畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）智能家電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、黑龍江東方學(xué)院黑龍江東方學(xué)院本本 科科 生生 畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文（設(shè)文（設(shè) 計(jì)）計(jì)）智能家電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能家電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué) 部 計(jì)算機(jī)科學(xué)與電氣工程學(xué)部 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)工程 姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 07 級(jí) 1 班 指導(dǎo)教師 答辯日期 2011 年 5 月 14 日 黑黑龍龍江江東東方方學(xué)學(xué)院院本本科科生生畢畢業(yè)業(yè)論論文文（設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)）任任務(wù)務(wù)書書姓名學(xué)號(hào)專業(yè)班級(jí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 1 班畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：智能家電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的立題依據(jù)在信息時(shí)代的今天，電子設(shè)備的不斷普及，信息的控制已成為不可回避的問

2、題大到互聯(lián)網(wǎng)的斷電控制，小到家庭電器的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)控制都突出了控制的作用，好的控制可以使事物井然有序，使用戶便于操作、便于快速理解。如今家電在逐漸智能化，種類在不斷增多，因此給用戶也帶來了很多不便、操作的繁瑣甚至是潛在的安全隱患。因此需要一個(gè)合理設(shè)計(jì)的、具有安全隱患檢測(cè)功能的智能控制終端來管理控制家庭設(shè)備的有效工作，保證生活便捷、舒適、安全！主要內(nèi)容及要求1、 跨平臺(tái)通用程序語言的選擇；2、 接口設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)；3、 功能模塊設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)；4、 程序功能擴(kuò)展的設(shè)計(jì)；進(jìn)度安排2010 年 9 月 20 日 選題 2010 年 9 月 21 日2011 年 5 月 13 日 接受指導(dǎo)教師的指導(dǎo) 2010

3、 年 9 月 21 日2010 年 9 月 30 日擬定論文大綱 2010 年 10 月 1 日2010 年 10 月 31 日搜集、查閱、整理相關(guān)資料 2011 年 3 月 1 日2011 年 3 月 28 日初稿形成 2011 年 3 月 29 日2011 年 4 月 5 日 初稿審定 2011 年 4 月 6 日2011 年 4 月 10 日 第一次修改 2011 年 4 月 11 日2011 年 4 月 14 日 第一次審定 2011 年 4 月 15 日2011 年 4 月 20 日 第二次修改 2011 年 4 月 21 日2011 年 5 月 4 日 定稿 2011 年 5 月

4、5 日2011 年 5 月 13 日 論文評(píng)閱小組評(píng)審論文（設(shè)計(jì)） 2011 年 5 月 14 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）答辯學(xué)生簽字：指導(dǎo)教師簽字：年 月 日本表一式三份，學(xué)生本人、指導(dǎo)教師、學(xué)部各一份。黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）i智能家電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能家電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要 隨著嵌入式領(lǐng)域技術(shù)不斷的發(fā)展、成熟，電子設(shè)備不斷的更新?lián)Q代，電子設(shè)備不斷在向智能化的方向發(fā)展，設(shè)備的智能化研究在我國(guó)還處于初期階段，智能化已經(jīng)走進(jìn)到我們生活，大到人工智能的機(jī)器人設(shè)計(jì)，小到兒童的玩具遙控汽車，遙控飛機(jī)等都是些智能化控制的例子，智能化的到來會(huì)給我們的生

5、活帶來更多的便利，使我們的工作效率大大的提高，生活更加舒適、幸福。此文章的研究題目來源于家庭電子設(shè)備的不斷增多帶來操作上的繁瑣，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)跟中家用電器的有效的組織、控制，本文研究實(shí)現(xiàn)了對(duì)家庭設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的核心控制，物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)主控軟件，本軟件充分考慮了跨平臺(tái)性，可以運(yùn)行在 arm 設(shè)備或 pc 設(shè)備上，linux 或 windows 系統(tǒng)上，選用了具有通用的，跨平臺(tái)的 qt 編程語言實(shí)現(xiàn)，而且 qt 在 arm 上的性能也比較好，作為圖形用戶界面設(shè)計(jì)更是較好的候選語言。軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)上的接口設(shè)計(jì)更為突出，設(shè)計(jì)了三個(gè)層次，上層，中間層和底層的實(shí)現(xiàn)，其中上層作為用戶的交互接口響應(yīng)用戶的各種請(qǐng)求，中間層最

6、為承上啟下層，負(fù)責(zé)獲取用戶的請(qǐng)求，進(jìn)行解析，形成響應(yīng)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包和對(duì)底層日志的記錄，發(fā)送控制數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的設(shè)備控制。程序考慮到了些用戶的請(qǐng)求，針對(duì) arm 上的使用，主要是體現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制，對(duì)于 pc 的用戶，由于 pc 機(jī)的性能比較高，所以除了給用戶提供了節(jié)本的控制設(shè)備外，還增加了一些擴(kuò)展的模塊，這些模塊可根據(jù)編譯選項(xiàng)有選擇的進(jìn)行編譯進(jìn)程序，給用戶帶來了更多的體驗(yàn)，更多的選擇。設(shè)計(jì)此軟件的時(shí)候遇到了些問題，如對(duì)硬件的控制接口設(shè)計(jì)，通信接口的選擇，是用過無線網(wǎng)絡(luò)還是通過藍(lán)牙，或是通過串口，或是通過路由器有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸來控制。本軟件已初步完成，不過一個(gè)成熟的產(chǎn)品是必須經(jīng)過一系列的測(cè)試、長(zhǎng)期的使

