智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi) 題 報(bào) 告課 題 名 稱 智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 院 系 機(jī)電與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 班 電氣1204班 姓 名 評(píng) 分 指 導(dǎo) 教 師 武 昌 首 義 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告撰寫要求1.開(kāi)題報(bào)告的主要內(nèi)容1）課題設(shè)計(jì)的目的和意義；2）主要參考文獻(xiàn)綜述；3）課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容；4）設(shè)計(jì)方案；5）實(shí)施計(jì)劃。 6）主要參考文獻(xiàn)：不少于5篇，其中外文文獻(xiàn)不少于1篇。2撰寫開(kāi)題報(bào)告時(shí)，所選課題的課題名稱不得多于25個(gè)漢字，課題研究份量要適當(dāng)， 研究?jī)?nèi)容中必須有自己的見(jiàn)解和觀點(diǎn)。3.開(kāi)題報(bào)告的字?jǐn)?shù)不少于3000字（藝術(shù)類專業(yè)不少于2000字），其中，主要參考文獻(xiàn)綜述字?jǐn)?shù)不得少于1000字，開(kāi)題

2、報(bào)告的格式按學(xué)校本科畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文撰寫規(guī)范的要求撰寫。4. 指導(dǎo)教師和責(zé)任單位必須審查簽字。5開(kāi)題報(bào)告單獨(dú)裝訂，本附件為封面，后續(xù)表格請(qǐng)從網(wǎng)上下載并用A4紙打印后填寫。6. 此開(kāi)題報(bào)告適用于全校各專業(yè)，部分特殊專業(yè)需要變更的，由所在院（系）在此基礎(chǔ)上提出調(diào)整方案，報(bào)學(xué)校審批后執(zhí)行。武昌首義學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號(hào)專業(yè)班級(jí)電氣1204班 院（系） 機(jī) 電指導(dǎo)教師職稱 課題名稱智能家居系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1. 課題設(shè)計(jì)的目的和意義1.1 課題設(shè)計(jì)的目的 物聯(lián)網(wǎng)正成為繼互聯(lián)網(wǎng)革命后的新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新革命。物聯(lián)網(wǎng)將各種終端連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)互通互連，資源共享，并從計(jì)算機(jī)擴(kuò)展到生活工作

3、的各個(gè)地方。本課題所研究的智能家居系統(tǒng)也是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一部分，智能家居以住宅為平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)等相關(guān)技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成，構(gòu)成高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)管理系統(tǒng)，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體，提升家居安全性、高效性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的健康居住環(huán)境。本次設(shè)計(jì)將采用以樹(shù)莓派為載體，將幾個(gè)有關(guān)智能家居應(yīng)用的獨(dú)立功能和相關(guān)服務(wù)整合在其上運(yùn)行。1.2 課題設(shè)計(jì)的意義 隨著21世紀(jì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)于智能化的需求越來(lái)越迫切。1984年，美國(guó)聯(lián)合科技公司（United Technologies Building System）將建筑

4、設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)Connecticut Hartford的CityPlace-Building，標(biāo)志著首棟“智能型建筑”的誕生，拉開(kāi)了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。2009年，“物聯(lián)網(wǎng)”成為全球矚目的關(guān)鍵詞，伴隨著智能手機(jī)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，都讓只能家居業(yè)迎來(lái)了發(fā)展的春天?！拔锫?lián)網(wǎng)”被成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，其作用是通過(guò)傳感器和互聯(lián)網(wǎng)銜接以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的遠(yuǎn)程控制與感知。物聯(lián)網(wǎng)的大潮將會(huì)把無(wú)線射頻的智能家居系統(tǒng)推到一個(gè)史無(wú)前例的市場(chǎng)高度；2. 主要參考文獻(xiàn)綜述2.1智能家居發(fā)展現(xiàn)狀 智能化住宅小區(qū)在發(fā)達(dá)國(guó)家起步較早，始于20世紀(jì)80年代，裝備有各種

