智能家居手機(jī)控制家電系統(tǒng)

1、學(xué)士學(xué)位論文題 目： 智能家居手機(jī)操縱家電系統(tǒng) 分 院： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 摘 要 隨著人們生活水平逐漸的提高，大伙兒對(duì)生活質(zhì)量的要求也就越來(lái)越高，從而推動(dòng)了智能家居的進(jìn)展，隨著一般家庭使用家電設(shè)備慢慢增多，迫切的需要集中操縱家電設(shè)備。如此同時(shí)，智能手機(jī)性能的提升以及互聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展，使得智能手機(jī)已成為人們生活中不可缺少的一部分，以后將成為智能家電操縱系統(tǒng)的主流操縱終端。 在如此的背景下，本文研究智能家居手機(jī)操縱家電系統(tǒng)，該系統(tǒng)以wifi通信技術(shù)為基礎(chǔ)，以Android智能手機(jī)作為終端操縱，安裝手機(jī)APP，向系統(tǒng)發(fā)送命令來(lái)達(dá)到對(duì)家電的操縱。因條件限制，本課題中手機(jī)

2、對(duì)家電的操縱將采納模擬的方法，即通過(guò)智能手機(jī)操縱LED的亮滅來(lái)代替手機(jī)對(duì)家電的操縱。關(guān)鍵詞：智能家居 智能手機(jī) Android wifi目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc17435 第一章 緒論 PAGEREF _Toc17435 5 HYPERLINK l _Toc4370 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc4370 5 HYPERLINK l _Toc3307 1.1.1 課題來(lái)源 PAGEREF _Toc3307 5 HYPERLINK l _Toc30291 1.1.2研究意義 PAGEREF _Toc30291 5 HYPERLINK l _T

3、oc21431 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述） PAGEREF _Toc21431 6 HYPERLINK l _Toc7527 1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀： PAGEREF _Toc7527 6 HYPERLINK l _Toc20145 1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 ： PAGEREF _Toc20145 7 HYPERLINK l _Toc13297 1.2.3進(jìn)展趨勢(shì)及文獻(xiàn)綜述： PAGEREF _Toc13297 7 HYPERLINK l _Toc27719 1.3本課題研究?jī)?nèi)容 PAGEREF _Toc27719 10 HYPERLINK l _Toc20660 1.4 章節(jié)

4、安排 PAGEREF _Toc20660 10 HYPERLINK l _Toc27154 第二章 相關(guān)技術(shù)研究及分析 PAGEREF _Toc27154 12 HYPERLINK l _Toc15678 2.1 Wi-Fi 技術(shù)研究 PAGEREF _Toc15678 12 HYPERLINK l _Toc19540 2.1.1 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的差不多結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc19540 12 HYPERLINK l _Toc4593 2.1.2 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)工作原理 PAGEREF _Toc4593 14 HYPERLINK l _Toc622 2.2 本章小結(jié) PAGEREF

5、_Toc622 15 HYPERLINK l _Toc24355 第三章 基于智能手機(jī)的家居操縱系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc24355 16 HYPERLINK l _Toc10226 3.1 系統(tǒng)總體需求分析 PAGEREF _Toc10226 16 HYPERLINK l _Toc13421 3.1.1 功能性需求 PAGEREF _Toc13421 16 HYPERLINK l _Toc3892 3.1.2 非功能性需求 PAGEREF _Toc3892 17 HYPERLINK l _Toc8044 3.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 PAGEREF _Toc8044 17 HY

6、PERLINK l _Toc27022 3.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc27022 18 HYPERLINK l _Toc17784 3.3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc17784 19 HYPERLINK l _Toc17082 3.3.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模塊功能分析 PAGEREF _Toc17082 19 HYPERLINK l _Toc6174 3.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc6174 21 HYPERLINK l _Toc28646 第四章 手機(jī)操縱端的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc28646 22 HYPERLINK l _Toc

7、25184 4.1 家電操縱 PAGEREF _Toc25184 22 HYPERLINK l _Toc22636 4.1.1家電操縱的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc22636 23 HYPERLINK l _Toc7435 4.2 入網(wǎng)設(shè)備注冊(cè) PAGEREF _Toc7435 23 HYPERLINK l _Toc27993 4.3 手機(jī)操縱端軟件設(shè)計(jì)代碼 PAGEREF _Toc27993 23 HYPERLINK l _Toc10912 4.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc10912 27 HYPERLINK l _Toc3625 第五章 系統(tǒng)服務(wù)端的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGERE

8、F _Toc3625 28 HYPERLINK l _Toc24483 5.1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc24483 28 HYPERLINK l _Toc19553 5.1.1 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊 PAGEREF _Toc19553 28 HYPERLINK l _Toc8787 5.2 命令解析的模塊的作用 PAGEREF _Toc8787 29 HYPERLINK l _Toc19690 5.3 命令處理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc19690 29 HYPERLINK l _Toc1293 5.4 用手機(jī)操縱LED燈來(lái)模擬手機(jī)操縱家電系統(tǒng)電路圖 PAG

9、EREF _Toc1293 30 HYPERLINK l _Toc15710 5.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc15710 31 HYPERLINK l _Toc6383 第六章 結(jié)束語(yǔ) PAGEREF _Toc6383 33 HYPERLINK l _Toc17573 6.1 本文工作 PAGEREF _Toc17573 33 HYPERLINK l _Toc25207 6.2 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc25207 34緒論本章要緊闡述本文寫(xiě)作的課題來(lái)源、研究現(xiàn)狀、研究意義以及研究目的。 1.1 課題背景1.1.1 課題來(lái)源智能家居是物聯(lián)網(wǎng)在家庭中的體現(xiàn)，不只是為人們提供了

10、安全、便利、舒適的生活設(shè)施，而且還能夠保證人們居住環(huán)境環(huán)保節(jié)能。隨著越來(lái)越多的家電逐漸的走進(jìn)了千家萬(wàn)戶(hù)，因此專(zhuān)門(mén)多家庭迫切的需要集中地對(duì)家電進(jìn)行操縱，因此需要引入智能家居。智能家居要緊是通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)來(lái)操縱家庭中的家電設(shè)備，如電燈設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、電視設(shè)備、冰箱設(shè)備等。 目前，智能家居操縱系統(tǒng)要緊是采納以下三種操縱方案：（1）鍵盤(pán)、紅外線遙控器、觸摸平板等作為操縱終端，這些方式需要對(duì)操縱終端的軟硬件分不進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)成本較高，此外它們僅支持本地操縱不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操縱；（2）PC 機(jī)作為操縱終端，這種方式存在特不明顯的成本高、不易攜帶、體積大等問(wèn)題，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代智能家居操縱系統(tǒng)的需求；（3）手機(jī)作

