基于openWRT智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

大學生創(chuàng)新訓練項目申請書項目編號項目名稱基于openWRT智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)項目負責人聯(lián)系電話所在學院學號專業(yè)班級指導教師E-mail申請日期起止年月 基本情況項目名稱基于openWRT智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)所屬學科學科一級門：工科學科二級類：電子信息類申請金額10000元起止年月2019年5月至2021年5月負責人姓名性別民族出生年月年月學號聯(lián)系電話宅：手機:指導教師聯(lián)系電話宅：手機:負責人曾經(jīng)參與科研的情況指導教師承擔科研課題情況指導教師對本項目的支持情況項目組主要成員姓名學號專業(yè)班級所在學院項目中的分工總體設(shè)計電路設(shè)計與調(diào)試openWRT應(yīng)用程序設(shè)計客戶端程序編制立項依據(jù)（可加頁）項目簡介本項目主要研究基于openWRT的智能家居系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可實現(xiàn)通過電腦和手機等監(jiān)控層對家居環(huán)境實時監(jiān)控，對家電、窗簾等的開關(guān)進行遠程操控，對外訪人員進行人臉識別門禁；同時可對室內(nèi)環(huán)境進行監(jiān)測并向手機安卓客戶端發(fā)送提示，如若與設(shè)定值比較出現(xiàn)異常，自動執(zhí)行預(yù)定動作，例如：廚房出現(xiàn)濃煙，自動開啟排氣扇；可反向定位手機并發(fā)出預(yù)警聲；監(jiān)測房門鎖，若出現(xiàn)異常，自動撥號小區(qū)監(jiān)控中心報警同時給手機安卓客戶端發(fā)報警短信，實現(xiàn)聯(lián)合安防。對系統(tǒng)的所有操作，均可在電腦客戶端和手機安卓客戶端進行操作。研究目的在科技飛速發(fā)展的潮流下，眾多小區(qū)均已對房屋實現(xiàn)家居智能化。但是仍有部分智能化功能不夠人性化，不夠全面。本項目的研究設(shè)計，旨在實現(xiàn)更人性化、更高效、更方便快捷、更安全的智能化家居生活。通過對本項目的研討專研，使自己對未來智能市場有一定的了解，并學習到相關(guān)的專業(yè)知識，豐富自己的學習生活，增強自己的專業(yè)水平。研究內(nèi)容本項目主要研究基于openWRT下的智能家居系統(tǒng)。將居家中的各類設(shè)備（窗簾、空調(diào)、門禁、家用電器、照明系統(tǒng)等）連接整合在js7628硬件系統(tǒng)上，通過手機安卓客戶端或電腦端應(yīng)用軟件對居家設(shè)備進行遠程開關(guān)，房門安防監(jiān)控，熱水器空調(diào)定時開關(guān)功能等。同時在開發(fā)板上安裝紅外接收裝置，以便接受控制。為智能家居真正走進生活提供可行的實施方案。具體內(nèi)容見下：OpenWRT是一個高度可擴展嵌入式設(shè)備的GNU/Linux發(fā)行版本。由于它擁有眾多網(wǎng)絡(luò)組件和良好的擴展性，常常被應(yīng)用于工業(yè)控制、機器人、智能家居等領(lǐng)域。OpenWRT項目的建立從零開始，可被視為一個全功能的、易于修改的路由操作系統(tǒng)。OpenWRT的開發(fā)需要宿主機，為便于開發(fā)，本設(shè)計使用Windows系統(tǒng)的主機作為宿主機，使用帶有圖形界面的串口工具和文件傳輸工具。并安裝一個Ubuntu系統(tǒng)的虛擬機，與OpenWRT同為Linux系統(tǒng)，便于編譯固件。首先進行編譯環(huán)境的搭建，在宿主機的Linux環(huán)境下預(yù)裝一些軟件。串口通信編程部分，采用了簡單高效的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，通過對若干個關(guān)鍵參數(shù)進行識別對比即可完成串口通信。當串口開啟之后，應(yīng)用程序會自動開啟一個專用線程用于數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。為了保證數(shù)據(jù)的完整性，在每次接收到數(shù)據(jù)包之后都會對其進行有效性校驗，防止數(shù)據(jù)丟失。具體方法是通過bytesAvailable()函數(shù)處理接收到的數(shù)據(jù)，滿足條件后再返回。1.