智能家居终端控制系统毕业设计报告

不念不忘少年蓝@ 2022-06-16 01:45 268阅读 0赞

毕业设计报告

题目：智能家居终端控制系统

专    业：物联网应用技术
     班    级：12届物联网1班
     指导教师：       无

学生姓名： 02,04,23,45  
答辩日期： 2014.11.26

佛山职业技术学院

目 录  
一．引言 3  
二．总体设计 4  
（一）编写目的 4  
（二）功能描述 4  
1、智能家居终端PC机 5  
2、手机远程控制主机 5  
（三）软硬件介绍 6  
1、遥控电动窗帘 6  
2、智能传感数据 6  
3、智能报警 6  
4、摄像监控 6  
三．系统功能开发与运行 7  
(一)开发过程 7  
(二)智能功能调试 11  
1.温湿度控制警报器 11  
2.亮度控制窗帘 11  
3.摄像头监控 11  
四．系统界面主流程 12  
五．参考资料 13  
六．经验总结 14  
七．致谢 15

一．引言

当年比尔·盖茨斥巨资建立的智能化豪宅，看起来是那么遥不可及，一度被人们当成一种梦幻，智能家居也就是在那个时候开始被人们认识并关注的。  
那么到底什么是智能家居？智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。  
智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能。帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

二．总体设计  
通过总体的设计思路来确定和分析每一步要做的工作。  
（一）编写目的  
(1)为巩固和提高自身学过的基础理论和专业知识；  
(2)为提高运用所学知识进行独立思考和综合分析、解决实际问题的能力，以达到学以致用的效果；  
(3)为增强我们自身对智能家居系统的认识、充分掌握系统分析处理方法，进行调试、设计等基本技能的训练，使之具有一定程度的实际工作能力。  
（二）功能描述  
本产品通过Zigbee和Wi-Fi作为通讯基础所设计的。ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，事实上它是一个高频无线电信号。无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。现时一般人会把Wi-Fi及IEEE 802.11混为一谈。甚至把Wi-Fi等同于无线网际网路。功能如下：  
1、智能家居终端PC机  
通过Wi-Fi和Zigbee传感器可直接与开关、报警器、摄像头产品配套使用可实现智能家居系统内部设备的电话远程控制、集中控制、定时控制等功能。简单的说，就是用一台电脑做终端来收集数据然后传送到手机（所收集的数据是来自各个传感器），再用安装对应Apk的手机间接或电脑直接对智能家居进行查看数据并加以控制。  
1）、操作内容和工作状态一目了然，清晰易懂。  
2）、充分满足有线探测器和无线探测。  
3）、防盗、防劫、防火、防煤气、对讲、求助、家居智能控制。一机在手，自由自在，安全都有。  
4）、应用范围广泛。既适应智能小区、智能家居的系统控制；也适应别墅、复式、豪华住宅单元的安全防范报警；更适应办公、商业、学校、金融部门的安防报警。  
2、手机远程控制主机  
通过手机apk可与智能家居终端PC机产品配套使用可实现智能家居系统内部设备的远程控制功能。简单的说，就是用安装对应Apk的手机直接对主机进行查看数据并加以控制。  
1）、远程遥控：平时可通过手机点击控制，经登录验证后可进行：室内动静监听、打开或关闭现场报警器，控制家电开关。  
2）、简单安装，直接在手机上安装apk，阅读说明，就可以操作。  
3）、Apk可编程：用户可以通过编译Apk控制新加入的传感器模块。  
3、无线报警及灯光家电控制设备  
无线红外感应器、无线窗帘控制器、无线灯光开关、无线烟雾感应器、智能家居终端机等。  
（三）软硬件介绍  
本类产品可根据客户需求配置，实现家庭或商铺的家居的远程控制功能。  
1、遥控电动窗帘  
Zigbee电机模块、Zigbee开关模块、窗帘模块、风扇模块；  
2、智能传感数据  
Zigbee温湿度传感器模块、Zigbee光敏传感器模块；  
3、智能报警  
警报灯模块；  
4、摄像监控  
Wi-Fi 摄像头；

