基于Android和Wi-Fi的智能家居設(shè)計(jì)研究緒論,軟件工程碩士論文

基于Android和Wi-Fi的智能家居設(shè)計(jì)研究緒論,軟件工程碩士論文本篇論文目錄導(dǎo)航：【題目】【第一章】基于Android和Wi-Fi的智能家居設(shè)計(jì)研究緒論【第二章】【3.1-3.3】【3.4】【3.53.6】【第四章】【第五章】【總結(jié)/以下為參考文獻(xiàn)】第一章緒論1.1課題研究背景及其意義1.1.1課題的背景1984年，美國(guó)聯(lián)合科技公司在美國(guó)康涅狄格州哈特福德市建造了第一座智能型建筑,從此便引發(fā)了世界各國(guó)對(duì)智能家居的研究與發(fā)展[1].智能家居在中國(guó)的發(fā)展已經(jīng)有十幾年了，它給人們帶來了全新的生活理念，讓人們更便捷的操控家里的電器[2].然而由于物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，把智能家居的發(fā)展又推向了一個(gè)新的方向，通過它將電器設(shè)備連接起來，進(jìn)而接收和傳遞數(shù)據(jù)，電器設(shè)備通過相關(guān)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[3].自從物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來后，物與物互聯(lián)的概念深切進(jìn)入人心[4].智能家居通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使得電器設(shè)備互相連接到一起，并擁有控制家電的開關(guān)，定時(shí)操作等功能。相比于傳統(tǒng)的智能家居是借助于有限局域網(wǎng)對(duì)家電進(jìn)行控制，需要復(fù)雜的排線工程，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的智能家居通過無線通信技術(shù)來控制家電設(shè)備，減少了排線的費(fèi)事，而且由于布線的成本也比擬高，這部分的成本免去了之后，價(jià)格大幅度下降，使智能家居走進(jìn)了平常百姓的家中[5].當(dāng)前應(yīng)用于智能家居的無線技術(shù)包括Wi-Fi技術(shù)，ZigBee技術(shù)，紅外技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)等，無線技術(shù)的應(yīng)用使得智能家居系統(tǒng)愈加整體化，管理愈加方便[6].不斷提高的生活水平，促使人們有了更高層次層次的家庭環(huán)境的向往和追求。不僅僅僅是從房屋周邊配套設(shè)施、房屋面積、地理位置、周邊環(huán)境出要求，如今由于智能家居越來越低廉的價(jià)格和貼心的設(shè)計(jì)，人們希望他們能夠享受更方便、更有質(zhì)量的生活。人們對(duì)生活質(zhì)量的不斷追求是智能家庭發(fā)展最大的動(dòng)力。當(dāng)前智能家居的功能還在不斷拓展，包括遠(yuǎn)程家電的控制、游戲娛樂的智能體驗(yàn)等。根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展情況分析估算，全世界將來數(shù)年內(nèi)選擇建立一個(gè)智能家居生活的家庭數(shù)量將會(huì)過億。所以，智能家居產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)潛力是不可估量的[7].1.1.2課題的意義本系統(tǒng)以Android平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過無線通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)家電設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。為家庭帶來更便捷，舒適的生活方式。給普通的家用電器帶來新的生命力，使它們更貼合人們的需求和期許，更人性化的為家庭提供服務(wù)。用戶能夠隨時(shí)通過Android設(shè)備對(duì)家中的電器進(jìn)行操控和監(jiān)測(cè)。由于智能家居產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，加上人們的生活方式也有所改變，智能家居走進(jìn)普通家庭將是天經(jīng)地義的事[8].根據(jù)相關(guān)資料表示清楚，智能化的家電設(shè)備越來越遭到人們的關(guān)注和青睞。隨著智能家居每年五百萬(wàn)的增長(zhǎng)速度，智能家居的市場(chǎng)需求將大幅度提升[8].因而，對(duì)智能家居系統(tǒng)的研究非常符合社會(huì)的發(fā)展與需求。本系統(tǒng)能夠跟常見的家用電器設(shè)備連接，對(duì)它們進(jìn)行開關(guān)控制，如照明、電動(dòng)窗簾、熱水器等。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，系統(tǒng)還能夠進(jìn)行擴(kuò)展，以后還能夠連接到更多的智能設(shè)備上，知足人們多樣化的需求。用戶通過Android界面對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，操作簡(jiǎn)單易懂，使用體驗(yàn)直觀方便。通過本系統(tǒng)，用戶能夠隨時(shí)隨地的對(duì)家中的電器進(jìn)行監(jiān)控，時(shí)刻與家聯(lián)絡(luò)在一起。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，人們對(duì)不斷提高生活水平的向往和期許促進(jìn)了智能家居的迅速提升，智能家居已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和技術(shù)水平的因素之一。