研究軟件部分想好本系統(tǒng)所想實現(xiàn)的條件后，在Ubuntu系統(tǒng)下，編譯js7628硬件系統(tǒng)中的固件，整合js7628硬件系統(tǒng)，使其能控制家居設(shè)備。同時利用Java編譯手機安卓客戶端應(yīng)用程序，使其能云端連接硬件系統(tǒng)中的控制程序，達到遠程控制。2.研究硬件部分搭建js7628硬件系統(tǒng)作為智能家具網(wǎng)關(guān)終端，設(shè)計智能家居控制子系統(tǒng)。包括溫控模塊、電器開關(guān)控制模塊、照明開關(guān)系統(tǒng)模塊、紅外接收模塊、安防報警模塊等。國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)智能家居交互平臺是一個具有交互能力平臺，并且通過平臺能夠把各種不同的系統(tǒng)、協(xié)議、信息、內(nèi)容、控制在不同的子系統(tǒng)中進行交互、交換。它具有如下特點：1、每個子系統(tǒng)都可以脫離交互平臺獨立運行。2、不同品牌的產(chǎn)品、不同的控制傳輸協(xié)議能通過這個平臺進行交互。3、智能終端（觸摸屏）僅做為各子系統(tǒng)的顯示、操作界面。4、控制軟件可編程（DIY），提供信息服務(wù)。5、多種控制手段。1.國外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)自從世界上第一幢智能建筑1984年在美國出現(xiàn)后，美國、加拿大、歐洲、澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟比較發(fā)達的國家先后提出了各種智能家居的方案。智能家居在美國、德國、新加坡、日本等國都有廣泛應(yīng)用。1998年5月新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”上，通過在場內(nèi)模擬“未來之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系統(tǒng)。它的系統(tǒng)功能包括三表抄送功能、安防報警功能、可視對講功能、監(jiān)控中心功能、家電控制功能、有線電視接入、電話接入、住戶信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布線箱、寬帶網(wǎng)接入和統(tǒng)軟件配置等。2017年，美國馬里蘭大學AhmadAlaiad等人，在現(xiàn)有的智能家庭醫(yī)療系統(tǒng)（WSN-SHS）的基礎(chǔ)，利用新的方法與模型去優(yōu)化系統(tǒng)，所取得的效果比較顯著。2017年，芬蘭奧盧大學的JariIinatti等人從智能家居系統(tǒng)的安全性出發(fā)，提出一種匿名安全框架以此來降低系統(tǒng)風險，提高系統(tǒng)的安全性能。2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)智能家居的概念傳入中國有近十年的時間了，國內(nèi)的一些廠商也與2003年左右進入智能家居行業(yè)，并且陸續(xù)有一些智能家居系統(tǒng)推向市場。隨著社會、經(jīng)濟水平的發(fā)展，人們對家居品質(zhì)的追求也越來越高，要求家居舒適化、安全化，家居生活舒適化、智能化，對智能家居系統(tǒng)的需求也越來越強烈。近年來，家電、網(wǎng)絡(luò)業(yè)巨頭紛紛試水智能家居市場，面向智能家居行業(yè)的并購也時有發(fā)生，說明大家逐漸看好智能家居市場。但是目前智能家居市場還是保持一種不溫不火的狀態(tài)，就算最大的智能家居廠商每年也不過幾千萬的銷售額，和業(yè)內(nèi)人士的預(yù)測和期望相距甚遠。很多業(yè)內(nèi)人士認為智能家居市場正處于“黎明前的黑暗”時期，即將迎來爆發(fā)式增長的階段。2014年，吉林大學孫永堅提出了一種工作在433MHz下的智能家居系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)設(shè)計網(wǎng)關(guān)與節(jié)點都有設(shè)計，效果較為顯著。但考慮到成本，不是一種理想選擇。此外，并沒有實現(xiàn)智能家居網(wǎng)關(guān)與路由一體化。2014年，西安電子科技大學李曙聰提出了一種OWIG智能網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，該系統(tǒng)是以openWRT路由系統(tǒng)為核心，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了各種服務(wù)模塊，滿足用戶需求。