11、為操縱終端，這種方式為用戶(hù)提供方便的、快捷的、統(tǒng)一的操縱終端，然而目前采納手機(jī)作為操縱終端的系統(tǒng)大多采納按鍵的方式，用戶(hù)體驗(yàn)不行，而且操作復(fù)雜。 隨著智能手機(jī)的日益普及，智能手機(jī)可通過(guò)自身的各種傳感器、藍(lán)牙、Wi-Fi、GSM 等多種方式操縱智能家電，為用戶(hù)提供多種交互方式，其成為智能家居的主流操縱終端是智能家居操縱系統(tǒng)以后進(jìn)展的趨勢(shì)?；?Android 操作系統(tǒng)的智能手機(jī)進(jìn)展迅速，據(jù)市場(chǎng)研究公司 IDC 公布最新的報(bào)告顯示，安裝 Android 操作系統(tǒng)的手機(jī)市場(chǎng)占有率差不多達(dá)到 75%。2011 年 Google 在 I/O 年度開(kāi)發(fā)者大會(huì)上公布AndroidHome 項(xiàng)目，該項(xiàng)目使用

12、Android 手機(jī)或者平板電腦操縱電燈、咖啡機(jī)、無(wú)線立體聲系統(tǒng)，使基于 Android 系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)入智能家居領(lǐng)域，能夠預(yù)見(jiàn)基于Android 系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操縱系統(tǒng)將成為智能家居操縱系統(tǒng)的重要組成部分。1.1.2研究意義隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅速進(jìn)展，家居的信息化程度越來(lái)越高，人們希望隨時(shí)隨地操縱家居，制造更加智能化、自動(dòng)化、人性化的居住環(huán)境。人們希望遠(yuǎn)程操縱電飯煲、熱水器等，回到家便能夠吃飯洗澡；希望遠(yuǎn)程監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境，隨時(shí)了解家庭情況，尤其是家中有孤寡老人或小小孩；目前，智能家居差不多能夠與家庭外部環(huán)境進(jìn)行信息的交互，使得這一切逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，正逐漸改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞?，家庭的自?dòng)

13、化、智能化將逐步進(jìn)入人們的日常生活。 伴隨智能家居的不斷進(jìn)展，進(jìn)入家庭中的智能家電也越來(lái)越多，對(duì)各種家居設(shè)備的操縱越來(lái)越重要，因此研究智能家居操縱系統(tǒng)是特不必要的。智能家居操縱系統(tǒng)的研究使用戶(hù)更加方便操縱家電設(shè)備，提高家居生活的便利性，差不多成為智能家居系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及進(jìn)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）自 1998 年以來(lái)，信息、家電、通信廠商開(kāi)始廣泛關(guān)注智能家居操縱領(lǐng)域，許多公司將智能家居操縱系統(tǒng)作為公司的戰(zhàn)略進(jìn)展項(xiàng)目，如 IBM、Microsoft、HP、Intel、Cisco、3Com、Ericsson、Sony 等計(jì)算機(jī)軟硬件、家電、通信廠商紛紛投資于智能家居操縱產(chǎn)

14、品的研發(fā)與設(shè)計(jì)。 通過(guò)多年的進(jìn)展，智能家居操縱系統(tǒng)經(jīng)歷以下三個(gè)時(shí)期：（1）家庭電子化，要緊是沒(méi)有構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的單個(gè)電器；（2）住宅自動(dòng)化，部分的家電為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)單一功能構(gòu)建簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)；（3）家居智能化，所有家電通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互連接、相互配合工作，為用戶(hù)提供安全、舒適的家庭生活。 1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀： 在智能家居操縱系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)方面，歐美國(guó)家起步較早，目前處于領(lǐng)先地位。近年來(lái)，以谷歌、迪斯尼公司及國(guó)際商用機(jī)器公司（International Business Machines，IBM）等為首的多家國(guó)外知名企業(yè)，先后投身于智能家居操縱系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)中。例如：谷歌的 AndroidHome 項(xiàng)目、

15、迪斯尼公司與微軟、惠普共同設(shè)計(jì)的 Innoventions Dream Home、IBM 公司開(kāi)發(fā)的 Home Director 等均以日趨穩(wěn)定的技術(shù)和強(qiáng)大的研發(fā)能力設(shè)計(jì)和提供了智能家居操縱系統(tǒng)的解決方案。國(guó)外要緊的產(chǎn)品有： 1. X-10 系統(tǒng)，X-10 系統(tǒng)將 220V 的電力線作為家庭網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸介質(zhì)，通過(guò)電力線傳播 X-10 信息來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居的操縱。由于該系統(tǒng)具有成本高、部署難度大的缺點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)一直沒(méi)有打開(kāi)市場(chǎng)。 2. 電氣安裝總線（Electrical Installation Bus，EIB）系統(tǒng)，該系統(tǒng)以預(yù)埋總線作為傳輸介質(zhì)通過(guò)中央操縱的方式進(jìn)行家居操縱。 3. 8X 系統(tǒng)

16、 ，該系統(tǒng)使用預(yù)處理總線作為信息傳輸介質(zhì)，通過(guò)集中操縱方式來(lái)實(shí)現(xiàn)家居操縱，具有良好的擴(kuò)展性同時(shí)技術(shù)比較成熟。 4. AndroidHome，隨著智能手機(jī)的日益普及，2011 年 Google 推出此智能家居操縱方案，該方案利用 Android 智能終端與中央操縱器進(jìn)行通信，中央操縱器通過(guò) 2.4GHz 轉(zhuǎn) 900MHz 轉(zhuǎn)換器將操縱命令發(fā)送給相關(guān)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)燈、飲水機(jī)等設(shè)備的操縱，能夠播放無(wú)線立體聲音響系統(tǒng)，目前該方案還在研發(fā)當(dāng)中。 1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 ：智能家居操縱系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)進(jìn)展比較晚，目前也有一些企業(yè)使用國(guó)外提出的技術(shù)推出了自己的產(chǎn)品，要緊有： 1. 海爾的“e 家庭”，該系統(tǒng)將海爾電

