基于Android的智能家居系統(tǒng)設(shè)計_客戶端與云服務(wù)器的實現(xiàn)畢業(yè)論文

1、 PAGE20 / NUMPAGES20東 莞 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：基于Android的智能家居系統(tǒng)設(shè)計客戶端與云服務(wù)器的實現(xiàn)摘要： 對基于ZigBee 技術(shù)對嵌入式Web 的智能家居遠程 HYPERLINK :/product.dzsc /product/file910.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank 監(jiān)控系統(tǒng)進行研究和設(shè)計。對家居設(shè)備通過Zigbee 進行無線組網(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)立一個無線視頻網(wǎng)關(guān)阿里云服務(wù)器，可供外部訪問；實現(xiàn)將家居信息如溫度進行實時的顯示并進行后續(xù)的利用和控

2、制；同時將收集各處傳輸進來的數(shù)字視頻信息進行后續(xù)的處理和識別。如入侵檢測，人臉檢測和識別等。智能家居又稱為智能住宅， 在國外常用 HYPERLINK :/ dzsc /s/SMART.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank SmartHome 表示。與智能家居含義近似的有家庭自動化（Home HYPERLINK :/ dzsc /a/AUTOMATION.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank Automation）、 HYPERLINK :/ dzsc / t :/ dzsc /data/html/2

3、012-1-12/_blank 電子家庭（Electronic Home、E-home）、數(shù)字家園（ HYPERLINK :/ dzsc /d/DIGITAL.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank 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)利用先進的計算機技術(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

4、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，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(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 syste

5、m. 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 temp

6、erature 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

7、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/Bu

8、ilding), 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

9、 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TOC o 1-3 h u

10、 HYPERLINK l _Toc1971 1 緒 論 PAGEREF _Toc1971 1 HYPERLINK l _Toc12427 1.1研究背景和意義 PAGEREF _Toc12427 1 HYPERLINK l _Toc12575 1.2本設(shè)計所完成的工作 PAGEREF _Toc12575 2 HYPERLINK l _Toc15805 2 總括 PAGEREF _Toc15805 4 HYPERLINK l _Toc11713 2.1 智能家居發(fā)展概況 PAGEREF _Toc11713 4 HYPERLINK l _Toc6477 2.1.1開發(fā)板主要參數(shù) PAGEREF _

11、Toc6477 4 HYPERLINK l _Toc27732 2.1.2 主要研究容 PAGEREF _Toc27732 5 HYPERLINK l _Toc6385 2.2 畢業(yè)設(shè)計總體設(shè)計方案 PAGEREF _Toc6385 5 HYPERLINK l _Toc11762 3 功能設(shè)計 PAGEREF _Toc11762 7 HYPERLINK l _Toc14995 3.1 主界面 PAGEREF _Toc14995 7 HYPERLINK l _Toc7475 3.1.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計原則 PAGEREF _Toc7475 7 HYPERLINK l _Toc22903 3.1

12、.2 系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)功能與設(shè)計 PAGEREF _Toc22903 8 HYPERLINK l _Toc10680 3.1.3 阿里云服務(wù)器端設(shè)計 PAGEREF _Toc10680 9 HYPERLINK l _Toc5504 3.2 客戶機終端監(jiān)控軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc5504 10 HYPERLINK l _Toc5276 3.3 畢業(yè)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù) PAGEREF _Toc5276 11 HYPERLINK l _Toc16863 3.4傳感器信息通過Zigbee 傳輸 PAGEREF _Toc16863 12 HYPERLINK l _Toc9350 3.4.1 Direc

13、tShow 視頻采集 PAGEREF _Toc9350 12 HYPERLINK l _Toc16043 3.4.2 多線程技術(shù)與Socket PAGEREF _Toc16043 12 HYPERLINK l _Toc7581 3.5 入侵檢測功能實現(xiàn) PAGEREF _Toc7581 13 HYPERLINK l _Toc2125 3.5.1功能描述 PAGEREF _Toc2125 13 HYPERLINK l _Toc1175 3.5.2 溫控制 PAGEREF _Toc1175 14 HYPERLINK l _Toc8715 3.5.3 人臉控制 PAGEREF _Toc8715 14

