基于Android的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)——客戶端及云服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

東 莞 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于android的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)客戶端及云服務(wù)器的實(shí)現(xiàn)摘要： 對基于zigbee 技術(shù)對嵌入式web 的智能家居遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。對家居設(shè)備通過zigbee 進(jìn)行無線組網(wǎng)，把家居設(shè)備的信息和數(shù)字視頻傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上，在因特網(wǎng)上設(shè)立一個(gè)無線視頻網(wǎng)關(guān)阿里云服務(wù)器，可供外部訪問；實(shí)現(xiàn)將家居信息如溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示并進(jìn)行后續(xù)的利用和控制；同時(shí)將收集各處傳輸進(jìn)來的數(shù)字視頻信息進(jìn)行后續(xù)的處理和識(shí)別。如入侵檢測，人臉檢測和識(shí)別等。智能家居又稱為智能住宅， 在國外常用smarthome 表示。與智能家居含義近似的有家庭自動(dòng)化（homeautomation）、電子家庭（electronic home、e-home）、數(shù)字家園（digitalfamily）、家庭網(wǎng)絡(luò)（home net/networks for home）、網(wǎng)絡(luò)家居（networkhome）、智能家庭/建筑（intelligent home/building）等。智能家居系統(tǒng)利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全。智能家居可以提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流通暢，優(yōu)化人們的生活方式，增強(qiáng)家居生活的安全性，甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。關(guān)鍵字：智能家居，zigbee 技術(shù)the smart home system based on android design - the client and the realization of the cloud serverabstract: based on zigbee technology based on embedded web research and design of smart home remote monitoring system. the household equipment through the zigbee wireless network, the household equipment information and digital video transmission on the internet network, on the internet to set up a wireless video gateway web server, available for external access; achieve real-time display information such as temperature and household for subsequent use and control; at the same time, will collect all the transmission in digital video information for subsequent processing and recognition. such as intrusion detection, face detection and recognition, etc.smart home is also known as smart home, usually in smart home abroad. with intelligent household meaning approximate home automation, home automation, electronic family (electronic home, e - home), digital home, digital family), the home network (home net/networks for home), network household (networkhome), intelligent family/building (intelligent home/building), etc.smart home system using advanced computer technology, network communication technology, integrated wiring technology, will and household life of the various subsystems organically unifies in together, through the overall management, let household life more comfortable and safe. function of smart home can provide a full range of information exchange, help keep families with external communication unobstructed, optimize peoples way of life, enhance the security of home life, even for a variety of energy cost savings.key words: intelligent household, zigbee technology目 錄1 緒 論11.1研究背景和意義11.2本設(shè)計(jì)所完成的工作22 總括42.1 智能家居發(fā)展概況42.1.1開發(fā)板主要參數(shù)42.1.2 主要研究內(nèi)容52.