17、腦和海爾手機(jī)分不作為操縱中心和移動(dòng)數(shù)字操縱中心，同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)家電設(shè)備作為終端設(shè)備。如此使用海爾的產(chǎn)品能夠打造出一個(gè)完整的“e 家庭”。 2. 清華同方的 e-home 數(shù)字家園，該系統(tǒng)遵循國(guó)際家居操縱系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采納嵌入式軟硬件技術(shù)提供符合中國(guó)國(guó)情的家庭自動(dòng)化產(chǎn)品。 3. 科龍集團(tuán)的“現(xiàn)代家居信息服務(wù)集散操縱系統(tǒng)”，該系統(tǒng)以基于 OSGi規(guī)范的家庭服務(wù)器為操縱中心，在家庭內(nèi)外兼容各種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，為用戶(hù)提供遠(yuǎn)程家電操縱和家庭娛樂(lè)的服務(wù)。 目前，國(guó)內(nèi)的智能家居操縱系統(tǒng)產(chǎn)品具有操作復(fù)雜、價(jià)格高、部署難的特點(diǎn)，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比還有一定的差距。只是相信隨著對(duì)智能家居操縱系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)會(huì)設(shè)計(jì)出操作

18、簡(jiǎn)單、成本低的智能家居操縱系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)的智能家居操縱系統(tǒng)產(chǎn)品具有操作復(fù)雜、價(jià)格高、部署難的特點(diǎn)，與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比還有一定的差距。只是相信隨著對(duì)智能家居操縱系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)會(huì)設(shè)計(jì)出操作簡(jiǎn)單、成本低的智能家居操縱系統(tǒng)。1.2.3進(jìn)展趨勢(shì)及文獻(xiàn)綜述：智能家業(yè)的進(jìn)展趨勢(shì):智能家居一直有著解決方案性能單一、價(jià)格高、難以規(guī)模推廣的進(jìn)展瓶頸,但隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展和人民生活水平的提高,物聯(lián)網(wǎng)智能家居的應(yīng)用需求日益增強(qiáng),物聯(lián)網(wǎng)智能家居行業(yè)將打開(kāi)新的局面。智能家居涉及裝修、通信、網(wǎng)絡(luò)電子傳感器、家電等多個(gè)領(lǐng)域,滲透到生活的各個(gè)方面,可帶動(dòng)多個(gè)行業(yè)共同進(jìn)展。之前的智能家居概念,各子系統(tǒng)不能統(tǒng)一操縱,相互協(xié)調(diào),

19、網(wǎng)絡(luò)的潛能、優(yōu)勢(shì)尚未有效的開(kāi)發(fā),而物聯(lián)網(wǎng)智能家居則會(huì)打破這一局面。因此只能家居的進(jìn)展趨勢(shì)特不行。 文獻(xiàn)綜述：淺析智能家居進(jìn)展方向（千家網(wǎng)）：隨著市場(chǎng)的逐步打開(kāi)及時(shí)代的進(jìn)展， HYPERLINK /res/News/Search?Keyword=%E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85&System=%E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85 o 智能家居 t _blank 智能家居的進(jìn)展方向逐步從偏技術(shù)轉(zhuǎn)向偏用戶(hù)。家庭 HYPERLINK /html/2013-05/13_205514.html o 能源治理 t _blank 能源

20、治理、用戶(hù)體驗(yàn)、開(kāi)放式的家庭信息平臺(tái)以及個(gè)性化的增值服務(wù)逐漸成為各廠商重點(diǎn)投入的方向。簡(jiǎn)單的無(wú)線部署以往智能家居系統(tǒng)的 HYPERLINK /res/News/Search?Keyword=%E5%B8%83%E7%BA%BF&System=%E5%8D%83%E5%AE%B6%E7%BD%91 o 綜合布線 t _blank 綜合布線使得智能家居產(chǎn)品一直懸于市場(chǎng)的高端。裝修前需要專(zhuān)業(yè)人士的設(shè)計(jì)和 HYPERLINK /res/News/Search?Keyword=%E6%B6%B2%E6%99%B6%E5%B1%8F%E6%8E%A5%E5%B1%8F&System=%E5%8D%83%E

21、5%AE%B6%E7%BD%91 o 布線 t _blank 布線也是制約智能家居進(jìn)展的一大因素。為解決有線弊端， HYPERLINK /res/News/Search?Keyword=%E7%BD%91%E7%BB%9C&System=%E5%8D%83%E5%AE%B6%E7%BD%91 o 數(shù)字 t _blank 數(shù)字 HYPERLINK /res/News/Search?Keyword=%E5%AE%89%E9%98%B2%E8%A1%8C%E4%B8%9A&System=%E5%8D%83%E5%AE%B6%E7%BD%91 o 無(wú)線技術(shù) t _blank 無(wú)線技術(shù)在全球得到大規(guī)模進(jìn)

22、展，其便利、靈活、無(wú)盲點(diǎn)等特征倍受青睞。也許幾年之后，綜合布線將會(huì)成為人們經(jīng)歷中的往事。家庭能源治理隨著全球能源問(wèn)題日漸突出，節(jié)能減排是必定的進(jìn)展趨勢(shì)。而智能家居系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)家電的用電情況，能夠依照情況自動(dòng)切斷待機(jī)電器的電源，如此即方便我們操縱家電又能做到節(jié)能環(huán)保。據(jù)統(tǒng)計(jì)，假如每個(gè)人都及時(shí)關(guān)閉待機(jī)電器的電源，節(jié)約的電能能夠供應(yīng)東北三省所有的家庭用電。以一戶(hù)一般三室戶(hù)為例，假如及時(shí)關(guān)閉待機(jī)電器電源，能夠?yàn)槠涔?jié)約約33%左右的電?？梢?jiàn)智能家居系統(tǒng)在家庭能源治理方面能為節(jié)能減排做出不小的貢獻(xiàn)。用戶(hù)體驗(yàn)隨著 HYPERLINK /res/News/Search?Keyword=%E9%80%9A

23、%E9%81%93%E7%AE%A1%E7%90%86&System=%E5%8D%83%E5%AE%B6%E7%BD%91 o iP t _blank iPhone的誕生，人們對(duì)手機(jī)的體驗(yàn)有了全新的認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)。逐漸地用戶(hù)開(kāi)始對(duì)產(chǎn)品的外觀、使用提出了更高的需求，使得用戶(hù)體驗(yàn)越來(lái)越占有智能家居產(chǎn)品的重要地位。更快捷的操縱方式、更簡(jiǎn)單的操作界面、更多平臺(tái)的終端操縱、更自然的人機(jī)交互過(guò)程給智能家居廠商提出了更高的要求。一個(gè)優(yōu)秀的智能家居產(chǎn)品必需要一套優(yōu)秀的用戶(hù)體驗(yàn)方案來(lái)支撐。針對(duì)擁有眾多不同情況的用戶(hù)就需要考慮更多的細(xì)節(jié)。比如軟件的操縱流程要盡可能簡(jiǎn)單，應(yīng)用結(jié)構(gòu)也要盡可能簡(jiǎn)單，讓老人或小孩都能專(zhuān)門(mén)方