5、通信、家電、安保等措施，通過(guò)總線技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視、控制與管理等智能功能。 我國(guó)的智能家居相對(duì)于國(guó)外起步較晚，尚未形成一定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，主要采用國(guó)外的技術(shù)和產(chǎn)品。當(dāng)然也陸續(xù)出現(xiàn)了我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的代表性智能家居系統(tǒng)，如海爾的“e家庭”、清華同方的e-Home數(shù)字家園、合肥工業(yè)大學(xué)的“智能家居與家居服務(wù)器”等產(chǎn)品，這些都是各大企業(yè)和科研單位從不同角度和立場(chǎng)理解智能家居的結(jié)果。一個(gè)具有良好應(yīng)用前景的家居系統(tǒng)必須具有開(kāi)放性和可拓展性，以及使用和維護(hù)的簡(jiǎn)單方便。 智能家居對(duì)我國(guó)來(lái)說(shuō)還是新鮮事物，目前正處于初級(jí)階段，有關(guān)的系統(tǒng)理論還在不斷發(fā)展、完善。隨著智能家居的新技術(shù)、新產(chǎn)品日新月異地發(fā)展，

6、對(duì)它的認(rèn)識(shí)也將不斷地提高和深入。2.2智能家居研究主要成果 智能家居的起源可以追溯到20世紀(jì)80年代初，那時(shí)大量的電子技術(shù)被應(yīng)用到家用電器上，最初被稱為住宅電子化HE(Home Electonics):80年代中期，將家用電器，通信設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念HA（Home Automation）:80年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信，家電，安保設(shè)備通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)稱為Smart Home。 智能家居，或稱智能住宅，在英文中常用Smart Home、Intelligent home，與此含義相近的

7、還有家庭自動(dòng)化 （Home Automation）、電子家庭（Electronic Home、E-home）、數(shù)字家園（Digital family）、網(wǎng)絡(luò)家居（Network Home），智能建筑（Intelligent Building）。2.3智能家居存在的問(wèn)題 （1）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：適度競(jìng)爭(zhēng)可以促進(jìn)技術(shù)的進(jìn)步，但過(guò)多的競(jìng)爭(zhēng)就會(huì)造成資源的浪費(fèi)，短期的利益的驅(qū)使也可能會(huì)使技術(shù)和市場(chǎng)引向歧途，因此推動(dòng)各個(gè)層面標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)，產(chǎn)品的融合，規(guī)范是目前智能家居面臨的問(wèn)題之一。 （2）技術(shù)專業(yè)化程度高：智能家居產(chǎn)品結(jié)合多門技術(shù)需要專業(yè)人員進(jìn)行安裝，調(diào)試和使用培訓(xùn)，使得用戶在使用時(shí)需要進(jìn)行復(fù)雜的操作。 （3）

8、成本耗費(fèi)高：智能家居涉及到計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)化、電子等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，沒(méi)有一個(gè)企業(yè)能夠以一己之力畢其全功。目前，國(guó)內(nèi)與家庭自動(dòng)化相關(guān)的產(chǎn)品較多，但智能化水平偏低，其產(chǎn)品和服務(wù)僅僅作為人工的一種補(bǔ)充，而不是改變生活方式的主要力量。 (4)產(chǎn)品不夠傻瓜：真正的智能家居應(yīng)該是一種自然交互，整合的和基于用戶習(xí)慣的控制方式。用戶可以通過(guò)說(shuō)話、短信或者單獨(dú)的觸摸控制來(lái)實(shí)現(xiàn)與房屋的交互，即操作步驟不需要太過(guò)繁雜，用戶只需要通過(guò)發(fā)出簡(jiǎn)單命令，就能達(dá)到想要的結(jié)果。2.4智能家居對(duì)策和措施 智能家居的設(shè)計(jì)原則應(yīng)該從以下幾個(gè)方面考慮。 （1）使用便利，整合度高：無(wú)論何時(shí)何地用戶都能掌握家庭動(dòng)態(tài)，可以通過(guò)身邊的PC、手