1.2國(guó)內(nèi)外的智能家居研究現(xiàn)在狀況1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)在狀況第一次提出了智能家居這個(gè)概念就是源于1984年美國(guó)改造的那幢大樓[1],但智能家居離平民百姓仍然很遙遠(yuǎn)。1998年5月，新加坡舉辦了一個(gè)國(guó)際展覽，在展覽中展示的一個(gè)將來之家系統(tǒng)吸引了人們的注意，它有著愈加豐富的功能，使人們對(duì)智能家居有了更直觀的體驗(yàn)和感受，更是指明了智能家居發(fā)展的道路[9].此后，智能家居產(chǎn)業(yè)遭到了廣泛關(guān)注，一些世界先進(jìn)的技術(shù)公司在聯(lián)合在一起，提出了一些智能家庭系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)計(jì)劃。拉開了智能家居生活的序幕。與傳統(tǒng)的家庭生活相比，智能家居提供了一種全新的，愈加舒適的生活方式。智能家居系統(tǒng)也從有線的整體布局的方式轉(zhuǎn)變成了無線的靈敏布局的方式，對(duì)家電設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制替代了單獨(dú)控制，這是傳統(tǒng)居家生活到智能化居家生活的蛻變。伴隨著科技發(fā)展和人們消費(fèi)觀念的改變，智能家居正位于它的發(fā)展高峰期。當(dāng)前，智能家居在某些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)有了非常沖動(dòng)人心的進(jìn)展。一個(gè)韓國(guó)研發(fā)的智能家居系統(tǒng)，是基于Zigbee作為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的，同時(shí)使用了中間件、傳感器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和相關(guān)技術(shù)等[10].根據(jù)當(dāng)前了解的一些傳感器的特性，傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠更好地應(yīng)用在智能家庭這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)的環(huán)境中，為用戶提供更方便、靈敏、高效節(jié)能的智能家庭控制設(shè)備的解決方案。美國(guó)德克薩斯大學(xué)設(shè)計(jì)了一款智能家居系統(tǒng)MavHome,這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本是比擬小的，而且非常節(jié)能。系統(tǒng)能夠用戶的使用情況學(xué)習(xí)相應(yīng)的使用形式并且檢測(cè)電器設(shè)備狀態(tài)，使用戶體驗(yàn)到最舒適的生活[11].美國(guó)另一個(gè)智能家居系統(tǒng)ControW,能夠?qū)Ω鞣N家電設(shè)備集中式的管理和控制，也是運(yùn)用了Zigbee技術(shù)和自組網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，系統(tǒng)的使用安裝非常簡(jiǎn)單，且具有拓展性[11].美國(guó)Honeywell公司設(shè)計(jì)了一種單戶型的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠控制電燈、窗簾的開關(guān)，并且有提醒的功能，還能夠?qū)θA而不實(shí)的功能進(jìn)行相應(yīng)的配置。能夠讓高端1[11].最近幾年來，微軟、Motorola等美國(guó)的一些知名的公司也開場(chǎng)大力的研發(fā)設(shè)計(jì)智能家居，并且發(fā)布了一些功能比擬全面的產(chǎn)品，比方IBM的家庭主任、Motorola旳居所之門、微軟的夢(mèng)幻之家等，它們得到了相當(dāng)一部分人們的青睞與關(guān)注[12].如今的智能家居新的發(fā)展方向就是，智能家居的控制端從pc變成了移動(dòng)設(shè)備，移動(dòng)設(shè)備的控制正真具體表現(xiàn)出了智能家居的便捷性與人性化，使用戶能夠真正體驗(yàn)到隨時(shí)隨地對(duì)家電進(jìn)行控制，感遭到智能家居帶來的便利。2018年谷歌設(shè)計(jì)出了一種基于Android平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)，通過Android智能移動(dòng)設(shè)備與管理控制器互相通信，由管理控制器對(duì)電燈、飲水機(jī)等電器發(fā)送指令，進(jìn)而對(duì)它們進(jìn)行操控。該系統(tǒng)還能夠控制影音設(shè)備播放音樂，甚至計(jì)算用戶運(yùn)動(dòng)中消耗掉的卡路里數(shù)。如今全球有很多家庭已經(jīng)選擇了智能家居，比方在新加坡，就有將近五千的家庭用戶，在美國(guó)有近40000戶家庭邁向了智能家居。而在將來的幾年中，智能家居將有更大更廣的發(fā)展空間，智能家居已經(jīng)成為全球流行的時(shí)髦文化，世界各地的人們都在追求這種當(dāng)代化的生活方式。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，智能家居相關(guān)產(chǎn)品的銷售額將在將來的十年里到達(dá)328億美元，這是一個(gè)不容忽視的宏大的市場(chǎng)[1].1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)在狀況當(dāng)前為止，國(guó)內(nèi)智能家居系統(tǒng)的發(fā)展已超過十年，但智能家居產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，固然有不少?gòu)S家在生產(chǎn)智能家居產(chǎn)品相關(guān)設(shè)備，但至今還沒有能夠大規(guī)模生產(chǎn)的廠家，國(guó)內(nèi)對(duì)智能家居產(chǎn)業(yè)沒有標(biāo)準(zhǔn)，用戶認(rèn)知度不高，這些都是抑制產(chǎn)業(yè)發(fā)展的原因，但更主要的就是由于其安裝經(jīng)過非常復(fù)雜、成本過高而導(dǎo)致價(jià)格不菲、穩(wěn)定性也有待提高[13].