14、 HYPERLINK l _Toc16177 3.6 參考文獻 PAGEREF _Toc16177 15 HYPERLINK l _Toc23967 3.6.1 總結(jié) PAGEREF _Toc23967 15 HYPERLINK l _Toc23133 3.6.2 畢業(yè)設(shè)計社會和經(jīng)濟效益分析。 PAGEREF _Toc23133 15 HYPERLINK l _Toc13215 5. 總結(jié) PAGEREF _Toc13215 19 HYPERLINK l _Toc11153 致 PAGEREF _Toc11153 201 畢業(yè)設(shè)計概述1.1 智能家居發(fā)展概況智能家居是利用先進的計算機技術(shù)、嵌入

15、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、智能化和個性化的獨特魅力，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)計所使用開發(fā)板為Real641

16、0 開發(fā)板，采用三星公司的ARM11 核的處理器 HYPERLINK :/ dzsc /s/S3C6410.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank S3C6410.開發(fā)板上還集成了123 M的DDR HYPERLINK :/wiki.dzsc /info/1471.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank 存以與1 GB NandFlash, 同時預(yù)留了256 kNorFlash.底板上還提供兩個四線 HYPERLINK :/ dzsc /r/RS-232.html t :/ dzsc /data/htm

17、l/2012-1-12/_blank RS-232串口， 一個USBHOST 接口，一個10 M/100 M 自適應(yīng)以太網(wǎng)接口等外設(shè)。2 主要研究容目前，各種智能家居系統(tǒng)的設(shè)計多以有線為主，但有線技術(shù)并不適用于智能家居的普與，安裝難度大以與價格昂貴的缺點限制了其發(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)計對家居設(shè)備通過Zigbee 進行無線組網(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行實時的顯示并進行后續(xù)的利用控制；同時將收集各處傳輸進來的數(shù)字視頻進行后續(xù)的處理和識別。3 畢

18、業(yè)設(shè)計總體設(shè)計方案3.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計原則本畢業(yè)設(shè)計主要完成智能家居的環(huán)境變量和視頻信號的監(jiān)控。整個系統(tǒng)包括一塊ARM11 開發(fā)板，一個16 位 HYPERLINK :/product.dzsc /product/file1155.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank 單片機，2個USB 的CMOS 攝像頭；一臺PC 機（運行客戶端的監(jiān)控程序）根據(jù)功能的不同，整個系統(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

19、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)功能與設(shè)計整個智能家居系統(tǒng)的設(shè)計可分為兩大部分：1）阿里云服務(wù)器端設(shè)計；2）客戶機終端監(jiān)控軟件的設(shè)計。3.2.1 阿里云服務(wù)器端設(shè)計首先為ARM 開發(fā)板定制一個合適的Linux 核（核版本：Linux 2.6.28），然后對其進行裁剪，使其具有基本核功能，同時保留TCP/IP 協(xié)議棧，串口協(xié)議以與相應(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)一個運行于Linux 下的阿里云服務(wù)器程序，其實現(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

20、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)，同時利用Socket 實現(xiàn)服務(wù)器監(jiān)聽功能，這樣就可以接受來自客戶機的監(jiān)控請求。具體的工作容如下：1）USB 攝像頭的驅(qū)動程序移植；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；4）通過Zigbee 獲取 HYPERLINK :/product.dzsc /product/file471.html t :/ dzsc /data/html/2012-1-12/_blank 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

21、：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 客戶機終端監(jiān)控軟件設(shè)計客戶機終端監(jiān)控軟件采用MFC 編寫， 可實現(xiàn)來自WEB服務(wù)器端的實時視頻預(yù)覽、視頻錄制、視頻截圖與傳感器參數(shù)的實時顯示等功能。程序采用多線程技術(shù)：一個線程進行視頻信息的解碼和播放功能，另一個線程實現(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)境變量進行屏幕疊加，能在錄制時完成信息的錄制和再現(xiàn)。圖4 為終端監(jiān)控軟件。圖4 客戶機終端監(jiān)控軟件4 畢業(yè)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)4.1