9、機(jī)等設(shè)備，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)家用電器和其他設(shè)備的控制，多功能集合，家用電器接到指令后進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作。 （2）可靠性高：智能家居能夠隨時(shí)接收信號(hào)，24小時(shí)工作，并能保證相應(yīng)設(shè)備可靠動(dòng)作，在停電或故障時(shí)也能夠做出相應(yīng)的應(yīng)急處理，設(shè)置可靠地報(bào)警系統(tǒng)第一時(shí)間向用戶傳遞信息。 （3）標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化：智能家居雖然涉及多種技術(shù)，但是某些技術(shù)在國(guó)際上都有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，例如射頻技術(shù)最常用的標(biāo)準(zhǔn)有：ISO14443A/B/C、ISO15693、13.56M，傳輸上常采用TCP/IP協(xié)議，這將使不同產(chǎn)商之間的系統(tǒng)可以兼容與互聯(lián)。 （4）價(jià)格逐漸低廉化：隨著微型硬件設(shè)備成本的不斷下降及通信技術(shù)的發(fā)展，用戶可在原有的有/無(wú)線網(wǎng)

10、絡(luò)上進(jìn)行擴(kuò)展。 （5）上手容易，維護(hù)等操作簡(jiǎn)單：作為家庭控制的核心，整個(gè)系統(tǒng)將可以控制整個(gè)家里的任意各種設(shè)施，所以操作要簡(jiǎn)單容易，出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候要有很好的可以解決方案，過(guò)于繁瑣復(fù)雜的操作都講導(dǎo)致整個(gè)智能家居系統(tǒng)的可使用性。3. 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 本次課題設(shè)計(jì)主要想要實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境的智能化，模擬家居環(huán)境，并設(shè)計(jì)出可以改善生活并逐步實(shí)現(xiàn)的家居智能化系統(tǒng)，主要包括安全防范及消防報(bào)警自動(dòng)化、家電設(shè)施自動(dòng)化、信息和通訊自動(dòng)化、各設(shè)備之間的協(xié)同工作和環(huán)境與節(jié)能燈相關(guān)功能。智能化的家居系統(tǒng)旨在原有的家居環(huán)境下更進(jìn)一步的將居家環(huán)境優(yōu)化、便捷、安全、方便。從總體上看，智能家居是指將各種信息設(shè)備和住宅設(shè)備通過(guò)家庭

11、網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，并保持這些設(shè)備于住宅的協(xié)調(diào)，從而構(gòu)筑成舒適安全的信息化居住空間，以便于實(shí)現(xiàn)在信息社會(huì)中負(fù)有創(chuàng)造性的生活。 安全防護(hù)及消防報(bào)警自動(dòng)化是智能家居的最基本的一項(xiàng)功能，由于人們對(duì)自身及財(cái)產(chǎn)的安全更加重視，選擇智能化家居的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)是家庭保安和災(zāi)害報(bào)警自動(dòng)化。在社區(qū)保安和公安部門的支持、配合下，安裝安全有效的入侵警報(bào)、消防報(bào)警和其他災(zāi)害報(bào)警系統(tǒng)將能有效防止盜竊和火災(zāi)的發(fā)生，從而使住戶在經(jīng)濟(jì)上直接受益，直接體現(xiàn)出對(duì)住戶投資的回報(bào)。 家電設(shè)施智能化是智能家居的一個(gè)重要組成部分。智能家居的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是它能根據(jù)住戶的要求對(duì)家電和家用電器設(shè)施靈活方便地實(shí)現(xiàn)智能控制，更大程度地把住戶從家務(wù)勞動(dòng)

12、中解放出來(lái)。住戶可以在頭天晚上設(shè)定第二天的家電工作程序、時(shí)間，也可以在外面通過(guò)電話或電腦臨時(shí)變更已做好的安排等等。家電還可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連通生產(chǎn)廠家的技術(shù)支持服務(wù)器，獲得“免打擾”的技術(shù)服務(wù)、診斷故障、升級(jí)軟件等。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，家電設(shè)施智能化還會(huì)出現(xiàn)更多更新的應(yīng)用。 通過(guò)與小區(qū)智能系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，住戶可對(duì)用水、用電、用氣以及電話、網(wǎng)絡(luò)等的使用情況進(jìn)行監(jiān)視。一絲實(shí)現(xiàn)各種費(fèi)用的自動(dòng)計(jì)量，減少物業(yè)管理工作量；二是方便用戶對(duì)費(fèi)用進(jìn)行自我控制，避免費(fèi)用嚴(yán)重超支；三是可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并避免電話或其他資源被盜用。物業(yè)管理自動(dòng)化是小區(qū)智能化的一種標(biāo)志。 信息和通訊自動(dòng)化使得一般的電話自動(dòng)錄音、傳真自動(dòng)接收/回復(fù)