24、便的進(jìn)行操作。同時(shí)，在界面設(shè)計(jì)中，按鈕要盡量清晰，盡量大，同時(shí)按照符合人們?nèi)粘＿m應(yīng)進(jìn)行顏色的區(qū)分，比如紅色代表警告，灰色代表取消等等。另外還要依照不同的終端設(shè)備設(shè)計(jì)不同的界面布局。比如觸摸手機(jī)一般是單手操作，因此在界面布局時(shí)就要考慮單手操作的方便性，與平板電腦的界面就有所不同。語(yǔ)言是人類(lèi)最差不多最直接的交流方式。因此智能家居系統(tǒng)的進(jìn)展必定會(huì)向著語(yǔ)音識(shí)不技術(shù)及傳感識(shí)不技術(shù)的方向進(jìn)展。最終達(dá)到人們與系統(tǒng)間能夠進(jìn)行越來(lái)越自然的交互，從而真正做到“智能”，真正使智能家居融入家庭，融入生活。開(kāi)放式的家庭信息平臺(tái)智能家居系統(tǒng)不能僅僅局限于感知與操縱，而應(yīng)該包含與家庭有關(guān)的任何信息的集中治理。因此智能家居系

25、統(tǒng)需要開(kāi)放式的家庭信息平臺(tái)。平臺(tái)上能夠集成與家庭有關(guān)的繳費(fèi)信息如水電煤的賬單推送及在線繳費(fèi)。也能夠集成按家庭地理位置推送的周邊商戶(hù)的促銷(xiāo)信息。假如與社區(qū)對(duì)接，可將社區(qū)信息、通知、活動(dòng)信息等內(nèi)容推送到家中的智能家居系統(tǒng)中。1.3本課題研究?jī)?nèi)容 課題致力于研究一套完整的智能家居操縱系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)間的互聯(lián)和信息通信，以及統(tǒng)一治理各個(gè)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)要緊由智能家居操縱系統(tǒng)核心中央主操縱器、子系統(tǒng)終端分操縱器和移動(dòng)手機(jī)操縱端系統(tǒng)三部分組成，采納無(wú)線技術(shù)組建網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的信息通信，從而實(shí)現(xiàn)操縱功能。本課題的具體研究?jī)?nèi)容如下： 1、智能家居系統(tǒng)核心操縱平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 以12C5A60S2微處理器

26、的硬件平臺(tái)，結(jié)合WIFI無(wú)線通信模塊 搭建中央主操縱器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為操作系統(tǒng)提供必要的運(yùn)行的環(huán)境，操縱家電儀器。 2、移動(dòng)手機(jī)操縱端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 設(shè)計(jì)以Android智能手機(jī)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)一款可通過(guò)WiFi向操縱器發(fā)送和接收命令的手機(jī)客戶(hù)端。本課題研究方案是：因條件有限，家電的集成化，本課題中對(duì)家電的操縱將采納模擬的方法，即操縱LED的亮滅來(lái)代替對(duì)家電的操縱。研究方案：1、搭建硬件平臺(tái)：搭建好以12C5A60S2為核心處理器對(duì)LED的操縱裝置。2、配置網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：驅(qū)動(dòng)wifi模塊 ，配置好網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。3、手機(jī)客戶(hù)端的實(shí)現(xiàn)與操縱：安裝手機(jī)APP，向系統(tǒng)發(fā)送命令。4、系統(tǒng)運(yùn)行：運(yùn)行系統(tǒng)，看能否實(shí)現(xiàn)手機(jī)通過(guò)

27、WiFi對(duì)LED的操縱。1.4 章節(jié)安排 本文其余章節(jié)安排如下： 第二章：對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所需的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究和分析。首先介紹了 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的差不多結(jié)構(gòu)、Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的工作原理。第三章：基于智能手機(jī)的家居操縱系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計(jì)。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體的需求分析，然后對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，接著對(duì)系統(tǒng)各組成模塊進(jìn)行劃分和設(shè)計(jì)。第四章：手機(jī)操縱端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第五章：系統(tǒng)服務(wù)端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第六章：系統(tǒng)測(cè)試，本章首先介紹系統(tǒng)測(cè)試的軟硬件環(huán)境，然后描述系統(tǒng)各組成模塊的功能測(cè)試，最后對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行測(cè)試。第七章：結(jié)束語(yǔ)。本章總結(jié)了本文的工作，討論了本文需改進(jìn)的地點(diǎn)。第二章 相關(guān)技術(shù)研究及

28、分析本章介紹了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的相關(guān)技術(shù)，Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的差不多結(jié)構(gòu)、Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的工作原理。2.1 Wi-Fi 技術(shù)研究2.1.1 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的差不多結(jié)構(gòu) 1.Wi-Fi 協(xié)議 Wi-Fi 即 IEEE 802.11 協(xié)議15 ，是無(wú)線局域網(wǎng)（Wireless Local Area Networks，WLAN）技術(shù)IEEE 802.11 系列標(biāo)準(zhǔn)的商用名稱(chēng)，是一種可將個(gè)人電腦、手機(jī)、平板電腦、掌上電腦（Personal Digital Assistant，PDA）等終端通過(guò)無(wú)線進(jìn)行互連的技術(shù)；目前，IEEE 802.11 標(biāo)準(zhǔn)包括 IEEE 802.11a、IEEE 802.11b

29、以及 IEEE 802.11g三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)稱(chēng)為 Wi-Fi。 與其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議類(lèi)似，Wi-Fi 協(xié)議也是按照層次來(lái)組織的。Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括邏輯鏈路操縱層 (Logical Link Control，LLC)、介質(zhì)訪問(wèn)操縱層（Medium Access Control，MAC）、物理層，由 IEEE 802.11 協(xié)議定義。 1）物理層:802.11a 采納正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)，定義了工作在 5GHz 頻段數(shù)據(jù)傳輸率為 54Mpbs 的物理層；802.11b 采納補(bǔ)碼鍵控技術(shù)和直接序列擴(kuò)頻（D

30、irect Sequence Spread Spectrum，DSSS）技術(shù)，定義了工作在 2.4GHz 頻段數(shù)據(jù)傳輸率為 11Mpbs 的物理層；而 802.11g 在 2.4GHz 的頻段采納正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)，使得物理層的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)到 54Mbps。 2）MAC 層：IEEE 802.11 工作組為所有物理層定義一個(gè)公共的 MAC 層，有利于對(duì)物理層進(jìn)行治理。MAC 層除了處理物理層無(wú)線信道接入外，還具有如下的功能：采納載波偵聽(tīng)多點(diǎn)接入/沖突幸免（Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA）協(xié)議解決