由于物聯(lián)網(wǎng)概念的出現(xiàn)給智能家居引導(dǎo)了一個(gè)新的發(fā)展方向，加上國(guó)家對(duì)智能家居產(chǎn)業(yè)的重視，智能家居進(jìn)入了發(fā)展的上升期，迎來了市場(chǎng)的春天。為了搶占市場(chǎng)先機(jī)，很多國(guó)內(nèi)的商家都開場(chǎng)各自研發(fā)智能家居產(chǎn)品，智能家居市場(chǎng)正以幾何式的速度增長(zhǎng)著[14].同時(shí)，這幾年智能手機(jī)的發(fā)展也非常的迅速，與傳統(tǒng)的手機(jī)系統(tǒng)相比，智能手機(jī)的功能更多更全面，運(yùn)算速度也更快，更能知足人們多樣的需求。當(dāng)前使用范圍最廣的操作系統(tǒng)就是Android系統(tǒng)和iOS系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)表示清楚，2021年國(guó)內(nèi)智能機(jī)市場(chǎng)Android份額估計(jì)到達(dá)81.36%,占據(jù)統(tǒng)治地位，iOS份額估計(jì)占據(jù)11.00%的市場(chǎng)份額。由此看來，Android手機(jī)的市場(chǎng)份額第一的地位難以撼動(dòng)[15].因而，研發(fā)出一種基于Android的智能家居系統(tǒng)更符合市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，具有長(zhǎng)足的意義。由于國(guó)內(nèi)智能家居概念的深切進(jìn)入人心，人們對(duì)智能的家庭生活也越來越向往，智能家居產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)即將快速發(fā)展的階段，具有無窮的市場(chǎng)潛力，光明的發(fā)展前景[16].所以，國(guó)內(nèi)的很多企業(yè)都把目光放到了智能家居產(chǎn)業(yè)中，深切進(jìn)入的研究了市場(chǎng)的需求變化和發(fā)展環(huán)境，進(jìn)而產(chǎn)生了更多批智能家居企業(yè)，它們成為了國(guó)內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展的龍頭。從2018年至今，我們國(guó)家政策對(duì)房地產(chǎn)行業(yè)進(jìn)行了調(diào)控，智能家居產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了又一個(gè)拐點(diǎn)，增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，告別了彷徨期，正式進(jìn)入了融合演變期。在之后的幾年中，智能家居行業(yè)在飛速發(fā)展的同時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)相互融合的情況。將來的五到十年間，智能家居將會(huì)在劇烈的競(jìng)爭(zhēng)中急速發(fā)展，誰(shuí)是勝利者并不能預(yù)測(cè)，但能夠預(yù)見的是，國(guó)內(nèi)在這期間將會(huì)出現(xiàn)大量的智能家居企業(yè)，有的企業(yè)一年的銷售額將會(huì)到達(dá)上百億甚至更高層次[17].從2020年至今，市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了品種繁多、花樣百出的智能家居產(chǎn)品，也給消費(fèi)者帶來了不少驚喜，但始終沒有十分突出的案例出現(xiàn)，這也從側(cè)面反映了我們國(guó)家的智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍然在探索中前進(jìn)。但是更多的企業(yè)正在涉足智能家居，相信人們很快就能體驗(yàn)到令人滿意智能生活[18].1.3基于Android智能家居的優(yōu)勢(shì)Android系統(tǒng)作為使用范圍最廣的移動(dòng)終端操作系統(tǒng)，不僅在手機(jī)和平板電腦上有了大量的應(yīng)用，甚至有的電視等設(shè)備的操作系統(tǒng)也是Android.在2021年底，Android的市場(chǎng)占有率到達(dá)了約百分之八十，而iOS系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率僅僅僅是百分之十左右，Android系統(tǒng)遙遙領(lǐng)先。并且，Android系統(tǒng)的移動(dòng)終端比iOS系統(tǒng)的終端價(jià)格低廉，更遭到群眾的青睞，用戶群更大。Android系統(tǒng)具有很強(qiáng)的操作性，它本身的特性更合適提供智能家居系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。支持C/C++〔底層〕JAVA〔應(yīng)用層〕的開發(fā)，同時(shí)Android系統(tǒng)帶有消息推送接口，智能家居系統(tǒng)能夠利用此接口將電器設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行定時(shí)推送，用戶能夠隨時(shí)了解家中的狀況[19].系統(tǒng)封裝了HTTP、SSL、Cookie等協(xié)議，同時(shí)可以以使用套接字進(jìn)行程序的編寫[20].與此同時(shí)，Android系統(tǒng)的易用性強(qiáng)，移動(dòng)終端輕巧方便攜帶，出門在外可以以利用Wi-Fi或其他的互聯(lián)網(wǎng)接入方式對(duì)家電進(jìn)行操控，時(shí)刻了解家里的狀況。