13、等功能實(shí)現(xiàn)的同時(shí)還可以將家中異常情況通過(guò)電話自動(dòng)撥打110、119報(bào)警電話或主人的辦公電話、手機(jī)等通訊工具。智能家居的通訊信息自動(dòng)化的內(nèi)容將更加廣泛。如將住戶的個(gè)人電腦連入局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)，充分利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)從社區(qū)信息服務(wù)、物業(yè)管理服務(wù)、小區(qū)住戶信息交流等局域網(wǎng)功能到訪問(wèn)國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)、接收證券行情、旅游訂票服務(wù)、網(wǎng)上資料查詢、網(wǎng)上商務(wù)等各種互聯(lián)網(wǎng)功能。在條件具備的情況下，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程看護(hù)、咨詢預(yù)約等功能。在將來(lái)的智能住宅里，人們?cè)谙硎芫W(wǎng)上信息資源和便捷服務(wù)的同時(shí)，還可在家與客戶進(jìn)行洽談或處理業(yè)務(wù)，在家進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和指揮，足不出戶，便可完成自己要做的事情。 智能家居系統(tǒng)

14、可以提供更豐富的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)功能。例如，當(dāng)您準(zhǔn)備看電視時(shí)，客廳燈光自動(dòng)調(diào)到您喜歡的亮度（通過(guò)燈光控制模塊實(shí)現(xiàn)）、窗簾自動(dòng)拉上（通過(guò)窗簾控制模塊實(shí)現(xiàn)）、電視機(jī)打開(kāi)并調(diào)整到您最喜歡的頻道。再如，當(dāng)有電話打入時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)將電視機(jī)聲音自動(dòng)調(diào)小。當(dāng)您家中來(lái)客人的時(shí)，燈光將自動(dòng)調(diào)亮并增添喜悅的氣憤，音響將自動(dòng)播放出歡樂(lè)的歌曲，等等。 智能家居能監(jiān)視室內(nèi)的溫度、濕度、亮度等環(huán)境狀態(tài)值，并根據(jù)住戶的習(xí)慣進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，它在一定程度上既能使生活空間更加舒適，又能節(jié)約能源。比如對(duì)空調(diào)的控制，可以自動(dòng)開(kāi)關(guān)預(yù)熱、預(yù)冷，還可根據(jù)室內(nèi)溫濕度轉(zhuǎn)為低耗運(yùn)行。另外照明控制也是節(jié)能的一個(gè)好方法，即根據(jù)室內(nèi)的光線強(qiáng)度和住戶的要求情況自動(dòng)

15、調(diào)節(jié)燈光的亮度。不僅如此，通過(guò)對(duì)家電的智能控制還可實(shí)現(xiàn)對(duì)水、煤氣等資源的節(jié)約。4. 設(shè)計(jì)方案 本次設(shè)計(jì)計(jì)劃采用樹(shù)莓派作為主控計(jì)算機(jī)，由于其價(jià)格低廉但是性能完好，可以媲美早先的家用計(jì)算機(jī)，而且鑒于其拓展容易，所以本次設(shè)計(jì)計(jì)劃采用。在系統(tǒng)方面采用官方推出的系統(tǒng)raspbian，基于Linux下的優(yōu)化過(guò)的系統(tǒng)，穩(wěn)定性高，而且可以移植很多Linux軟件，或者腳本，開(kāi)發(fā)較為容易。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，穩(wěn)定性大幅度上升，而且功耗得到降低，但是可實(shí)用性并沒(méi)有有所縮減，該有的視頻輸出、網(wǎng)絡(luò)接入、可拓展引腳都得到很好的保留，也得到相應(yīng)的優(yōu)化。 在智能家居的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，計(jì)劃采用Qt作為界面設(shè)計(jì)的工具，由于其的跨平臺(tái)優(yōu)勢(shì)