7、用才能確定它的性能與暴露的問題，本軟件現(xiàn)在還未經(jīng)過特殊的測(cè)試與使用，因此可能會(huì)有潛在的問題存在，這些有待日后的不斷研究與完善。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：qtqt；armarm 平臺(tái)；接口；藍(lán)牙；串口平臺(tái)；接口；藍(lán)牙；串口黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）iiintelligent home appliance equipment content couplet network core control platform of design and implementationabstractalong with the development of embedded field technology c

8、onstantly, mature, electronic equipment constantly upgrading, electronic equipment unceasingly in the direction of the development, to the intelligence of the intelligent research in our equipment is still in the initial stage, the intelligent had entered into our life, big to artificial intelligenc

9、e robot design, small to childrens toys remote cars, remote control plane, etc are some examples of intelligent control, intelligent arrival will bring to our daily life more convenient, make our work efficiency greatly enhanced, the life more comfortable, and happiness. this article from the resear

10、ch topics of the electronic equipment increasing family brought operational trival, in order to realize the effective in household appliances with the organization, control, this paper studies that realized to family equipment the core control, al network that master software, the al network softwar

11、e fully considered cross-platform-ability, can run in the arm equipment or pc devices, linux or windows system, chose has universal, cross-platform qt programming language to be, and the performance of the arm on qt is also good, as a graphic user interface design is better candidate language. the d

12、etailed design of the software on the interface design is more outstanding, designed three levels, upper middle and bottom, the realization of the upper as users, including various respond to user interaction interface layer, layer is most essential request, retrieve the users request, responsible 黑

13、龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）iiifor the system, and formed the packet and request of response to the record, send log bottom final equipment control data control. program takes into consideration some users request, according to the use, mainly on the arm is reflected on the equipments for pc users control, bec

14、ause the pc performance is higher, so in addition to give users the control equipment provides overall-control outside, still have added some extended module, these module can be according to compile options have choice of compiled into the program, to the user has brought more experience, more choi

15、ces. when designing the software had some problems, such as the control interface to the hardware design, the communication interface choice, is used or through bluetooth wireless network, or through a serial port, or through the router cable network for transmission to control. this software is pre

16、liminary already completed, but a mature product is must go through a series of tests, long-term use can make sure its performance and exposed problems, this software is not yet by the special test and use, so there may be potential problems, these remains to be continued research and improvement. k

17、eywords：qt；arm platform；interface；bluetooth；serial目錄 摘摘 要要.iabstract.ii第第 1 章章 緒論緒論.11.1 課題背景.11.2 智能家庭網(wǎng)絡(luò)的概念及功能.11.3 智能家庭網(wǎng)絡(luò)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.21.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容和安排.31.4.1 課題的具體研究?jī)?nèi)容.31.4.2 人員及任務(wù)安排.41.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容.4第第 2 章章 功能模塊設(shè)計(jì)功能模塊設(shè)計(jì).62.1 開發(fā)環(huán)境的選擇.62.1.1 硬件平臺(tái)分析.62.1.2 arm 系列平臺(tái).62.1.3 通用 pc 平臺(tái).62.1.4 程序語言分析比較.62.2 接

18、口設(shè)計(jì).82.2.1 界面接口.82.2.2 中間層控制.82.2.3 日志接口.92.2.4 串口.102.2.5 程序功能擴(kuò)展的設(shè)計(jì).11第第 3 章章 功能模塊設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)功能模塊設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn).123.1 用戶界面實(shí)現(xiàn).123.2 中間層控制器功能實(shí)現(xiàn).133.3 串口操作實(shí)現(xiàn).153.4 日志功能實(shí)現(xiàn).223.5 控制信息數(shù)據(jù)包定義.273.6 程序功能擴(kuò)展的設(shè)計(jì).30第四章第四章 總結(jié)總結(jié).304.1 家庭網(wǎng)絡(luò)主控 v1.0 版本分析總結(jié).304.2 變動(dòng)性需求分析預(yù)測(cè).314.3 發(fā)展趨勢(shì).32參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).33致致 謝謝.34黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）1智能家電設(shè)備物聯(lián)