31、數(shù)據(jù)沖突、網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)同步、支持個(gè)人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Personal Area Net，PAN）鏈路的建立和斷開(kāi)等。 3）LLC 層：對(duì)網(wǎng)絡(luò)層提供抽象的鏈路層驅(qū)動(dòng)，屏蔽底層不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)硬件，并依照 48 位的 MAC 地址為無(wú)線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接提供方便。 2.Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的差不多構(gòu)成 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)由站點(diǎn)（Station）、差不多服務(wù)單元（Basic Service Set，BSS）、分配系統(tǒng)（Distribution System，DS）、接入點(diǎn)（Access Point，AP）、擴(kuò)展服務(wù)單元（Extended Service Set，ESS）、關(guān)口（Portal）等六部分組成，下面詳細(xì)講

32、明這些組成部分。 1）Station：網(wǎng)絡(luò)最差不多的組成部分，既能夠是平板電腦、手機(jī)、PDA 等手持無(wú)線設(shè)備，也能夠是一臺(tái)一般的個(gè)人電腦。 2）BSS：Wi-Fi 協(xié)議規(guī)定的無(wú)線局域網(wǎng)的最小組成單元，由一個(gè)基站和若干個(gè)站點(diǎn)組成。一個(gè) BSS 內(nèi)的站點(diǎn)能夠相互直接通信，然而當(dāng)與此 BSS 外的站點(diǎn)進(jìn)行通信時(shí)則需通過(guò)此 BSS 的基站。 3）DS：用于連接不同的 BSS。DS 通過(guò)邏輯服務(wù)給目標(biāo)站點(diǎn)匹配站點(diǎn)，使得在多個(gè) BSS 之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫整合。另外，盡管 DS 和 BSS 物理上可能會(huì)是同一個(gè)媒介，但 DS 使用的媒介在邏輯上和 BSS 是截然不同的。 4）AP：是 BSS 里面的基站，其作用與

33、網(wǎng)橋相似。 5）ESS：由 DS 和 BSS 組合而成。一個(gè) BSS 即可單獨(dú)存在，也可通過(guò)接入點(diǎn)接入到主干 DS 中與另一個(gè) BSS 相連就構(gòu)成一個(gè) ESS。 6）Portal：是無(wú)線局域網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的橋接點(diǎn)。 2.1.2 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)工作原理 1.Wi-Fi 工作的差不多原理 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)工作至少需要一個(gè)接入點(diǎn)和一個(gè)客戶(hù)端。接入點(diǎn)每隔 100 毫秒會(huì)將服務(wù)單元標(biāo)識(shí)（Service Set Identifier，SSID）經(jīng)由信號(hào)臺(tái)（beacons）封包廣播一次，信號(hào)臺(tái)封包的傳輸速率是 1 Mbps 且數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度特不短，因此廣播動(dòng)作對(duì)網(wǎng)絡(luò)的阻礙能夠忽略不計(jì)。由于 Wi-Fi 協(xié)議

34、指定的最小傳輸速率是 1 Mbps ，因此可保證所有的 Wi-Fi 客戶(hù)端均可收到 SSID 廣播封包，客戶(hù)端可依照 SSID 的名稱(chēng)以及信號(hào)的強(qiáng)度選擇與某個(gè) SSID 連接。 2.Wi-Fi 的工作方式 Wi-Fi 提供了兩種差不多的工作模式：Infrastructure 模式和 Ad-hoc 模式。Infrastructure 模式由一個(gè)無(wú)線接入點(diǎn)和多個(gè)無(wú)線終端站點(diǎn)組成，要緊為無(wú)線接入點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)的各站點(diǎn)提供服務(wù)。Ad-hoc 模式也稱(chēng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式（Pear to Pear 模式），由一組無(wú)線終端組成，作為獨(dú)立的差不多服務(wù)單元，此模式不需要其他額外設(shè)施的支持即可使覆蓋范圍內(nèi)的站點(diǎn)通信。 2

35、.2 本章小結(jié) 本章要緊介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中使用的 Wi-Fi 通信技術(shù)，介紹了 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的差不多結(jié)構(gòu)、工作原理?；谥悄苁謾C(jī)的家居操縱系統(tǒng)的總體分析與設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)總體需求分析 本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是以 Wi-Fi 通信技術(shù)為基礎(chǔ)，以智能手機(jī)作為操縱終端，用戶(hù)只要使用手機(jī)終端簡(jiǎn)單地執(zhí)行幾個(gè)操作就能夠方便地操縱家庭中的家電設(shè)備，下面從功能與非功能兩個(gè)方面來(lái)分析系統(tǒng)的需求。 3.1.1 功能性需求 1.家電操縱功能：由于現(xiàn)在家庭中的家電設(shè)備比較多，采納集中操縱的方式是一個(gè)理想的選擇。那個(gè)地點(diǎn)采納家居服務(wù)器作為家電操縱中心，用戶(hù)使用操縱終端通過(guò) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)與家居服務(wù)器進(jìn)行信息交換

36、，進(jìn)而集中操縱各種家電和設(shè)備，同時(shí)家居服務(wù)器還可接入 Internet，使得用戶(hù)能夠在家庭以外的地點(diǎn)通過(guò) Internet 遠(yuǎn)程操縱電燈、空調(diào)、熱水器等家電設(shè)備。為了使用戶(hù)方便、快捷地以一種自然的方式進(jìn)行家居操縱。 2.Wi-Fi 設(shè)備配置功能：目前一個(gè) Wi-Fi 設(shè)備接入 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先搜索附近的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，從搜索到的 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)列表中選中需要連接的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，然后手動(dòng)輸入相應(yīng)密碼后建立網(wǎng)絡(luò)連接，過(guò)程比較繁瑣。在家庭網(wǎng)絡(luò)中，家電設(shè)備會(huì)經(jīng)常更換、變動(dòng)位置，使得這種配置方式難以用于家電設(shè)備。為此本文提出了一種使用移動(dòng)終端通過(guò) Wi-Fi 配置入網(wǎng)設(shè)備的簡(jiǎn)單方法，通過(guò)該