2015年，大連理工大學劉麗華提出了一種智能家居設(shè)計。選取RT5350為硬件平臺，搭載openWRT系統(tǒng)，嵌入web服務(wù)器，開發(fā)了各種控制終端，給用戶帶來了極大的方便。2017年，福建師范大學徐哲鑫等人提出了一種用于智能家居的路由器設(shè)計，整合了zigbee與wifi兩種通信方式，實現(xiàn)了路由功能。但對整個智能家居控制系統(tǒng)并沒有全面體現(xiàn)，對紅外通信方式也沒進行融合。創(chuàng)新點與項目特色OpenWRT不同于其他許多用于路由器的發(fā)行版，它是一個從零開始編寫的、功能齊全的、容易修改的路由器操作系統(tǒng)。實際上，這意味著您能夠使用您想要的功能而不加進其他的累贅，而支持這些功能工作的linuxkernel又遠比絕大多數(shù)發(fā)行版來得新。對于開發(fā)人員，OpenWRT是使用框架來構(gòu)建應(yīng)用程序，而無需建立一個完整的固件來支持；對于用戶來說，這意味著其擁有完全定制的能力，可以用前所未有的方式使用該設(shè)備。對于本項目來講，所設(shè)計的系統(tǒng)是基于openWRT進行開發(fā)設(shè)計，較其他開發(fā)框架來講，優(yōu)點在于包容性更強，定制方向更為多元化。openWRT在無線路由器應(yīng)用上已有100多個軟件包。人們可以在其基礎(chǔ)上增加軟件包，以擴大其應(yīng)用范圍。本項目的特色在于可實現(xiàn)對所有智能家居設(shè)備的控制集于js7628上，并通過無線通信連接實現(xiàn)手機和電腦客戶端的遠程控制，并實現(xiàn)反向?qū)崟r定位。技術(shù)路線、擬解決的問題及預(yù)期成果技術(shù)路線：首先對整個項目制定整體方案，然后設(shè)計每個子系統(tǒng)的操作程序，同時利用Java設(shè)計手機應(yīng)用程序，同步進行硬件電路板的設(shè)計安裝。當各子任務(wù)完成后，統(tǒng)一進行連接、測試，進行整體分析研究。擬解決的問題：1.在openWRT中，為終端控制器寫入執(zhí)行各項控制家居設(shè)備操作的命令程序，并對其進行仿真演算，完全通過后，進行與硬件連接。2.編譯手機安卓客戶端應(yīng)用軟件，使其能執(zhí)行遠程控制智能設(shè)備，并研究智能家居環(huán)境，尋找最適合智能家居設(shè)備控制的相關(guān)技術(shù)。3.開發(fā)調(diào)試js7628硬件系統(tǒng)，測試相應(yīng)的子系統(tǒng)執(zhí)行情況。4.整合最終的軟硬件銜接調(diào)試，以及聯(lián)合調(diào)試，實現(xiàn)項目要求。預(yù)期效果：得到一個功能完整的智能家居控制系統(tǒng)，基本實現(xiàn)對智能家居的遠程實時控制，以及門禁安防系統(tǒng)，為用戶帶來良好智能家庭生活體驗。對自我而言，對智能家居系統(tǒng)有一個系統(tǒng)的學習與深入了解，自己的專業(yè)水平得到一定的提高。項目研究進度安排:2019.05-2019.07:整體方案設(shè)計，并作出學習研究計劃。2019.08-2020.01：學習Java及功能程序的設(shè)計開發(fā)，學習安裝硬件系統(tǒng)模塊。2020.02-2020.08：整合軟、硬件并聯(lián)合調(diào)試，對不完善的地方進行修補與改進。2020.09-2021.04：結(jié)題。已有基礎(chǔ)與本項目有關(guān)的研究積累和已取得的成績專業(yè)有系統(tǒng)的學習過硬件電路板的制作，了解一定的有關(guān)智能化家居系統(tǒng)的設(shè)計方案。項目負責人曾參與過有關(guān)智能程序設(shè)計的創(chuàng)新大賽，對本項目的軟件開發(fā)方面有一定的理論技術(shù)基礎(chǔ)。已具備的條件，尚缺少的條件及解決方法已具備的條件：1）項目參與人員皆有一定的C語言學習基礎(chǔ)。2）關(guān)注智能家居項目并有著一定的研究基礎(chǔ)。3）工作室有與項目相關(guān)的實驗設(shè)備與調(diào)試器材，環(huán)境良好，干擾少，利于項目的開展。尚缺少的條件：項目參與人缺少相應(yīng)的學習資料，以及項目開展的硬件材料。解決方法：項目參與人通過對指導老師所發(fā)的相關(guān)學習資料，進行系統(tǒng)的研究學習。三人分工合作，對自己所負責的板塊進行深入學習，為本項目的順利研發(fā)打下堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。經(jīng)費預(yù)算開支科目預(yù)算經(jīng)費（元）主要用途階段下達經(jīng)費計劃（