19、網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)智能家電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第 1 章 緒論1.1 課題背景伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和全球的信息化，人們的家居生活正面臨著重要的改革。網(wǎng)絡(luò)極大地便利了人們的各種活動(dòng)，給社會(huì)帶來了巨大的進(jìn)步。信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的觸角已經(jīng)深入到普通家庭之中，這些技術(shù)帶給人們的不僅僅是舒適、智能和個(gè)性化的家居生活，而且使家庭更快速、更有效、更廣泛地與社會(huì)有機(jī)的聯(lián)系起來。在家庭生活中越來越多的電器出現(xiàn)，它們?cè)诜奖闳藗兊纳詈吞岣呱钯|(zhì)量的同時(shí)也給管理帶來了極大的問題。如果把這些電器設(shè)施連接成網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)現(xiàn)方便、有效的統(tǒng)一管理和信息資源共享。因此，只能家庭網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)成為了一種勢(shì)

20、不可擋的趨勢(shì)。只能家庭網(wǎng)絡(luò)從出現(xiàn)到現(xiàn)在，大致經(jīng)歷了四個(gè)階段。最初為家庭自動(dòng)化（home automation），即利用微處理電子技術(shù)來集成或控制家中的電子電器產(chǎn)品后來隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了家庭網(wǎng)絡(luò)（home network）這一名詞，它是指連接家庭里的pc、各種用電器和設(shè)備及與因特網(wǎng)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這個(gè)時(shí)期真正的把家電設(shè)備與internet 聯(lián)系起來成為網(wǎng)絡(luò)。組建家庭網(wǎng)絡(luò)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)是核心控制軟件，主控端負(fù)責(zé)連接各部分家電設(shè)備并直接進(jìn)行控制，主控如何設(shè)計(jì)會(huì)直接影響到各部分家電設(shè)備的有效控制，因此本論文在現(xiàn)有的家電控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行了對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)主控軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。1.2 智能家庭網(wǎng)絡(luò)的概

21、念及功能所謂智能家庭網(wǎng)絡(luò)，即利用中央控制器（電腦或是嵌入式微處理器） 、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)或是無線通信技術(shù)，通過家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。也就是說，首先，要在一個(gè)家具中建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，為家黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）2庭信息提供必要的通路，在家庭網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有家庭網(wǎng)絡(luò)上的家電和設(shè)備的控制和檢測(cè)。其次，對(duì)它的更高要求是通過一定的媒介平臺(tái)，構(gòu)成與外界的通信通道，以實(shí)現(xiàn)與家庭以外的世界溝通信息，滿足遠(yuǎn)程控制、檢測(cè)和交換信息的需求。具體來說，家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有以下一些功能：信息共享功能。共享 internet

22、訪問，共享微機(jī)外設(shè)，共享文件和應(yīng)用。家庭娛樂功能。對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備之間的視頻音頻信號(hào)傳輸，對(duì)外實(shí)現(xiàn)可視電話、視頻會(huì)議和視頻點(diǎn)播等是視頻音頻信息交流。信息采集收集。住戶家庭運(yùn)行的各種參數(shù)，包括水表、電表、煤氣表的計(jì)量數(shù)據(jù)以及局勢(shì)溫濕度等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表，提高住宅檔次和物業(yè)管理水平。安全防范。通過住宅室內(nèi)安裝的各種報(bào)警探測(cè)器和緊急按鈕進(jìn)行防盜、防火和防災(zāi)監(jiān)控，能夠及時(shí)處理各種警情。信息服務(wù)。住戶可以了解自己家庭運(yùn)作的各種參數(shù)，如房間溫濕度，各種計(jì)量表讀數(shù)，被控家庭狀態(tài)等，同時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行各種交費(fèi)的簡(jiǎn)單查詢。智能化控制。根據(jù)周圍環(huán)境的變化進(jìn)行對(duì)家用電器進(jìn)行智能化控制，從而建立舒適健康的生活環(huán)境。

23、其它增值功能。如家庭電子商務(wù)、申請(qǐng)社區(qū)服務(wù)等功能。1.3 智能家庭網(wǎng)絡(luò)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自從世界上第一棟智能建筑于年在美國(guó)出現(xiàn)后，美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。從上世紀(jì)九十年代中期開始，家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始逐步發(fā)展起來，在國(guó)際上比較有影響的系統(tǒng)由：美國(guó)的-10、cebus(consume electronic bus)和 lonwork；其中 cebus 和 lontalk協(xié)議已被 eia 發(fā)布為 eia-600 標(biāo)準(zhǔn)和 eia-709 標(biāo)準(zhǔn)，并向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。幾年來，以美國(guó) micorsoft 公司、ibm 公司以及 motorola 公司等

24、為首的一批國(guó)際知名企業(yè)也先后躋身于智能家居的研究與開發(fā)領(lǐng)域，分別開發(fā)了“夢(mèng)幻之家” 、 “家庭主任” 、 “居所之門”等家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，其智能化程度已經(jīng)得以體現(xiàn)。此外 intel 公司、托馬杜多媒體黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）3公司、日本松下電器公司、新加坡科技電子公司、韓國(guó)三星公司等知名企業(yè)也一直致力于智能家居系統(tǒng)的研發(fā)工作。智能家居在中國(guó)經(jīng)歷了近 6 年的起步階段,發(fā)展速度緩慢,這主要是因?yàn)闆]有投入大量的資金,開發(fā)技術(shù)短期內(nèi)也不成熟。但是隨著建筑智能化行業(yè)協(xié)會(huì)的成立以及技術(shù)水平的不斷提高,產(chǎn)品在市場(chǎng)上已逐漸推廣,前期主要集中在一些分散的智能家庭控制子系統(tǒng)的研究上,如三表(電表、水表和