三．系统功能开发与运行  
系统的功能开发与运用是创建并确立这一个系统要是用来干什么的，有什么用，该有什么特点和功能有着极大的联系，所以我们要针对自己创建的系统开发特有的功能。  
(一)开发过程  
自从选择好设计智能家居系统的毕业设计课题，寻找一系列的资料并由组长分配好了任务，打好了这个毕业设计的草图，做好准备。我们开始了进行设计，由于我们选择的是智能家居的软件设计，  
我们要运用大量的硬件设备，所以我们申请来到了实训楼B的303实训室进行作业。 其实这个实训室我们实在不陌生了，尤其是组长，上一周我们就来个好几次，详细地了解过了硬件的大概使用范围和方法，而这次是真的来做设计与调试，这是真令人心情兴奋！  
由于这个项目对于我们来说不是一个小项目，我们组只有四个成员，不可能一次就把这个智能家居系统设计出来并能正常使用。所以我们经过讨论决定先做一个简单的模版来练练手，就是用以前老师教过的知识来做一个功能简单的智能家居系统，是打算用一台电脑做终端来收集数据然后传送到服务器端（所收集的数据是来自各个传感器），再用一台电脑做服务器端，且服务器端可以直接对智能家居进行查看数据并加以控制，先抛开了移动客户端的设计这块，做一个电脑连接电脑的智能家居。  
虽然我们可以直接运用实训室的硬件和软件设备，但是我们对这里的东西毕竟是没用过几次不太熟练，由于用实训室这个购买新大陆公司的整套软硬设备， 我们能用运行新大陆的软件来观看效果，反编译部分和查看部分源代码并加以分析他们是用了什么方法，接收到哪个传感器所发送的什么格式的数据信息，并且是通过发送怎么样的数据来控制不同的设备，模仿并创造一个简单的智能家居管理系统。话虽如此，但要做一个系统设计也不是我们想象中怎么简单，我们一开始根本摸不透新大陆这智能家居是如何设计出来的，里面运用到的知识比我们预想到的复杂很多，甚至有些语句我都根本看不懂，可能是太久没用接触硬件而产生了一种不知所措，我们经过了议论，决定先静下心来分析一下设计的思路，带着疑惑寻找一些相关资料，经过了一番摸索和讨论，基本了解了新大陆这套软件的设计要点，但是由于实训室里面的房间还有一个直接用网线与路由器相连的zigbee协调器不太理解的工作方式，且只能通过局域网wifi来连接它用手机app来控制zigbee模块的光管开关，并不会使用新大陆手机app中的外网控制，所以只能先放下这一块，之前我们也决定先放下移动端这块，先做个简单点的智能家居监控。正因为放下了这边的zigbee协调  
器，我们失去了很多的zigbee传感器模块，我们决定干脆先不用zigbee模块来做，直接全部都用wifi模块来做我们这个设计，但是因为实训室的wifi模块就只有摄像头，所以我们联系了老师并告诉楼管批准我们去到实训楼B301拿到我们以前上课用到过的实验箱子，因为里面有我们需要用到的wifi模块，我们领了三个箱子回到了实训室进行作业。  
由于时间紧迫，我们早上迎着大一新生军训的踏步声，集齐队员，吃过早餐便向实训楼赶去，由于本人是编写毕业设计说明书的，所以我在途中问了他们一些设计方面的问题，组长告诉我们经过了几天的调试，确实发现了每台PC机的IP（公网IP）都是唯一的，实训室中的zigbee传感器把所采集到的数据通过协调器连接网线传送到连外网的路由器上，路由器通过端口的映射找到并传送数据到唯一IP的服务器端后存到相关数据库，实现远程收集智能家居数据，这只是单向的传入数据信息，要真正实现远程智能家居控制，还需在对应的移动端安装能够连接服务器并与其进行信息交换的客户端。  
由于之前学习过的箱子不太稳定我们放弃了箱子，这就意味着我们需要用到实训室的zigbee模块（因为实训室大多是zigbee传感器模块），既然要用到实训室新大陆开发的zigbee模块，我们就需要了解他们zigbee的使用说明和操作，不过这也全赖于新大陆的教学素材，这是我们学校买他们这套设备时连带的，但是我们在做设计的时候也是遇到了很多困难，都需我们一步步，脚踏实地地解决。最简单易见的就是，把烧好程序的zigbee传感器模块接受电源启动后，用电脑通过串口连接的zigbee协调器作接收zigbee传感器所发射出来的数据时，所接收到的数据长度与资料中的不同时，我们一度疑惑，通过不断的调试，我们才发现通过调节软件中的波特率可以调所获取数据的长度（波特率越大获取数据长度越长），直到调成和相关资料长度一致时，我们才能够按照新大陆的方法解析不同传感器所发送的数据，从而获得直观的可理解的数据。  
通过我跟组长对这个设计的了解，我明白到这个设计的基本构造的第一步，要先把一台电脑通过串口连接zigbee协调器来获得zigbee传感器传送出来的数据输送进电脑里面的进行数据采集，并这台电脑可以直接和各个zigbee模块直接交流（控制一些设备）。随着一步一步的设计步骤，我们又遇到了一些问题，就是不知如何控制zigbee电机模块，我们虽然查询了相关资料，知道发送什么数据可以控制电机的开关，但是我们不知道哪块模块对应哪个代码，通过一个一个试验，最终才把对应要发送的控制代码和zigbee电机模块绑定起来，看来做这个毕业设计真的是要踏踏实实一步一步来做，如速则不达。  
时间悄悄流逝，有次我们用新大陆的硬件设备时，由于他们在我们这边安装的线路很杂乱，很难分清那根相连哪根线，导致我们把电机的电线连到了zigbee模块上导致烧坏了个别zigbee模块，但幸运的是，我们zigbee模块这边的设计基本完成了，基本了解了新大陆zigbee模块的运作流程。我们通过运用新大陆教学素材中的可以收集zigbee传感器发送的数据的软件调试，可以得到数据并进行解析，并用教学素材中可以发送指令的是软件来调试电机的开关，通过分析和总结把这两个教材软件合成一个新的系统A（新大陆的教材软件基本上是用VS编译的），用来收集zigbee传感器和控制zigbee电机模块，也就是作为数据采集端。并且我们在另一台电脑上也建造了一个服务器端，教材素材中发送指令的软件中也有一个反馈的控件，所以只需把发送系统A中的IP地址和端口设成和另一台电脑中的服务器端一样时，连接成功就可以进行数据交换。这个过程中还经过了不停设计和改良系统A。  
(二)智能功能调试  
实现了基础功能（控制灯、窗帘和风扇的开关，获得传感器的数据）后，再进一步加工使系统会自动根据不同的情况发生不同的动作。  
1.温湿度控制警报器  
根据所获得的温湿度进行判断，如果温度超过26.6的话，系统就会启动警报器进行通告，温度恢复低于26.6的话，系统就会自动关闭警报器。