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案53 功能設(shè)計(jì)73.1 主界面73.1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)原則73.1.2 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)83.1.3 阿里云服務(wù)器端設(shè)計(jì)93.2 客戶機(jī)終端監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)103.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)113.4傳感器信息通過zigbee 傳輸123.4.1 directshow 視頻采集123.4.2 多線程技術(shù)及socket123.5 入侵檢測功能實(shí)現(xiàn)133.5.1功能描述133.5.2 溫控制143.5.3 人臉控制143.6 參考文獻(xiàn)153.6.1 總結(jié)153.6.2 畢業(yè)設(shè)計(jì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益分析。155. 總結(jié)19致謝201 畢業(yè)設(shè)計(jì)概述1.1 智能家居發(fā)展概況智能家居是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，將家庭中的各種設(shè)備（如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電）通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起的，自從美國在1984 真正的智能建筑出現(xiàn)以來， 國外已經(jīng)有將近30 年的研究歷史，而國內(nèi)在這方面的研究相對較晚，從2003 年才逐步應(yīng)用于高端市場，而且標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，如海信、海爾、清華大學(xué)等大家各自為營。由于智能家居系統(tǒng)具有安全、方便、高效、快捷、智能化和個(gè)性化的獨(dú)特魅力，使得智能家居的開發(fā)與建設(shè)成為21 世紀(jì)科技發(fā)展的必然趨勢。隨著全球?qū)δ茉春铜h(huán)境的要求越來越高，而智能家居在節(jié)能方面的效果優(yōu)勢非常明顯，因此具有非常廣闊的市場前景。1.2 開發(fā)板主要參數(shù)本畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用開發(fā)板為real6410 開發(fā)板，采用三星公司的arm11 內(nèi)核的處理器s3c6410.開發(fā)板上還集成了123 m的ddr內(nèi)存以及1 gb nandflash, 同時(shí)預(yù)留了256 knorflash.底板上還提供兩個(gè)四線rs-232串口， 一個(gè)usbhost 接口，一個(gè)10 m/100 m 自適應(yīng)以太網(wǎng)接口等外設(shè)。2 主要研究內(nèi)容目前，各種智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多以有線為主，但有線技術(shù)并不適用于智能家居的普及，安裝難度大以及價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)限制了其發(fā)展。因此無線通信技術(shù)應(yīng)用到智能家居中必將成為將來的發(fā)展趨勢和潮流。本畢業(yè)設(shè)計(jì)對家居設(shè)備通過zigbee 進(jìn)行無線組網(wǎng)， 把家居設(shè)備的信息和數(shù)字視頻傳輸?shù)揭蛱鼐W(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上，在因特網(wǎng)上設(shè)立一個(gè)無線視頻網(wǎng)關(guān)阿里云服務(wù)器，可供外部訪問；將家居信息如溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示并進(jìn)行后續(xù)的利用控制；同時(shí)將收集各處傳輸進(jìn)來的數(shù)字視頻進(jìn)行后續(xù)的處理和識(shí)別。3 畢業(yè)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)原則本畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成智能家居的環(huán)境變量和視頻信號(hào)的監(jiān)控。整個(gè)系統(tǒng)包括一塊arm11 開發(fā)板，一個(gè)16 位單片機(jī)，2個(gè)usb 的cmos 攝像頭；一臺(tái)pc 機(jī)（運(yùn)行客戶端的監(jiān)控程序）根據(jù)功能的不同，整個(gè)系統(tǒng)可劃分由視頻采集模塊、數(shù)據(jù)壓縮、編碼模塊和視頻監(jiān)控pc 等組成。