16、，使得設(shè)計(jì)得到很大的方便，在高性能的計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)，并測(cè)試通過(guò)后可以直接移植到對(duì)應(yīng)平臺(tái)，出現(xiàn)的問(wèn)題也可以很好的找到和解決。Qt的界面設(shè)計(jì)在其官方的QtCrate上很容易進(jìn)行。由于樹(shù)莓派的性能有限，Qt這種需要大資源的軟件在對(duì)源碼的編譯和測(cè)試將會(huì)耗費(fèi)大量cpu資源，而且耗時(shí)很長(zhǎng)。所以為了解決這一問(wèn)題，難題之一就是解決相應(yīng)的跨平臺(tái)編譯問(wèn)題，即交叉編譯環(huán)境的搭建。 在軟件實(shí)現(xiàn)部分，本次設(shè)計(jì)計(jì)劃采用模塊化設(shè)計(jì)，對(duì)于每個(gè)模塊進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)，最后對(duì)于相互不影響的程序代碼進(jìn)行多線程的控制，使其同時(shí)進(jìn)行。對(duì)于那些具有先后順序的程序代碼就進(jìn)行相應(yīng)的控制加以實(shí)現(xiàn)，在Qt的界面下面，對(duì)于所有的代碼進(jìn)行整合并歸類。 模

17、塊設(shè)計(jì)將會(huì)分為下列幾個(gè)模塊： （1）智能燈光控制（全開(kāi)全關(guān)、調(diào)光、顏色變化，設(shè)置燈光場(chǎng)景）目標(biāo)：節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便 （2）智能家電控制：電動(dòng)窗簾控制盒，紅外線轉(zhuǎn)發(fā)器(空調(diào)、電視機(jī)、DVD碟機(jī)、藍(lán)光播放器、功放、音響、機(jī)頂盒、投影幕布、投影儀)，86型智能遙控插座（飲水機(jī)、熱水器、微波爐)，無(wú)線溫/濕度傳感器，無(wú)線觸摸開(kāi)關(guān)面板 （3）安防監(jiān)控系統(tǒng)：網(wǎng)絡(luò)攝像頭，通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)管理和維護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置（防盜，防燃?xì)庑孤叮阑?、?bào)警、遠(yuǎn)程監(jiān)控）圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖5. 實(shí)施計(jì)劃 第七學(xué)期，第18周，選定畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文指導(dǎo)教師，根據(jù)自己的感興趣的方向選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。 第七學(xué)期，第19-21周，熟

18、悉掌握與所選課題相關(guān)的理論知識(shí)，在圖書館查閱相關(guān)書籍，上網(wǎng)查資料，選定課題研究方案，撰寫開(kāi)題報(bào)告和外文翻譯。 第八學(xué)期，第1周，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，修改開(kāi)題報(bào)告和外文翻譯不足的地方，在開(kāi)學(xué)進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告答辯。 第八學(xué)期，第2-6周，根據(jù)擬定的課題實(shí)施方案進(jìn)行深入研究，并在不斷研究學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行理論驗(yàn)證。根據(jù)觀察的現(xiàn)象結(jié)果進(jìn)行交流討論。 第八學(xué)期，第7-9周，根據(jù)所研究的課題實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象及結(jié)果，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿，并提交給指導(dǎo)老師批改，學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)意見(jiàn)對(duì)初稿進(jìn)行修改，并完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文定稿。 第八學(xué)期，第10-11周，對(duì)所寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文進(jìn)行格式審查，論文答辯。6. 主要參考文獻(xiàn)1 張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：人民郵電出版社.2011，8.2 李江全. 單片機(jī)通信與控制應(yīng)用編程實(shí)例.北京：中國(guó)電力出版社,2012,2.3 趙負(fù)圖.傳感器集成電路手冊(cè),第一版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004，1.4 鄭靜.智能家居技術(shù)與應(yīng)用. 北京：化學(xué)工業(yè)