37、方法手機(jī)操縱終端能夠一種簡(jiǎn)單的方式將 Wi-Fi 家電設(shè)備注冊(cè)到家庭網(wǎng)絡(luò)中。結(jié)合上述功能給出的圖例，如圖3.1所示： 家電操縱 Wifi設(shè)置配置用戶(hù) 圖 非功能性需求本系統(tǒng)屬于家庭操縱領(lǐng)域，且與人們的日常生活緊密相關(guān)，因此除了滿(mǎn)足上述功能外，還需滿(mǎn)足下列非功能性需求。操作方便：由于本系統(tǒng)將用于家庭中，因而需使得家庭中不同年齡段的人均能夠方便地進(jìn)行操作，否則會(huì)大大阻礙系統(tǒng)的適用范圍。兼容性好：系統(tǒng)以手機(jī)作為操縱終端，因此軟件必須能夠兼容不同品牌、不同型號(hào)的智能手機(jī)。 3.功耗低：目前手機(jī)的功耗問(wèn)題要緊集中在對(duì)電量、CPU 以及內(nèi)存消耗等方面。本系統(tǒng)只需安裝一般軟件，可不能占用太多

38、內(nèi)存。3.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)智能家居操縱系統(tǒng)需遵循的原則： 可靠性：系統(tǒng)應(yīng)用于家庭操縱領(lǐng)域，可靠性是首先需要考慮的原則，因?yàn)橹悄芗揖硬倏v與人們的生活息息相關(guān)，需要高可靠性，假如經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)對(duì)人們的生活帶來(lái)專(zhuān)門(mén)大的不便，會(huì)大大降低智能家居的有用性，阻礙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初衷，故整個(gè)系統(tǒng)必須具有高可靠的工作能力。安全性：本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)與用戶(hù)的家庭生活和家電設(shè)備相關(guān)，系統(tǒng)必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕謾C(jī)操縱端和家居服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)采納 WS-Security 規(guī)范，WS-Security 能夠滿(mǎn)足傳輸消息的完整性和機(jī)密性要求。 有用性：即設(shè)計(jì)的系統(tǒng)必須要貼近人們的生活，不能漫無(wú)

39、邊際、天馬行空脫離實(shí)際需求，同時(shí)還需考慮系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中的便捷性、易操作性以及普及性。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使得用戶(hù)可通過(guò)手機(jī)簡(jiǎn)單方便地操控家電設(shè)備，操作方式自然簡(jiǎn)單，易于推廣。 經(jīng)濟(jì)性：作為一般家庭使用的家居操縱系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性是必須要考慮的因素，不能因?yàn)樽非蠹夹g(shù)領(lǐng)先性和高端形象，使系統(tǒng)需要付出幾倍于其他系統(tǒng)的代價(jià)。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中僅使用常見(jiàn)的 Android 手機(jī)和一般的 PC 機(jī)以及普遍存在的Wi-Fi 設(shè)備，與其他同類(lèi)系統(tǒng)相比成本比較低?？蓴U(kuò)展性：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能設(shè)備的不斷進(jìn)展，家居操縱的需求會(huì)不斷發(fā)生變化，這就要求系統(tǒng)必須良好的可擴(kuò)展性。為了方便添加新功能或修復(fù)現(xiàn)有功能，對(duì)本文的系統(tǒng)進(jìn)行層

40、次化設(shè)計(jì)，對(duì)功能進(jìn)行模塊劃分，使得系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性。 3.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)智能家居手機(jī)操縱家電系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)使用一般的 PC 機(jī)作為智能家居操縱系統(tǒng)的家居服務(wù)器和 Web 服務(wù)器，以 Wi-Fi 協(xié)議作為基礎(chǔ)構(gòu)建家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，Android智能手機(jī)作為操縱終端。在家庭中時(shí)，Android 手機(jī)通過(guò) Wi-Fi 向家居服務(wù)器發(fā)送操縱命令，然后家居服務(wù)器通過(guò) Wi-Fi 家庭網(wǎng)絡(luò)將操縱命令傳送到相應(yīng)的家電設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)操縱家電設(shè)備的功能。3.3.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模塊功能分析依照系統(tǒng)的需求在結(jié)構(gòu)上把系統(tǒng)分為手機(jī)操縱端和服務(wù)端，同時(shí)手機(jī)操縱端和服務(wù)端均采納模塊化設(shè)計(jì)。

41、其中，手機(jī)操縱端包括家電操縱、入網(wǎng)設(shè)備配置;服務(wù)端包括數(shù)據(jù)存取、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、命令解析、命令處理模塊，如圖 3.2所示。 命令處理命令解析wifi服務(wù)模塊入網(wǎng)設(shè)備配置家電操縱Wifi家電設(shè)備wifiAndroid內(nèi)核wifiwifi數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)庫(kù)手機(jī)操縱端 服務(wù)端 圖3.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖1.手機(jī)操縱端手機(jī)操縱端軟件基于 Android 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，進(jìn)行操縱時(shí)首先將操縱命令發(fā)送到服務(wù)端，服務(wù)端軟件解析操縱命令，然后再將操縱指令發(fā)送給相應(yīng)設(shè)備來(lái)完成用戶(hù)的需求。手機(jī)操縱端軟件采納模塊化的設(shè)計(jì)思想，各模塊實(shí)現(xiàn)具體的功能，各個(gè)模塊之間的耦合度低。從圖 3.2能夠看出，手機(jī)操縱端軟件分為家電操縱、入網(wǎng)設(shè)備配置

42、。 EQ oac(,1)家電操縱模塊：該模塊為用戶(hù)提供一種自然的手機(jī)操縱方式來(lái)進(jìn)行家電操縱，識(shí)不用戶(hù)發(fā)出的操縱命令后，將識(shí)不出的操縱命令發(fā)送到服務(wù)端，服務(wù)端依照這些操縱命令為用戶(hù)執(zhí)行相關(guān)的操作。 EQ oac(,2)入網(wǎng)設(shè)備配置模塊：該模塊負(fù)責(zé)將 Wi-Fi 家居設(shè)備注冊(cè)到家居操縱系統(tǒng)中，使得用戶(hù)能夠通過(guò)手機(jī)操縱端軟件操縱新加入的家居設(shè)備，該模塊通過(guò) Wi-Fi 能方便簡(jiǎn)單地配置 Wi-Fi 家電入網(wǎng)設(shè)備，大大提高系統(tǒng)的有用性。 2.服務(wù)端 服務(wù)端軟件分為四個(gè)模塊，分不是數(shù)據(jù)存取模塊、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊、命令解析模塊、命令處理模塊?？傮w上采納模塊化設(shè)計(jì)，以下對(duì)每個(gè)模塊分不進(jìn)行分析。 EQ oac(,