1.4論文的組織及構(gòu)造布置本文的智能家居系統(tǒng)是基于Wi-Fi無線通信技術(shù)和Android平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)。以功能的角度來看，本文將該智能家居控制系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)和Android監(jiān)控平臺(tái)兩大部分。數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)利用Arduino單片機(jī)和ESP8266芯片作為Wi-Fi模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電設(shè)備的控制和信號(hào)傳輸，后者則利用Android操作系統(tǒng)進(jìn)行終端軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電器設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)。本論文的主要工作包括：1.數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)的作用是對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行控制和檢測(cè)，采用ESP8266模塊和Arduino模塊相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)交互。本文分別設(shè)計(jì)了窗簾控制系統(tǒng)，燈光控制系統(tǒng)，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，煙霧與可燃?xì)怏w監(jiān)控系統(tǒng)等四個(gè)子系統(tǒng)。2.Android監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。分析出本智能家居系統(tǒng)的所需要的功能后，對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行規(guī)劃。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能模塊有登錄模塊，智能控制模塊，場(chǎng)景形式模塊和監(jiān)控報(bào)警模塊，華而不實(shí)設(shè)備控制模塊又分別包括添加房間，編輯房間和各房間家電控制三種功能。家電控制主要包括燈光控制，窗簾控制等電器的開關(guān)控制操作以及溫濕度與可燃?xì)怏w的監(jiān)測(cè)等。3.對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試表示清楚設(shè)計(jì)的功能均可實(shí)現(xiàn)且基本無錯(cuò)誤過失，溫度監(jiān)控與可燃?xì)怏w監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)基本沒有誤差，報(bào)警功能正常，證明系統(tǒng)的工作穩(wěn)定并且測(cè)量結(jié)果可靠。以下為本文的組織及構(gòu)造布置：第一章，緒論。對(duì)智能家居問世以來一路的發(fā)展進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，闡述了本課題的研究意義，同時(shí)分別對(duì)國(guó)內(nèi)外的智能家居產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在狀況進(jìn)行了分析，總結(jié)出了基于Android系統(tǒng)的智能家居的優(yōu)勢(shì)，最后對(duì)本文的主要工作和組織構(gòu)造進(jìn)行了闡述。第二章，對(duì)智能家居系統(tǒng)所需要用到的技術(shù)進(jìn)行了研究。首先對(duì)Android進(jìn)行了研究與分析，介紹了Android平臺(tái)的整體架構(gòu)、特性以及應(yīng)用開發(fā)的基本組件。隨后介紹了系統(tǒng)終端軟件開發(fā)要用到的Android上層應(yīng)用和NDK技術(shù)，為軟件開發(fā)做好準(zhǔn)備。接著分析了Android的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，選擇SQLite作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)。最后介紹了本系統(tǒng)采用的Wi-Fi通信技術(shù)。分別分析了系統(tǒng)的功能上的需求和性能上所要到達(dá)的要求，進(jìn)而得出系統(tǒng)的整體模型，包括數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件終端的設(shè)計(jì)。隨后對(duì)數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體的介紹，系統(tǒng)的硬件部分采用ESP8266模塊和Arduino模塊相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)交互。多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)組成了室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)的不同家電進(jìn)行開關(guān)控制，監(jiān)測(cè)室內(nèi)的溫度、濕度以及可燃?xì)獾臐舛?。室?nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)包括四個(gè)子系統(tǒng)，分別是窗簾控制系統(tǒng)、燈光控制系統(tǒng)、溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)以及煙霧與可燃?xì)怏w監(jiān)控系統(tǒng)。Arduino模塊是數(shù)據(jù)采集終端節(jié)點(diǎn)