25、天燃?xì)獗?抄送子系統(tǒng)、門禁子系統(tǒng)、可視對(duì)講子系統(tǒng)、醫(yī)療求助子系統(tǒng)等等。這些子系統(tǒng)互相獨(dú)立,不能實(shí)現(xiàn)信息共享,使安裝和使用很不方便。國(guó)內(nèi)一些知名企業(yè),如方正、聯(lián)想、海爾、海信和 tcl 等家電企業(yè)也嘗試推出自己的產(chǎn)品,但是由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和接口協(xié)議,這些產(chǎn)品只能作為概念性產(chǎn)品,不能成為現(xiàn)實(shí)的產(chǎn)品大量上市。雖然智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還沒有大范圍普及,但是它的一些無線和有線標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)相當(dāng)成熟,伴隨著我們對(duì)生活品質(zhì)要求的不斷提高,集成技術(shù)、通訊技術(shù)、互操作能力以及布線標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展和不斷改進(jìn),智能家庭網(wǎng)絡(luò)必然成為一種發(fā)展趨勢(shì),走進(jìn)千家萬戶。據(jù)美國(guó)一家權(quán)威市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),到 2010 年,美國(guó) 20%5

26、0%以上的新房都已具有“智能家居”功能。據(jù)我國(guó) 06 年國(guó)家建設(shè)部科技委智能建筑技術(shù)開發(fā)推廣中心的報(bào)告稱:隨著環(huán)境、健康、安全、舒適的智能家居逐步普及,家居智能化的比例會(huì)大幅增加,目前已達(dá)到 20%左右;按照智能家居每年 500 多萬套的速度發(fā)展,智能家居市場(chǎng)對(duì)智能產(chǎn)品的需求量將大幅度的增長(zhǎng)。在這種潮流的引領(lǐng)下,國(guó)內(nèi)外的一些公司都在積極地研發(fā)更加便捷、舒適和人性化的智能家庭網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。1.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容和安排課題致力于研究一套完整智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備間的互聯(lián),實(shí)現(xiàn)它們之間的信息通信與共享,統(tǒng)一管理各家電設(shè)備。該系統(tǒng)主要由智能家庭網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)、家電設(shè)備終端控制器、電源及安全

27、管理和移動(dòng)手機(jī)控制端系統(tǒng)四部分組成,采用無線技術(shù)組建網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)間的信息通信與共享。1.4.1 課題的具體研究?jī)?nèi)容1)智能家庭網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）4使用跨平臺(tái) qt 語言實(shí)現(xiàn)主控軟件功能，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)使程序日后更容易維護(hù)、代碼更容易復(fù)用，主控的設(shè)計(jì)分為三個(gè)接口層次（用戶界面、核心控制、底層功能）使程序更具邏輯性、具有可擴(kuò)展性，底層功能以獨(dú)立的模塊化實(shí)現(xiàn)，主控的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮在穩(wěn)定性、易用性及擴(kuò)展性上。2) 家電設(shè)備終端控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一款低功耗、小體積的終端設(shè)備,完成以藍(lán)牙技術(shù)接收核心控制平臺(tái)發(fā)送過來的信息,在以紅外信息發(fā)送出去,以達(dá)到控

28、制家電設(shè)備的目的。并且該終端設(shè)備能夠做到與核心控制平臺(tái)、移動(dòng)手機(jī)控制端的無縫連接。3) 電源及安全管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4) 移動(dòng)手機(jī)控制端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)以 android 智能手機(jī)為平臺(tái)、以藍(lán)牙為通信信道的智能家庭網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)控制端,實(shí)現(xiàn)手機(jī)端與核心控制平臺(tái)的通信。達(dá)到手機(jī)控制核心控制平臺(tái),再由核心控制平臺(tái)控制家庭網(wǎng)絡(luò)的目的。5) 無線通信技術(shù)及通信協(xié)議的研究研究使用藍(lán)牙技術(shù)、紅外技術(shù)和(.)作為家庭網(wǎng)絡(luò)的無線通信技術(shù);研究定義系統(tǒng)通信過程中所需遵循的通信協(xié)議。1.4.2 人員及任務(wù)安排人員及任務(wù)安排如下表所示:研究者姓名研究?jī)?nèi)容石勝杰智能家庭網(wǎng)絡(luò)核心控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)劉金剛家庭設(shè)備終端控制器