采集模塊包括usb攝像頭； 數(shù)據(jù)的壓縮編碼由arm11 處理器完成； 視頻監(jiān)控pc 完成視頻客戶端的功能；pc 機(jī)完成對開發(fā)系統(tǒng)的程序開發(fā)、調(diào)試等。圖1 為系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)3.2 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)功能及設(shè)計(jì)整個(gè)智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為兩大部分：1）阿里云服務(wù)器端設(shè)計(jì)；2）客戶機(jī)終端監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)。3.2.1 阿里云服務(wù)器端設(shè)計(jì)首先為arm 開發(fā)板定制一個(gè)合適的linux 內(nèi)核（內(nèi)核版本：linux 2.6.28），然后對其進(jìn)行裁剪，使其具有基本內(nèi)核功能，同時(shí)保留tcp/ip 協(xié)議棧，串口協(xié)議以及相應(yīng)的視頻編解碼模塊，使系統(tǒng)利用盡量少的硬件資源來滿足任務(wù)的處理工作。然后是開發(fā)一個(gè)運(yùn)行于linux 下的阿里云服務(wù)器程序，其實(shí)現(xiàn)的基本功能是通過usb 攝像頭的圖像數(shù)據(jù)采集，完成對視頻信息的獲取、壓縮和編碼（具體的編碼標(biāo)準(zhǔn)為當(dāng)前較為流行的h264 編碼）。然后通過tcp/ip 協(xié)議將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)利用socket 實(shí)現(xiàn)服務(wù)器監(jiān)聽功能，這樣就可以接受來自客戶機(jī)的監(jiān)控請求。具體的工作內(nèi)容如下：1）usb 攝像頭的驅(qū)動(dòng)程序移植；2）h264 視頻編碼程序移植；3）視頻采集和傳輸?shù)膽?yīng)用程序的設(shè)計(jì)；4）通過zigbee 獲取傳感器相關(guān)信息。圖2 為阿里云服務(wù)器的工作流程，圖3 為arm 通過網(wǎng)頁采集的視頻圖像，其ip 地址為：168.192.1.1:8080,此視頻即可以通過網(wǎng)頁顯示，也可以通過相應(yīng)基于i386 或linux 的監(jiān)控軟件進(jìn)行查看。圖2 阿里云服務(wù)器工作流程圖圖3 arm 通過網(wǎng)頁采集的視頻信息3.2.2 客戶機(jī)終端監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)客戶機(jī)終端監(jiān)控軟件采用mfc 編寫， 可實(shí)現(xiàn)來自web服務(wù)器端的實(shí)時(shí)視頻預(yù)覽、視頻錄制、視頻截圖及傳感器參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示等功能。程序采用多線程技術(shù)：一個(gè)線程進(jìn)行視頻信息的解碼和播放功能，另一個(gè)線程實(shí)現(xiàn)視頻錄制功能。另外還采用了視頻信息疊加的方法，可以對環(huán)境變量進(jìn)行屏幕疊加，能在錄制時(shí)完成信息的錄制和再現(xiàn)。圖4 為終端監(jiān)控軟件。圖4 客戶機(jī)終端監(jiān)控軟件4 畢業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)4.1 傳感器信息通過zigbee 傳輸zigbee 是ieee 802.15.4 協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。ieee-802.15.4 規(guī)范是一種經(jīng)濟(jì)、高效、低數(shù)據(jù)速率（m_hthread）掛起previewvideo視頻預(yù)覽線程， 然后通過函數(shù)afxbeginthread（recordvideo,&m_video）啟動(dòng)recordvideo 視頻錄制線程。當(dāng)用戶點(diǎn)擊停止錄制按鈕時(shí)， 軟件通過函數(shù)resumethread （pvideothread-m_hthread）恢復(fù)previewvideo 視頻預(yù)覽線程。終端監(jiān)控軟件通過previewvideo 線程以及recordvideo 線程便能很好的實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)的視頻預(yù)覽和視頻錄制功能。線程模型如圖6所示。智能家居系統(tǒng)使用socket（）實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)與服務(wù)器之間的通信。通過usb 攝像頭采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行獲取、壓縮和編碼后通過tcp/ip 協(xié)議將數(shù)據(jù)打包發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)在服務(wù)器端創(chuàng)建socket（）進(jìn)行監(jiān)聽，來接受客戶機(jī)的請求。當(dāng)客戶機(jī)發(fā)送connect（）連接請求后，服務(wù)器通過accept（）接收客戶機(jī)連接請求。然后服務(wù)器與客戶機(jī)之間通過send（）函數(shù)和recv（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。socket（）通信模型如圖7 所示。圖7 socket 通信模型4.4 入侵檢測功能實(shí)現(xiàn)為了減少網(wǎng)絡(luò)傳輸和系統(tǒng)的壓力，在視頻采集端，每采集一次圖像就對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次處理。