43、1)數(shù)據(jù)存取模塊：該模塊位于數(shù)據(jù)庫(kù)治理系統(tǒng)和業(yè)務(wù)邏輯之間，向上為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)存取服務(wù)，向下屏蔽不同數(shù)據(jù)庫(kù)的差異。當(dāng)前系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)治理系統(tǒng)是 MySQL Server 5.6.10，為了保證系統(tǒng)擴(kuò)展性和可維護(hù)性，當(dāng)前在操作數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)均采納標(biāo)準(zhǔn)的 SQL 語(yǔ)句，并將數(shù)據(jù)庫(kù)操作均封裝在本模塊中，以函數(shù)方式提供給業(yè)務(wù)邏輯層。 EQ oac(,2)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊：該模塊是采納Wi-Fi 服務(wù)模塊為用戶(hù)提供 Wi-Fi 這種通信方式，使得用戶(hù)在家里能夠操縱家電設(shè)備。該模塊要緊負(fù)責(zé)與手機(jī)操縱端進(jìn)行連接、身份認(rèn)證以及接收操縱命令。其中，手機(jī)操縱端通過(guò) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)與Wi-Fi 服務(wù)模塊建立TCP 連

44、接，進(jìn)而使用 Socket 技術(shù)向 Wi-Fi服務(wù)模塊發(fā)送操縱命令。 EQ oac(,3)命令解析模塊：該模塊相當(dāng)于一個(gè)操縱器，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊獲得的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，在獵取數(shù)據(jù)包中設(shè)備名稱(chēng)、設(shè)備地址以及操縱命令等信息后，將這些信息傳輸給相應(yīng)的命令處理子模塊處理相應(yīng)的命令。 EQ oac(,4)命令處理模塊：不同的操縱命令實(shí)現(xiàn)不同的功能，該模塊里面包含發(fā)覺(jué)服務(wù)器、家電操縱等子模塊，而每個(gè)子模塊又能夠處理多個(gè)操縱命令，該模塊是系統(tǒng)要緊的功能模塊。 3.4 本章小結(jié)本章首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體需求分析并給出系統(tǒng)的用例圖，然后介紹了智能家居操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，接著對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和體系架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上

45、進(jìn)行模塊劃分以及功能分析。手機(jī)操縱端的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的手機(jī)操縱端是基于 Android 平臺(tái)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，Android 平臺(tái)是 Google公布的基于 Linux 操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)平臺(tái)，該平臺(tái)由操作系統(tǒng)、中間件、用戶(hù)界面和應(yīng)用程序構(gòu)成，是主流的移動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。手機(jī)操縱端由家電操縱、入網(wǎng)設(shè)備注冊(cè)、以及交互模塊組成，下面對(duì)這些模塊詳細(xì)講明。4.1 家電操縱手機(jī)操縱端的家電操縱模塊使用基于智能手機(jī)設(shè)計(jì)的智能家居操縱軟件，用戶(hù)通過(guò)手機(jī)頁(yè)面操作來(lái)產(chǎn)生操縱命令，然后依照操縱命令對(duì)家電進(jìn)行操縱。其中，本文的基于智能手機(jī)操縱家電設(shè)計(jì)出來(lái)的軟件，通過(guò)用戶(hù)操作產(chǎn)生動(dòng)作執(zhí)行，這些過(guò)程再加上操縱命令產(chǎn)生和

46、設(shè)備執(zhí)行相應(yīng)操作就構(gòu)成了家電操縱的過(guò)程，如圖 4.1 所示。 軟件設(shè)計(jì)用戶(hù)操作設(shè)備執(zhí)行操作產(chǎn)生操縱命令動(dòng)作執(zhí)行軟圖4.1 手機(jī)端家電操縱過(guò)程首先對(duì)智能家居操縱家電系統(tǒng)的軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)軟件時(shí)需要掌握兩個(gè)差不多原則：（1）軟件應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，用戶(hù)能夠?qū)ｉT(mén)輕松地掌握和使用；（2）軟件設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合家電本身的特點(diǎn)。由于本系統(tǒng)要緊用于操縱電燈、電視、冰箱、空調(diào)等家電設(shè)備，因此需依照這些家電的特點(diǎn)設(shè)計(jì)軟件。4.1.1家電操縱的實(shí)現(xiàn)在用戶(hù)Wi-Fi 成功登錄后點(diǎn)擊家電操縱，家電操縱界面會(huì)列出注冊(cè)的所有家電設(shè)備，選擇其中的一個(gè)設(shè)備，就能夠使用之前設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行操縱，點(diǎn)開(kāi)的設(shè)備會(huì)顯示設(shè)備的當(dāng)前工作狀態(tài)。4.2 入

47、網(wǎng)設(shè)備注冊(cè)入網(wǎng)設(shè)備注冊(cè)模塊要緊負(fù)責(zé)將 Wi-Fi 家電設(shè)備注冊(cè)到家居操縱系統(tǒng)中，在該模塊中使用了一種簡(jiǎn)單的方法使用手機(jī)通過(guò) Wi-Fi 配置入網(wǎng)設(shè)備，只要點(diǎn)擊一次手機(jī)操縱端的添加入網(wǎng)設(shè)備，然后再按下入網(wǎng)設(shè)備的配置按鈕即可連接配置成功，并將入網(wǎng)設(shè)備的信息保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，配置成功后手機(jī)操縱端在家里就能夠操縱入網(wǎng)設(shè)備，簡(jiǎn)化了操作流程。 4.3 手機(jī)操縱端軟件設(shè)計(jì)代碼由于受條件限制，家電的集成化，本課題中對(duì)家電的操縱將采納模擬的方法，即操縱LED的亮滅來(lái)代替對(duì)家電的操縱。因此所寫(xiě)代碼也是操縱LED亮滅的代碼。代碼見(jiàn)附錄：4.4 本章小結(jié)本章首先對(duì)手機(jī)操縱端的家電操縱模塊進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，然后對(duì)家電操縱進(jìn)

48、行詳細(xì)介紹，接著介紹了入網(wǎng)設(shè)備注冊(cè)模塊，最后寫(xiě)出了手機(jī)操縱LED燈的軟件代碼。讓我們直觀的感受到智能家居手機(jī)操縱家電的可行性。系統(tǒng)服務(wù)端的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)服務(wù)端的功能模塊要緊由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、命令解析以及命令處理等模塊組成，下面對(duì)這三個(gè)模塊分不進(jìn)行詳細(xì)講明。5.1 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)運(yùn)行在服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，具體作用包括：監(jiān)聽(tīng)手機(jī)操縱端的連接請(qǐng)求，并與手機(jī)操縱端進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接；接收手機(jī)操縱端發(fā)送的操縱信息并交給命令解析模塊進(jìn)行處理；為了在家里能夠方便地進(jìn)行家居操縱，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了 WiFi網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊。 5.1.1 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊使用

