能家居基本設計能力綜合實訓報告

1、.物聯(lián)網(wǎng)基本設計能力綜合實訓報告報告題目：基于 Android 的智能家居系統(tǒng)班級：B13512所在分組：閉雨哲、丁文娟、李暢組員姓名：閉雨哲指導教師姓名：王興會、王靜完成時間：2016年7月計算機與遙感信息技術學院;.目錄第 1 章概述11.1設計目的11.2設計要求1第 2 章系統(tǒng)設計22.1系統(tǒng)功能框架22.2功能模塊說明3第 3 章硬件設計63.1蜂鳴器及接口設計63.2氣壓傳感器及接口設計63.3 XXXX 傳感器及接口設計7第 4 章軟件設計84.1傳輸協(xié)議設計84.2手機終端設計9第 5 章系統(tǒng)測試125.1采集測試125.2手機端測試125.3聯(lián)調(diào)測試13第 6 章 總結14;

2、.第1章概述1.1設計目的隨著社會電子信息化的不斷發(fā)展，人們在家居中使用的電器越來越多，由此帶來的安全隱患也有了明顯的增多。 在這些電器中一旦出現(xiàn)一些異常，便會給人們帶來很大的損失。為了降低電器的不合理使用帶來的異常情況，就要求在異常發(fā)生時用戶能及時得到信息，并通過實時監(jiān)控采取一定的操作排除異常。因此，遠程監(jiān)控系統(tǒng)的作用是非常巨大的。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，智能家居越來越多的走進百姓家中，加上當前智能手機的發(fā)展趨勢已經(jīng)愈加明顯，對于用戶來講，上網(wǎng)進行登陸，通過手機便可對家中情況進行遠程控制與管控，十分方便。再者，作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一名學生，通過一次“智能+硬件”的綜合實訓，對我們即將步入企業(yè)

3、實為一次能量的大補給。1.2設計要求我們需要怎樣智能的家？手機軟件控制家居設備：WIFI 模塊實時數(shù)據(jù)傳輸需網(wǎng)絡支持照明模塊開 / 關，光照場景風扇模塊開 / 關，空氣指數(shù)，如 PM2.5 高于某一個值，自動開啟換風干燥模塊濕度控制，低于（或高于）某一個濕度，自動開啟干燥空調(diào)模塊溫度控制，低于（或高于）某一個溫度，空調(diào)自動開啟報警模塊危險（火警） ，接收（解除）報警壓強海拔可用于監(jiān)控家中物品是否被惡意移動等小組分工：閉雨哲： Android 界面設計、 Android 控制端模塊設計與實現(xiàn)。李暢、丁文娟：通信傳輸協(xié)議及硬件部分設計與實現(xiàn)。;.第2章系統(tǒng)設計2.1系統(tǒng)功能框架系統(tǒng)整體框架圖及最終

4、成品框架圖如圖2.1 、圖 2.2 所示。圖 2.1圖 2.2系統(tǒng)工作原理整個系統(tǒng)分為軟件控制單元和系統(tǒng)執(zhí)行單元，我們通過智能家居的手機軟件去控制硬件部分的執(zhí)行，軟件控制端與硬件執(zhí)行端的每一個細分模塊一一對應。如圖2.3 所示。;.圖 2.32.2功能模塊說明1數(shù)據(jù)采集模塊在計算機廣泛應用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號采集的難易程度差別很大。（一） AM2320（數(shù)字溫濕度傳感器）：對室內(nèi)溫濕度進行采集。AM2320 通信方式采用單總線、 標準 I 2C 兩種通信方式。 標準單總線接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、 極低的功耗，信

5、號傳輸距離可達 20 米以上，使其成為各類應用甚至最為苛刻的應用場合的最佳選擇。I 2C 通信方式采用標準的通信時序，用戶可直接掛在2I C 通信總線上，無需額外布線，使用簡單。（二） BH1750（光照傳感器）： BH1750 是基于 IIC 協(xié)議的器件，不同的工作環(huán)境 ,需要調(diào)整相關函數(shù)，當改用 1T 的 MCU 時 ,需調(diào)整此延時函數(shù)。 bh1750 光照采集采用微控制器進行控制 ,利用 I2C 總線接口進行數(shù)據(jù)傳輸 ,可將光照強度傳輸?shù)轿覀兊目刂戚敵龆?。（三?bmp180（氣壓傳感器）：BMP180被設計成直接連接到經(jīng)由I2C 總線的移動設備的微控制器。 BMP180 由一個壓阻傳感