22、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)是一種經(jīng)濟、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recordVideo 視頻錄制線程。當(dāng)用戶點擊停止錄制按鈕時， 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

23、程以與recordVideo 線程便能很好的實現(xiàn)客戶機的視頻預(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（）實現(xiàn)客戶機與服務(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)，同時在服務(wù)器端創(chuàng)建Socket（）進行監(jiān)聽，來接受客戶機的請求。當(dāng)客戶機發(fā)送connect（）連接請求后，服務(wù)器通過accept（）接收客戶機連接請求。然后服務(wù)器與客戶機之間通過send（）函數(shù)和recv（）函數(shù)實現(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 入侵檢測功能實現(xiàn)為了減少網(wǎng)絡(luò)傳輸

24、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)進行一次處理。該函數(shù)設(shè)定一個圖像發(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 進行比較，如果大于閾值c_limit,則認為圖像發(fā)生了變化，否則即認為沒有變化，則不將該次采集的圖像數(shù)據(jù)寫入JPEG 文件保存，這樣可以極提高視頻存儲的能力，同時減少各資源的浪費。4.5 利用openCV 庫實現(xiàn)人臉檢測OpenCV 是Intel 公司面向應(yīng)用程序開發(fā)者開發(fā)的計算機視覺庫，其中包含大量的函數(shù)用來處理計算機視覺領(lǐng)域中常見的問題，例如運動分析和跟蹤、人臉識別、3D 重建和目標(biāo)識別等。在openCV 函數(shù)可編程過程中，CvS

25、ize 和IpImage 是兩個比較常用的結(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。軟件實現(xiàn)中首先通過函數(shù)IpImage* cvCreateImage （cvSize（img-width,img-height）， 8, 1 ）為圖像分配存，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一樣通過cvResize（ gray, small_img, CV_INTER_LINEAR ） 對圖像進行縮放，函數(shù)cvEqualizeHist（ sm

26、all_img, small_img ）實現(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)計社會和經(jīng)濟效益分析。主要用途和應(yīng)用圍：1）對機要部門的監(jiān)視、控制和報警，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

27、業(yè)廳、展覽廳、貨場等的監(jiān)視；3）對交通運輸?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）用于安全報警，如防盜、防火等的報警；5）在安全身產(chǎn)方面的應(yīng)用，如煤礦等。經(jīng)濟效益：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，已成為一個集控制、計算機、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)、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)國時代.具有很大的市場潛力。社會效益：隨著哥本哈根會議和十二五規(guī)劃 當(dāng)前，當(dāng)?shù)吞紲p排已成為一項國家行動，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，具有較高的社會效益

28、總結(jié)智能家居是系統(tǒng)性的產(chǎn)品，主要有控制器和 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E6%89%A7%E8%A1%8C%E5%99%A8&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t :/zhidao.baidu /question/_blank 執(zhí)行器組成。其中該系統(tǒng)的通訊模式、 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E6%9E%84%E6%9E%B6&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t :/zhidao.baidu /question/_b

29、lank 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 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E6%99%BA%E8%83%BD%E5%AE%B6%E5%B1%85%E7%B3%BB%E7%BB%9F&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t :/zhidao.baidu /question/_b

30、lank 智能家居系統(tǒng)。論文好辦，解決了 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E7%89%A9%E7%90%86%E6%A8%A1%E5%9E%8B&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t :/zhidao.baidu /question/_blank 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%寫進去即可。補充說明：簡易智能聯(lián)動控制 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E4%BA%A7%E5%93%81%E8%AE%BE%E8%AE%A1&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t :/zhidao.baidu /question/_blank 產(chǎn)品設(shè)計，也可以考慮“人體紅外感應(yīng)”，可廣泛應(yīng)用于走道、 HYPERLINK :/ baidu /s?wd=%E7%8E%84%E5%85%B3&hl_tag=textlink&tn=SE_hldp01350_v6v6zkg6 t :/zhidao.baidu /question/_blank 玄關(guān)、衛(wèi)廚、衣柜等