49、Java 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，并采納目前常用的用戶(hù)數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）和傳輸操縱協(xié)議（Transmission Control Protocol ，TCP）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Java 編程語(yǔ)言能專(zhuān)門(mén)好地支持 UDP 和 TCP 協(xié)議，關(guān)于 UDP 協(xié)議，Java 提供了類(lèi) DatagramSocket、DatagramPacket、MulticastSocket；關(guān)于 TCP 協(xié)議，Java 提供了套接字（Socket）和 ServerSocket。UDP 協(xié)議是一種面向無(wú)連接的傳輸層協(xié)議，不提供數(shù)據(jù)包分組、排序和組裝的功能，無(wú)法獲知發(fā)送的數(shù)據(jù)包是否被接收者完整

50、地接收，提供簡(jiǎn)單不可靠的信息傳輸服務(wù)，適合傳輸數(shù)據(jù)較少的應(yīng)用場(chǎng)景，具有消耗額外資源少、傳輸速度快的特點(diǎn)；相反，TCP 是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸操縱協(xié)議，使用 TCP 進(jìn)行通信需要通過(guò)建立連接、傳輸數(shù)據(jù)、釋放連接三個(gè)過(guò)程，提供端到端全雙工傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，具有面向連接、可靠性高、傳輸速度慢的特點(diǎn)。Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊是手機(jī)操縱端和家居服務(wù)器通信的橋梁，用于交換兩者之間的數(shù)據(jù)，其將 TCP 和 UDP 協(xié)議作為其通信的底層傳輸協(xié)議。5.2 命令解析的模塊的作用命令解析模塊要緊負(fù)責(zé)解析網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊收到的數(shù)據(jù)報(bào)文，然后依照數(shù)據(jù)報(bào)文中包含的命令執(zhí)行命令處理模塊中相應(yīng)的功能。由于網(wǎng)絡(luò)服

51、務(wù)模塊會(huì)收到 UDP數(shù)據(jù)包、TCP 數(shù)據(jù)包兩種報(bào)文，因此命令解析模塊必須能夠解析這兩種報(bào)文。5.3 命令處理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)命令處理模塊依照命令解析模塊解析的結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊。依照系統(tǒng)的功能需求分析，系統(tǒng)將命令處理模塊化分為發(fā)覺(jué)服務(wù)器、家電操縱等功能。發(fā)覺(jué)服務(wù)器用戶(hù)在家庭內(nèi)通過(guò)手機(jī)操縱端軟件操縱家電設(shè)備時(shí)，必須要先找到家居服務(wù)器。手機(jī)操縱端軟件首先在家庭 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)中廣播包含發(fā)覺(jué)服務(wù)器命令的 UDP 數(shù)據(jù)包，當(dāng)服務(wù)端 Wi-Fi 服務(wù)模塊收到廣播的 UDP 數(shù)據(jù)包后，通過(guò)命令解析模塊獲得 UDP 數(shù)據(jù)包中的發(fā)覺(jué)服務(wù)器命令，接著執(zhí)行發(fā)覺(jué)服務(wù)器模塊將家居服務(wù)器的信息發(fā)送給手機(jī)操縱端。發(fā)覺(jué)

52、服務(wù)器模塊首先從 UDP 數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)部分提取手機(jī)操縱端用來(lái)接收 UDP 數(shù)據(jù)包的端口號(hào)，然后獵取家居服務(wù)器上所有的 IP 地址（一臺(tái)機(jī)器上可能有多個(gè) IP 地址），接著為每一個(gè) IP 地址分配一個(gè)可用的端口號(hào)，最后使用每個(gè) IP 地址及其端口號(hào)構(gòu)造一個(gè) UDP 數(shù)據(jù)包，并依照前面獵取的手機(jī)端接收UDP 數(shù)據(jù)包的端口號(hào)，將構(gòu)造的 UDP 數(shù)據(jù)包發(fā)送給手機(jī)操縱端。家電操縱當(dāng)用戶(hù)在手機(jī)操縱端點(diǎn)擊家電操縱時(shí)，系統(tǒng)服務(wù)端軟件會(huì)將家居操縱系統(tǒng)中注冊(cè)的所有家電設(shè)備發(fā)送給手機(jī)操縱端，然后用戶(hù)可選擇其中的某一個(gè)設(shè)備進(jìn)行操縱。用戶(hù)對(duì)某一設(shè)備操縱時(shí)會(huì)將設(shè)備的標(biāo)識(shí)符、操縱命令以及操縱參數(shù)會(huì)傳遞給家電操縱模塊，家電操

53、縱模塊通過(guò)設(shè)備的標(biāo)識(shí)符從數(shù)據(jù)庫(kù)中找到設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)地址以及端口號(hào)，然后依照網(wǎng)絡(luò)地址和端口號(hào)將操縱命令及其參數(shù)發(fā)送給相應(yīng)的設(shè)備。5.4 用手機(jī)操縱LED燈來(lái)模擬手機(jī)操縱家電系統(tǒng)電路圖由于條件限制，因此采納LED燈來(lái)代替家電，模擬手機(jī)操縱家電系統(tǒng)，電路圖如圖5.1。圖5.15.5 本章小結(jié)本章對(duì)系統(tǒng)服務(wù)端進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)與手機(jī)操縱端直接交互的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，該模塊由 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模塊組成，接著詳細(xì)分析了對(duì) UDP 數(shù)據(jù)包、TCP 數(shù)據(jù)包的解析，然后對(duì)系統(tǒng)的命令處理模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行講明，最后畫(huà)出用手機(jī)操縱LED燈來(lái)模擬手機(jī)操縱家電系統(tǒng)電路圖。結(jié)束語(yǔ) 6.1 本文工作本文首先介紹智能家居操縱系統(tǒng)的進(jìn)展現(xiàn)狀，然后討論了智能手機(jī)的快速進(jìn)展對(duì)智能家居操縱方式的阻礙，盡管差不多可預(yù)見(jiàn)以后手機(jī)將會(huì)成為智能家居系統(tǒng)的主流操縱終端，但由于目前市面上基于手機(jī)提供的操縱方式不夠便捷、自然，大大阻礙了用戶(hù)的使用體驗(yàn)。在如此的背景下，本文設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了基于智能手機(jī)的智能家居操縱系統(tǒng)，該系統(tǒng)綜合使用手機(jī)的加速度傳感器、陀螺儀進(jìn)行用戶(hù)手