6、器，模擬- 數(shù)字轉換器，并與E2PROM和一個串行I 2 C接口的控制單元。 該 BMP180 提供的壓力和溫度補償?shù)闹怠?E2PROM中已存儲的個人校準數(shù)據(jù)的 176 位。這是用于補償偏移量，溫度依賴性和傳感器的其他參數(shù)。微控制器發(fā)送一個啟動序列啟動壓力或溫度測量。轉換時間后，結果值（UP 或 UT）通過 I2C 接口進行讀取。2無線傳輸模塊無線傳輸有 WIFI 和藍牙兩種，我們采用的是WIFI 傳輸。;.wifi 鏈接需要三個參數(shù)（ wifi 名稱）（wifi 密碼）（wifi 類型）class Adminwifi 里封裝了打開、關閉，連接、斷開的方法WIFI 鏈接整體流程如下：1.che

7、ckNetworkState()- / 判斷當前網(wǎng)絡是否已連接2.WifiOpen() -/ 如果當前 WiFi 處于關閉狀態(tài)，則打開 WiFi3.wifi_init()-/wifi 初始化 獲取周邊 wifi 信息 并列出條目4.CreateWifiInfo(wifi_name,"",wifitype) -/ 進行 WiFi 匹配并連接5.WifiClose() -/關閉 wifi3. 手機終端模塊整個項目的手機終端模塊包括：（一） WifiActivity·- Wifi 搜索與連接模塊（二） Led · Activity-燈光照明控制模塊（三） Fa

8、n · Activity- 風扇控制模塊（四） Data · Activity - 溫濕度、光照、海拔、壓強等信息采集模塊（五） First · Activity -初始界面，停頓一會則自動跳轉到下一個界面模塊圖 2.4 燈光照明控制模塊與初始界面圖;.圖 2.5 風扇控制模塊與溫濕度光照等信息模塊圖;.第3章硬件設計A 硬件信息1、 LZ_STM32F103開發(fā)板2、 J-linkV8 或 J-linkV9 仿真器一套B 軟件信息1、 Keil 開發(fā)環(huán)境，版本：5.172、 J-link V4.93.1蜂鳴器及接口設計如圖 2.6 蜂鳴器及接口設計原理圖。圖 2

9、.6 蜂鳴器及接口設計原理圖3.2氣壓傳感器及接口設計如圖 2.7 氣壓傳感器 BMP180 原理圖。;.圖 2.7 氣壓傳感器 BMP180 原理圖3.3光照傳感器傳感器及接口設計如圖 2.7 光照傳感器 BH1750 原理圖。圖 2.8 光照傳感器 BH1750 原理圖;.第 4章軟件設計4.1傳輸協(xié)議設計1. android 手機和開發(fā)板通過藍牙 / wifi 進行連接2. 一般通信中都要規(guī)定主機與從機3. 本系統(tǒng)中： 手機端是主機開發(fā)板是從機4. 通信系統(tǒng)中， 進行一次通信都是有主機發(fā)起， 從機不能發(fā)起一次通信，藍牙 /wifi 組成的網(wǎng)絡中， 從機要有地址，5. 主機發(fā)起一次通信，主

10、機發(fā)送命令， 從機去相應主機的命令第一次通信： 主機 -> 從機第二次通信： 主機 <- 從機以上是一次通信過程6. 暫定協(xié)議如下：(a).主機查詢從機是否在線主機 ->從機包頭|命令類型| 包尾0xaa0x01 查詢從機0xbb從機接收到這個命令后，可以返回 從機的狀態(tài)主機 <-從機包頭|從機狀態(tài)|包尾0xcc0x01 busy0xdd0x02read / OK0x03error(b). 主機讀從機的數(shù)據(jù)信息主機->從機包頭| 命令類型|包尾0xaa0x02 讀從機數(shù)據(jù)0xbb主機<-從機包頭|命令類型| 數(shù)據(jù)長度 | 數(shù)據(jù) .| 包尾0xcc| 0x02