該函數(shù)設(shè)定一個(gè)圖像發(fā)生變化的閾值c_limit,然后將圖像所有像素之差與閾值c_limit 進(jìn)行比較，如果大于閾值c_limit,則認(rèn)為圖像發(fā)生了變化，否則即認(rèn)為沒有變化，則不將該次采集的圖像數(shù)據(jù)寫入jpeg 文件保存，這樣可以極大地提高視頻存儲(chǔ)的能力，同時(shí)減少各資源的浪費(fèi)。4.5 利用opencv 庫實(shí)現(xiàn)人臉檢測opencv 是intel 公司面向應(yīng)用程序開發(fā)者開發(fā)的計(jì)算機(jī)視覺庫，其中包含大量的函數(shù)用來處理計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中常見的問題，例如運(yùn)動(dòng)分析和跟蹤、人臉識(shí)別、3d 重建和目標(biāo)識(shí)別等。在opencv 函數(shù)可編程過程中，cvsize 和ipimage 是兩個(gè)比較常用的結(jié)構(gòu)。cvsize 結(jié)構(gòu)表示矩形尺寸的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中分別定義了矩形的寬度和高度。ipimage 結(jié)構(gòu)主要針對視覺方面處理。軟件實(shí)現(xiàn)中首先通過函數(shù)ipimage* cvcreateimage （cvsize（img-width,img-height）， 8, 1 ）為圖像分配內(nèi)存，然后使用函數(shù)cvcvtcolor（ img, gray, cv_bgr2gray ）將rgb圖像轉(zhuǎn)為灰度圖像。為了讓輸入圖像大小相同通過cvresize（ gray, small_img, cv_inter_linear ） 對圖像進(jìn)行縮放，函數(shù)cvequalizehist（ small_img, small_img ）實(shí)現(xiàn)灰度圖像直方圖均衡化。然后利用函數(shù)cvhaardetectobjects（small_img,cascade, storage1,1.1, 2, cv_haar_do_canny_pruning,cvsize （30, 30） 對圖像進(jìn)行臉部檢測， 最后利用函數(shù)cvgetseqelem、cvround、cvcircle 將臉部用圓圈標(biāo)示。圖8 為臉部檢測效果圖。圖8 臉部檢測效果圖5 結(jié)束語畢業(yè)設(shè)計(jì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益分析。主要用途和應(yīng)用范圍：1）對機(jī)要部門的監(jiān)視、控制和報(bào)警，如檔案室、文件室、金庫、博物館等；2）工廠、市場等的監(jiān)視，如工廠生產(chǎn)過程、市場、營業(yè)廳、展覽廳、貨場等的監(jiān)視；3）對交通運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)視，如公共交通、鐵路車站、鐵路調(diào)度等的監(jiān)視；4）用于安全報(bào)警，如防盜、防火等的報(bào)警；5）在安全身產(chǎn)方面的應(yīng)用，如煤礦等。經(jīng)濟(jì)效益：隨著人們生活水平的提高，大家對智能家居的需求越來越高，而作為中國房地產(chǎn)的配套產(chǎn)業(yè)，中國的智能家居經(jīng)過多年發(fā)展，已成為一個(gè)集控制、計(jì)算機(jī)、家電等多種新技術(shù)為一體的新興產(chǎn)業(yè)。但是，由于市場不規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善，市場發(fā)展并不是很成熟，如今還處于群雄逐鹿的戰(zhàn)國時(shí)代.具有很大的市場潛力。社會(huì)效益：隨著哥本哈根會(huì)議和十二五規(guī)劃 當(dāng)前，當(dāng)?shù)吞紲p排已成為一項(xiàng)國家行動(dòng)，而智能家居在這方面有自己的優(yōu)勢。其不僅智能而且節(jié)能，具有較高的社會(huì)效益5. 總結(jié)智能家居是系統(tǒng)性的產(chǎn)品，主要有控制器和執(zhí)行器組成。其中該系統(tǒng)的通訊模式、系統(tǒng)構(gòu)架、系統(tǒng)功能等是關(guān)鍵的。市場主流智能家居產(chǎn)品的通訊模式大概有10多種。其中不乏各種國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)的。所以，你斷難取舍源自你題目太大而無法落地。用zigbee方式做家居內(nèi)的i/o控制，有成熟的250kzigbee解決方案，如果你水平高，可以嘗試做1mzigbee的i/o+簡單音視頻智能家居系統(tǒng)。論文好辦，解決了物理模型后，直接把解決方案中的芯片介紹60%+你的開發(fā)感受40%寫進(jìn)去即可。補(bǔ)充說明：簡易智能聯(lián)動(dòng)控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)，也可以考慮“人體紅外感應(yīng)”，可廣泛應(yīng)用于走道、玄關(guān)、衛(wèi)廚、衣柜等處燈光甚至設(shè)備開關(guān)控制。資料、ic、方法等可以百度“電子設(shè)計(jì) kt-0003”，20塊錢1個(gè)。 如果能將433mhz的無線收發(fā)（市面很多解決方案，關(guān)鍵是這種融合的思路是一種創(chuàng)新）做進(jìn)去，還能實(shí)現(xiàn)邏輯聯(lián)動(dòng)。致謝 經(jīng)過長期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我的指導(dǎo)黃景旺老師。黃老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較