29、與紅外通信的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)李增亮電源及安全管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、通信協(xié)議的定義于永坤移動(dòng)手機(jī)控制端與藍(lán)牙接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）51.5 本文的主要研究?jī)?nèi)容本文主要完成了主控端軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分為兩章分別敘述，在設(shè)計(jì)的層面都會(huì)在實(shí)現(xiàn)的章節(jié)里找到相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)部分，本軟件設(shè)計(jì)了具有可添加第三方開源軟件的功能，這部分實(shí)現(xiàn)需要修改、調(diào)整需要擴(kuò)充的開源軟件以運(yùn)行在我們指定的平臺(tái)上，工作量比較大，時(shí)間比較長(zhǎng)，因此暫時(shí)留出擴(kuò)充的接口，待以后軟件的不斷完善再進(jìn)行具體的添加、實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境的選擇硬件平臺(tái)分析程序語言分析比較接口設(shè)計(jì)界面接口中間層控制日志接口串口實(shí)現(xiàn)用戶界面實(shí)

30、現(xiàn)控制器功能實(shí)現(xiàn)串口操作實(shí)現(xiàn)日志功能實(shí)現(xiàn)控制信息數(shù)據(jù)包定義程序功能擴(kuò)展的設(shè)計(jì)總結(jié)家庭網(wǎng)絡(luò)主控 v1.0 版本分析總結(jié)變動(dòng)性需求分析預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）6第 2 章 功能模塊設(shè)計(jì)2.1 開發(fā)環(huán)境的選擇2.1.1 硬件平臺(tái)分析根據(jù)不同用戶在不同場(chǎng)景下的不同需求，程序選擇了兩種硬件平臺(tái)，低端arm以及通用的pc機(jī)，arm平臺(tái)上主要是以實(shí)現(xiàn)對(duì)家電控制為主，通用pc上既實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的控制同時(shí)為了增加用戶的體驗(yàn)又增加了一些功能，擴(kuò)展功能主要是提供了些娛樂性的程序，如小游戲，小型管理工具等。2.1.2 arm 系列平臺(tái)arm適合在低端控制領(lǐng)域里做高性能控制，對(duì)于家電控制更有其優(yōu)

31、越性，低廉的價(jià)格及低功耗可以使用戶花費(fèi)更少的成本就能實(shí)現(xiàn)智能化家居管理，高性能的處理可以給用戶更多的體驗(yàn)同時(shí)也增加了控制的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。體積小、集成度高，可以安置在墻壁上或者任何想要的位置，可以擴(kuò)展多種硬件接口從而擴(kuò)展其功能，如無線網(wǎng)絡(luò)模塊，早上出門前點(diǎn)擊一個(gè)按鍵便獲取今天的天氣情況使你在出行前做好充分的準(zhǔn)備。2.1.3 通用 pc 平臺(tái)同arm而言，pc追求的是高端技術(shù)，高速度、大容量，而且每家每戶一臺(tái)電腦已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，在用戶享受音樂的視聽與高清電影的暢快的同時(shí)也可以對(duì)家庭設(shè)備進(jìn)行控黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）7制、檢測(cè)以及監(jiān)控。正是由于pc機(jī)的高性能，為了增加用戶的更多體驗(yàn)，對(duì)程

32、序進(jìn)行了模塊化的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，擴(kuò)展的功能主要有與arm進(jìn)行通信（如上傳下載數(shù)據(jù)） ，遠(yuǎn)程控制arm操作。2.1.4 程序語言分析比較c c+ java qt分析比較在低端運(yùn)行程序，語言的選擇會(huì)直接影響到程序的性能，因此選擇一個(gè)具有跨平臺(tái)的高性能的語言是最重要的。標(biāo)準(zhǔn)c/c+本身就具有跨平臺(tái)性，其編譯目標(biāo)代碼執(zhí)行效率較高，語言簡(jiǎn)介，靈活，自由度高，對(duì)于同用戶友好交互的圖形界面設(shè)計(jì)而言，在pc機(jī)上可選的c/c+圖形庫(kù)較多，跨平臺(tái)圖形庫(kù)也有很多可供選擇，如比較高效的繪制2d/3d的opengl圖形庫(kù),更高級(jí)的cegui圖形庫(kù)都可作為其候選圖形設(shè)計(jì)語言。然而arm平臺(tái)上的圖形設(shè)計(jì)工具就相對(duì)很少了，而且有些

33、圖形庫(kù)并不提供比較完善的ide，因此也給設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)帶來了很多麻煩。java是解釋性語言，因此夸平臺(tái)較好，只要有特定的java虛擬機(jī)提供就可以順利執(zhí)行java程序，然而這也增加了一定的性能負(fù)擔(dān)，尤其是在嵌入式平臺(tái)下運(yùn)行。qt是一個(gè)擴(kuò)展了c+部分功能的圖形設(shè)計(jì)類庫(kù)，這樣保證它的執(zhí)行性能，同時(shí)具有較好的夸平臺(tái)性，適合在嵌入式，pc這樣的不同硬件平臺(tái)執(zhí)行，qt如今已經(jīng)集成了很多豐富的功能，如文件的操作，網(wǎng)絡(luò)處理的封裝，以及2d/3d繪圖，更有力的是qt開發(fā)的ide，更是提高了開發(fā)者的工作效率，qt有g(shù)pl協(xié)議和lgpl協(xié)議，很好的開放性更有利于問題的解決與學(xué)習(xí)，qt已成為嵌入式圖形設(shè)計(jì)語言的標(biāo)志，因此