11、字節(jié)數(shù)字節(jié) 1,字節(jié) 2,字節(jié) 3，字節(jié) 4，字節(jié) N0xdd;.例如：主機讀從機：（返回數(shù)據(jù)溫度 2 字節(jié)，濕度2 字節(jié)，大氣壓2 字節(jié)，海拔 2 字節(jié)， pm2.5 2 字節(jié)，光強2 字節(jié)，adc 電壓 2 字節(jié) ）發(fā)送命令：0xaa 0x02 0xbb返回的數(shù)據(jù)：0xbb 0x02 0x0e 溫度高位溫度低位濕度高位濕度低位大氣壓高位大氣壓低位海拔高位海拔低位PM2.5 高位PM2.5 低位adc 高位 adc 低位0xdd(c). 主機寫從機命令主機->從機包頭| 命令類型|數(shù)據(jù)長度|數(shù)據(jù) .|包尾0xaa0x03 寫從機|字節(jié)數(shù)| 字節(jié) 1,字節(jié) 2,字節(jié) 3，字節(jié) N0xbb

12、從機返回主機寫的內(nèi)容主機<-從機包頭| 從機執(zhí)行命令狀態(tài)|包尾0xcc0x 11從機執(zhí)行命令OK0x 12命令錯誤0x 13系統(tǒng) busy例如：發(fā)送命令：0xaa 0x03 0x4led1 開關led2 開關beep 開關 fan 開關0xbb返回數(shù)據(jù)：0xcc 0x11 0xdd命令執(zhí)行 ok0xcc 0x12 0xdd命令執(zhí)行錯誤0xcc 0x12 0xdd系統(tǒng)忙4.2手機終端設計;.;.;.第5章系統(tǒng)測試5.1采集測試對數(shù)據(jù)采集測試來說，精度是反映一個數(shù)據(jù)采集設備讀入的信號測量值有多大程度的可能性。測量誤差分析與試驗數(shù)據(jù)處理是實驗中的重要部分，誤差分析也是實驗的基礎。不精確的測量可

13、能會使開發(fā)項目與方案設計及產(chǎn)品質或自動化測試應用等費工費時全功盡棄，因此確保數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精確也是我們評估設計方案的一個主要方式。我們的采集測試工作主要集中在開發(fā)板的測試上，畢竟開發(fā)板才是數(shù)據(jù)的來源。首先是測試開發(fā)板溫濕度等模塊燒寫的代碼準確性，程序是否有Bug、輸出數(shù)據(jù)精度是否符合用戶的標準，然后將數(shù)據(jù)輸出到串口助手進一步在屏幕打印出來，我們將觀察這些數(shù)據(jù)是否有誤并進行代碼修改等操作。在我們的項目中，數(shù)據(jù)精度是一個比較重要的問題，因為數(shù)據(jù)存儲不支持小數(shù)的形式，可通過乘以10 得整數(shù)進行輸出，進而避免這個問題。5.2手機端測試手機端的測試相比采集端的測試可通過 Android 開發(fā)軟件和手機段

14、程序運行觀測。各模塊的功能能正常點開關閉不出現(xiàn) EROOR就說明問題就不大了， 接下來就是與硬件相關模塊進行聯(lián)調(diào)測試。下面是手機端的測試結果圖，可順利打開系統(tǒng)模塊與進行WIFI 連接。圖 5.1 手機端模塊測試;.5.3聯(lián)調(diào)測試經(jīng)過上面兩個步驟的測試，我們就可以做整體項目的聯(lián)調(diào)了，先來看看光照的測試，如圖 5.2 所示。圖 5.2 燈光照明模塊開關測試可見光照模塊是成功的， 接下來測試溫濕度、 光照強度、壓強和海拔模塊也是成功的，測試結果如圖 5.3 所示。圖 5.3 環(huán)境監(jiān)測圖;.第6章總結在這二十天的高強度訓練里，我們主要是運用Android 系統(tǒng)與開發(fā)板設計了一個智能家居系統(tǒng)，并且用模塊化的設計方法來實現(xiàn)各個。在程序編寫結束后，我們還對該程序進行了調(diào)試 ,能按預期的效果進行模擬, 基本完成課程設計的要求。綜上所述，本次實訓通過對智能家居及其功能的介紹，展示智能家居的現(xiàn)代生活中的重要性。實訓過程中遇到不少的難題，比如對Android 開發(fā)的學習周期短，還不熟悉API 的使用，像只忙頭蒼蠅、硬件