2.亮度控制窗帘  
根据所获得的温湿度进行判断，如果光照亮度超过160的话，系统就会启动窗帘电机打开窗帘，光照亮度低于160的话，系统就会启动窗帘电机关闭窗帘。

3.摄像头监控  
通Wi-Fi直接连接摄像头，从而获得图像数据，再通过规定的时间间隔进行传输给服务器再送到手机上，进行及时监控，并且还可以控制摄像头摆动。

四．系统界面主流程

设计图  
主界面壁纸UI设计：

按键UI设计

界面素材UI设计

动态按键帧动画UI设计

UI素材汇总

五．参考资料  
新大陆物联网实训教科书

六．经验总结  
通过了这次的毕业设计，我们团队各方面得到了很大的提升。一个问题从不懂到懂最重要的并不是因为它有一个正确的答案，而是因为它能给我们经过独立思考，学以致用，走在一条寻找答案的路上所需的好奇心、耐心和恒心。这个系统的设计，从我们一开始的设计方案，通过无数的实践不停的改良优化，验证了我们的设计方案，详细地阐述了 Zigbee控制原理及无线信息发送的实现方法、以及相关电路的设计原理，设计中充分利用了系统的硬件和软件资源，实现了各个模块的协调控制，提高了系统的可靠性和通用性。原理样机经过设计方案论证，设计了相应的硬件电路和系统软件，制作了电路原理样机并与PC机联机调试，结果表明：所设计的电路和软件能完成基本的系统设计功能。  
本系统中的远程控制，虽有很多不足，但基本实现了远程桌面及安全认证机制，具有投资少、成本低、可靠性高等特点，还具有良好可扩展性和使用价值，符合了未来家居的智能化、网络化发展方向。本设计完成的工作基本完成了规定的设计任务，符合家居智能化系统是创造一个舒适的生活环境设计理念。

七．致谢  
此篇报告得以完成,要感谢我们的指导老师们细心指导以及我们组员共同努力。老师从选题到论文内容都给予了精心的指导和严格的教诲。他们的提示都给予了我们深深的启迪。在此特别感谢老师! 能遇到老师这样的良师益友，是我在大学生涯中的一大收获。感谢所有关心、帮助过老师和同学，对您们表示崇高的敬意。  
在这次毕业报告设计中，第一次亲身尝试到了作为一个缺乏社会实践经验的学生所面临的困难。学会了如何利用所学的知识,把理论结合于实践中,进一步掌握了局域网安全问题及对策,从而对本专业有了更深刻的认识。