34、選擇用qt做夸平臺(tái)語言比較合適，此主控正式基于qt設(shè)計(jì)。黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）8qt開發(fā)使用的ide如圖：2.2 接口設(shè)計(jì)2.2.1 界面接口qt通過信號(hào)-槽機(jī)制響應(yīng)事件，這種機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一、多對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多信號(hào)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)起來比較靈活，可根據(jù)程序功能的組織響應(yīng)不同的信號(hào)觸發(fā)方式，程序與用戶的接口就在可操作的界面響應(yīng)上，因此如何處理好界面與用戶的交互也是實(shí)現(xiàn)界面與底層功能交互的基礎(chǔ)，事件的觸發(fā)成了接口的重點(diǎn)，程序設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了兩種處理信號(hào)觸發(fā)的過程，一種是用事件過濾器，另一種則是直接捕獲事件，兩種實(shí)現(xiàn)都有弊有利，事件過濾器可以集中管理用戶觸發(fā)的操作，集中管理分支執(zhí)行響應(yīng)，

35、這樣存在的問題是控制的設(shè)備過多，事件注冊(cè)較多，處理過程相對(duì)較麻煩，不易程序擴(kuò)展，對(duì)于分散式捕獲用戶觸發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)起來比較容易，程序較易擴(kuò)展功能，考慮到家電設(shè)備的控制比較多，采用了第二種方法，把所觸發(fā)的信號(hào)傳送到中間層，進(jìn)行判斷、解析、分發(fā)等處理。主控界面截圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）92.2.2 中間層控制考慮到界面層和底層的最大分離、模塊化，因此設(shè)計(jì)了中間控制層，即起到承上啟下的過渡作用，又把控制的核心封裝到了單獨(dú)一層，這樣也更有利于操作和維護(hù)，中間控制層設(shè)計(jì)為一個(gè)核心類，其主要功能是循環(huán)等待用戶觸發(fā)事件，分析用戶所要控制的設(shè)備及控制信息，根據(jù)用戶的操作產(chǎn)生控制信息（數(shù)據(jù)包） ，然

36、后檢測(cè)串口，發(fā)送數(shù)據(jù)控制設(shè)備，如果是對(duì)一些安全性較高的設(shè)備的控制，會(huì)根據(jù)用戶的操作，設(shè)備的狀態(tài)產(chǎn)生操作日志信息，并寫入日志，如果用戶選擇了擴(kuò)展功能，進(jìn)而轉(zhuǎn)到擴(kuò)展功能界面等待用戶操作，因此中間層的分析實(shí)現(xiàn)了上層的響應(yīng)與底層功能的調(diào)用，起到了核心中轉(zhuǎn)的作用。中間控制層設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）102.2.3 日志接口及時(shí)的記錄操作信息是很有必要的，記錄下來的信息可以事后進(jìn)行復(fù)查，可以推測(cè)一些原由，家庭電器設(shè)備的安全操作是很關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，審計(jì)功能通常用在可能會(huì)存在安全隱患的地方，如非法用戶使用了非法操作就會(huì)被記錄下來，為事后檢測(cè)、分析提供了一定的保障，為此我們?yōu)樘岣甙踩珯z測(cè)性、

37、有利分析排除故障增加了日志功能，日志通常記錄的是操作的過程，所以留出寫日志功能接口就可以實(shí)現(xiàn)我們的功能。日志功能模型圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）112.2.4 串口對(duì)于控制外發(fā)消息，我們有兩種方案，一種是通過使用硬件擴(kuò)展串口接口，每個(gè)設(shè)備接收一個(gè)獨(dú)立串口控制信息，從而完成對(duì)設(shè)備的控制，另外一個(gè)是通過一個(gè)中轉(zhuǎn)，藍(lán)牙或是網(wǎng)絡(luò)，把控制信息通過特定協(xié)議傳送到指定設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制?？刂圃O(shè)備存在一個(gè)問題就是硬件接口的問題，我們可以通過一對(duì)一的方式進(jìn)行獨(dú)立控制，但如果想把這些設(shè)備用來集中控制的話就得需要有個(gè)好的解決方案，程序的設(shè)計(jì)主要考慮到硬件平臺(tái)的可移植性，所以要盡量避免對(duì)特殊硬件的依賴，由于現(xiàn)在

38、的技術(shù)能力有限，時(shí)間倉(cāng)促，所以暫時(shí)實(shí)現(xiàn)了串口的控制，對(duì)于串口的控制首先需要初始化串口，設(shè)置好后就可以進(jìn)行寫數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備功能，因此串口的接口就在與寫串口。串口功能設(shè)計(jì)模型圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）122.2.5 程序功能擴(kuò)展的設(shè)計(jì)程序功能擴(kuò)展的設(shè)計(jì)主要考慮本軟件的性質(zhì)，如果僅僅只有單獨(dú)的控制設(shè)備，這樣在用戶不需要控制設(shè)備的時(shí)候就浪費(fèi)現(xiàn)有的硬件資源，而且程序也更讓用戶感覺到枯燥、乏味，因此增加了這部分功能，添加一些娛樂性的軟件功能使用戶在休閑時(shí)刻也可以通過主控軟件來娛樂、放松一下，沒有添加更多的成本卻充分利用了資源，由于這部分功能的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，現(xiàn)在還沒有進(jìn)行更多的調(diào)研，所以沒有

39、確定具體加入哪些第三方軟件（擴(kuò)展的軟件均為第三方開源軟件，大多遵循lgpl協(xié)議） ，現(xiàn)階段考慮加入小型游戲類、管理和工具類軟件。這部分的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜、事件較長(zhǎng)，所以待版本的日后更新再逐漸擴(kuò)展這部分功能。黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）13第 3 章 功能模塊設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)3.1 用戶界面實(shí)現(xiàn)dvd控制截圖：電視機(jī)控制截圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）143.2 中間層控制器功能實(shí)現(xiàn)econtroller類實(shí)現(xiàn)了中間層控制器功能，通過封裝靜態(tài)函數(shù)實(shí)現(xiàn)與實(shí)例化對(duì)象不相關(guān)的操作作為連接上層與下層的接口。中間層控制器的設(shè)計(jì)還可以使用戶界面與具體的實(shí)現(xiàn)相分離，如果以后界面需要改動(dòng)，只需添加新增界

40、面功能的對(duì)應(yīng)控制器接口的實(shí)現(xiàn)即可，而不再因?yàn)榻缑娴母膭?dòng)而引起過多實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的變動(dòng)。同時(shí)也使下層的各部分功能相互獨(dú)立，各部分功能模塊都由控制器接口來調(diào)用實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，使模塊有更好的內(nèi)聚性與低耦合性。中間控制層的工作流程圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）15中間控制層的源碼：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）163.3 串口操作實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的操作主要是接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，由于qt沒有對(duì)串口的操作進(jìn)行封裝，主控端使用linux操作系統(tǒng)，linux系統(tǒng)把設(shè)備都寫成了文件，對(duì)設(shè)備的操作主要就是對(duì)文件的操作，如基本的打開、讀寫、關(guān)閉和fcntl對(duì)文件的相關(guān)屬性設(shè)置等，因此操作起來比較簡(jiǎn)單，所以對(duì)串口

41、的操作直接用linux下的串口操作的系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)。對(duì)串口操作使用了c+語言實(shí)現(xiàn)，有利于代碼的復(fù)用和維護(hù)。串口功能實(shí)現(xiàn)流程圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）17黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）18源碼如下（ele-serial.h）：#include #include #include #include #include #include #define buffer_size 1024#define serial_open_flags o_rdwr|o_noctty|o_ndelay#define bit_size 24class sformatpublic:enum device

42、dvd, tv;sformat();virtual sformat();int produce_control_info(device flag);void copy_to_out(char *outbuffer);private:char bufferbit_size;class eserialpublic:eserial();virtual eserial();int seropen();void serclose();int serread();int serwrite(char *data = null, int count = 0);void setdevicename(std:st

43、ring new_device_name);黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）19std:string getdevicename();public:void setevr();private:int ser_fd;struct termios ser_pro_old, ser_pro_new;std:string device_name;char bufferbuffer_size;ele-serial.cpp 源碼如下：#include #include ele-serial.husing namespace std;sformat:sformat()sformat:sformat()/

44、* according to enum optismation ,produce control information * param flag enum device optismation ,produce relate device control information * return 1or-1 return 1 when producing successfully ,other return -1 */int sformat:produce_control_info(device flag)int i = 0;bzero(buffer, bit_size);/* head *

45、/bufferi+ = 0 xfa;bufferi+ = 0 xfa;bufferi+ = 0 xfa;bufferi+ = 0 xfb;黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）20switch(flag)case dvd:return 1;break;case tv:return 1;break;default:return -1;break;return -1;/* copy control information to out buffer * param outbuffer the char pointer of the out application, its size is equal

46、 to bit_size to store information enough */void sformat:copy_to_out(char *outbuffer)for(int i = 0; i bit_size; i+)outbufferi = bufferi;eserial:eserial():ser_fd(-1) ,device_name(/dev/ttysac0)bzero(buffer, buffer_size);bzero(&ser_pro_old, sizeof(struct termios);黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）21bzero(&ser_pro_new,

47、sizeof(struct termios);eserial:eserial()/* set serial port initial evirenment */void eserial:setevr()if(ser_fd device_name = new_device_name;/* get device name * return device_name return serial port device name */黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）22std:string eserial:getdevicename()return device_name;/* open seria

48、l port * return fd error return -1, else return a new file fd */int eserial:seropen()if(device_name.empty() return -1;ser_fd = :open(device_name.c_str(), serial_open_flags);return ser_fd;/* close serial port */void eserial:serclose()if(ser_fd 0) return ;tcsetattr(ser_fd, tcsanow, &ser_pro_old);close

49、(ser_fd);/* read data from serial port * return count return the counts from serial port,false less equal 0 */int eserial:serread()if(ser_fd 0) fprintf(stderr, ser_fd is illgal,cant read data from serialn);return -1;/* some functions can be add here * (append and store buffer data.) */bzero(buffer,

50、buffer_size);return read(ser_fd, buffer, buffer_size);/* write data to serial port 黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）23 * param data the pointer of written data,failed return value less equal 0 * return count the count of written data */int eserial:serwrite(char *data, int count)if(ser_fd 0) fprintf(stderr, ser_fd

51、is illegal, cant write data to serial portn);return -1;if(!data) fprintf(stderr, the data to be written to serial port is illegaln);return -1;return :write(ser_fd, data,count); 3.4 日志功能實(shí)現(xiàn)日志功能主要是記錄用戶的操作信息與讀取用戶操作信息。這兩部分功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)于閱讀用戶的操作日志信息沒有做更多的功能，日志的讀取在第二版本里進(jìn)行更多的完善，預(yù)計(jì)的功能有設(shè)計(jì)日志操作的用戶界面，讀取部分主要有選擇用戶操作的設(shè)備，根

52、據(jù)用戶選擇的設(shè)備顯示出日志文件中的操作信息，根據(jù)時(shí)間范圍顯示日志的信息，主要是獲取在用戶選擇的時(shí)間段內(nèi)特定設(shè)備的操作情況。對(duì)于日志功能設(shè)計(jì)時(shí)更重視用戶操作的記錄日志，通過clog類實(shí)現(xiàn)對(duì)日志的操作。日志功能實(shí)現(xiàn)流程圖：黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）24日志功能實(shí)現(xiàn)源碼：clog.h：#ifndef clog_h#define clog_h#include #include #include #include #define file_open_flag qfile:readwrite | qfile:appendclass clog : public qobjectq_objectpub

53、lic: explicit clog(qobject *parent = 0); clog(qstring newlogname, qobject *parent = 0); clog();黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）25 void setlogname(qstring newlogname); bool islogopen(); int writetolog(qstring winfo); qstring readfromlog(qstring filename = ./control.log, qstring device = serial); void clearlog();si

54、gnals:public slots:private: qfile logfile; qstring logname; bool logstate;#endif / clog_hclog.cpp#include clog.hclog:clog(qobject *parent) : qobject(parent) logname.append(./control.log); logfile.setfilename(logname); if(!logfile.open(file_open_flag) writetolog(file open failed); exit(-1); else writ

55、etolog(file open success); /* initial with a log file name */黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）26clog:clog(qstring newlogname,qobject *parent) : qobject(parent) logname.append(newlogname); logfile.setfilename(logname); if(!logfile.open(file_open_flag) qdebug()file open failed; exit(-1); else qdebug()file open succe

56、ss; clog:clog() if(logfile.isopen() logfile.close();/* set new log file name */void clog:setlogname(qstring newlogname) /* test file available */ qfile file(logname); if(!file.open(qfile:readwrite) return ; file.close(); logname.clear(); logname.append(logname); logfile.setfilename(logname); /* log

57、file open again , using new file */ logfile.open(qfile:readwrite);/* log file is open or not */黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）27bool clog:islogopen() if(logfile.isopen() return true; else return false;/* write information to log file */int clog:writetolog(qstring winfo) if(winfo.isempty() return -1; else if(logf

58、ile.isopen() winfo.append(n); int ret = logfile.write(winfo.toascii(); logfile.flush(); if(ret = 0) return -1; qdebug()ret; else return -1; /* read log information from log file */qstring clog:readfromlog(qstring filename, qstring device) qstring record; if(logfile.isopen() qstring tmp; while(logfil

59、e.atend() tmp = logfile.readline();黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）28 if(tmp.contains(device) record += tmp; tmp.clear(); return record; else return ; /* clear log information */void clog:clearlog() if(logfile.isopen() logfile.close(); logfile.remove(); logfile.open(file_open_flag);3.5 控制信息數(shù)據(jù)包定義示例：buf= fa fa fa f

60、b 00 10 00 00 05 fa 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 60 fc注：數(shù)據(jù)為16 進(jìn)制第1到4位為固定第5位為設(shè)備碼第6位為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 紅色數(shù)據(jù)長(zhǎng)度第7位 保留黑龍江東方學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）29第8位 保留第9位 命令位return_status 0 x01 /反回當(dāng)前狀態(tài)restart 0 x02 /目標(biāo)重起set_status 0 x04 /設(shè)置狀態(tài)第10位 動(dòng)作位net_openac_en 0x03 /至位交流繼電器 net_openac_dis 0x02 /清零交流繼電器 net_openac_null 0x01 /無狀態(tài)交流