1、本 科 毕 业 论 文院系 信息科学与工程学院专业 软件工程题目 Unitor 智能家居系统年级 学号学生姓名指导教师 职称 论文提交日期 年 月 日南京大学金陵学院 毕业设计(论文)i 摘 要随着现代信息技术的发展，互联网的物联化成为时下技术发展的热门方向，物联网也成为我们生活中经常出现的热词。在这种大前提下，智能家居成为这一发展的具体体现。智能家居系统通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、等多种功能和手段。Unitor 将家居设备连接到微型控制器上，搭配上一些如传感器之类的外部设备，就使得一个简单的家居变得智能化，自动化。然后，给
2、控制器装上 WI-FI 模块，使得独立的家居接入互联网，无论是要远程操控，还是信息获取，都可以通过手机等设备实现，从而使得家居物联化。这样传统的普通家居就变成了兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能的智能家居。彻底改变普通人的家居生活。关键词： 物联网； 智能家居； 微控制器； 远程操控； 南京大学金陵学院 毕业设计(论文)ii Unitor Intelligent House SystemABSTRACTWith the development of modern information technology, the Internet has become a
3、popular trend in the development of technology, the Internet of things has become a hot word in our lives. In this premise, the smart home has become a concrete manifestation of this development. Intelligent home system through the Internet of things technology will be connected to a variety of devi
4、ces in the home to provide home appliance control, lighting control, indoor and outdoor remote control, anti-theft alarm, environmental monitoring, and other functions and means. Unitor will be connected to the home device microcontroller, with a number of external devices such as sensors, making a
5、simple home becomes intelligent, automated. Then, the controller is installed on the WI-FI module, making the independent home access to the Internet, whether it is to remote control, or access to information, can be achieved through mobile phones and other devices, so that the integration of home.
6、So the traditional ordinary home has become both architecture, network communications, information appliances, equipment automation, providing a full range of information interactive function of smart home. Change the lives of ordinary people.Keywords：Internet of things; Intelligent home system; mic
7、rocontroller; remote control;南京大学金陵学院 毕业设计(论文)iii 目 录摘 要 iUnitor Intelligent House SystemiiABSTRACT ii目 录 iii第一章 绪 论 11.1 引言 11.2 智能家居研究现状 .21.3 智能家居的常用方法 .41.3.1 现行智能家居系统及分析 41.3.2 我国智能家居市场前景 41.4 本文的研究目的和主要研究内容 5第二章 概要设计 62.1 问题定义 62.1.1 问题分析 62.1.2 Unitor 主要研究方向 .62.2 可行性分析 62.2.1 项目背景 62.2.2 产品及
8、服务 72.2.3 策略分析 92.2.3.2 进度计划 .9第三章 详细设计 .103.1 需求分析 .103.1.1 功能需求 .103.1.2 性能需求 .113.1.3 可靠性和可用性需求 .113.1.4 出错处理需求 .113.1.5 接口需求 .113.1.6 将来可能提出的需求 .12南京大学金陵学院 毕业设计(论文)iv 3.2 整体流程设计 .123.2.1 Web 服务响应流程设计 .123.2.2 硬件交互流程设计 .123.2.2 以一段示例来描述整体流程 .133.3 软件设计 .163.3.1 用户界面设计 .163.3.2 服务器设计 .173.3.3 数据库设
9、计 .173.4 硬件设计 .183.4.1 设备智能化设计 .183.4.2 设备物联化设计 .19第四章 开发方法 .214.1 软件开发 .214.1.1 用户界面开发 .214.1.2 服务器开发 .254.1.3 数据库开发 .294.2 硬件开发 .314.2.1 设备智能化开发 .314.2.2 设备物联化开发 .34第五章 项目展示 .37第六章 测试维护 .416.1 软件测试 .416.2 硬件测试 .416.3 试运行 .426.4 后期维护与开发 .42结束语 43致谢 44参考文献 45附录 X 46南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 1 -第一章 绪 论1.1 引
10、言智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。智能家居集成是利用综合布线技术、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。2002 年，中国智能家居网在国内率先编写出版了第一本智能家居的专业书籍智能家居，对于尚处于起步发展阶段的中国智能家居行业起了一定的指导作用。如今，七年过去了，智能家居技术进一步发展，产品不断成熟，应用日益普及，在这个时期，有必要重新审视智能家居的定义，以适应智能家居行业新发展。对此，中国智能家居网的技术团队和编辑人员，在汇总了所有收集的智能家居技术、产品、案例资料后，在旧的
11、智能家居定义的基础上，按照系统的观点，重新定义了智能家居这一名词。智能家居的主要子系统包括：智能家居（中央）控制管理系统、家居照明控制系统、家居安防系统三个必备系统，家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统五个可选系统，共八大系统。智能家居把和家居生活相关的各个子系统有机的结合在一起，能为用户创造一个安全、舒适、便利、高效的居住环境。业内人士普遍认为智能家居市场“挑战与机遇并存”虽然今年国内政府对房地产行业进行调控，地产行业不景气，但对于智能家居行业并不会带来太大的震动。早在 2008 年住房和城乡建设部发布的关于进一步加强住宅装饰装修管理的通知，就已经
12、在政策层面上，引导和鼓励新建商品住宅一次装修到位或菜单式装修模式。因此，楼市控制将迫使地产商走精品路线，推出“量少质精”的项目工程，做差异化营销，智能家居显然是最大的卖点，这对智能家居行业发展的影响是积极的。随着人们生活水平的不断提高，人们不断的对居住环境提出更高的要求，越来越注重家庭生活中每个成员的舒适、安全与便利，因此从市场需求的角度看，智能家居必然是前景广阔。电子信息技术，控制技术的日益提升，社会信息化的逐步加快，促使人们的生活、工作、学习以及通讯的关系日渐紧密，信息化社会在改变人们生活习惯和工作方式的同时，也对我们的传统住宅提出了挑战。环视周遭，我们很容易的发现，人们对家居的要求早已不
13、再只是简单的物质空间，更为关注的是一个高度安全、舒适以及美观方南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 2 -便的居住环境，先进的通信设施，完备高效的信息终端，自动、智能的家电，网络化的资源管理及购物方式等等。现今社会人们日益膨胀的需求使得家居智能化已然成为一种趋势。当然，现在市场上的智能家居多数是电器厂家为自己的产品吸引顾客而添加的软件服务，这并不能为用户提供真正好用的一体化的家居控制。而另一种类型则是极客手中的玩物，极客出于兴趣将自己的设备连入互联网编写软件来进行操控，此时的王谢门前燕，是难以飞入寻常百姓家的。因此我们可以看出无论是前者还是后者，都无法提供一种真正的物联网时代的智能家居生活，因
14、此，Unitor 智能家居系统应运而生，意在提供一种统一、廉价、方便的智能家居解决方案。Unitor 将家居设备连接到微型控制器上，搭配上一些如传感器之类的外部设备，就使得一个简单的家居变得智能化，自动化。然后，给控制器装上 WIFI 模块，使得独立的家居接入互联网，无论是要远程操控，还是信息获取，都可以通过手机等设备实现，从而使得家居物联化。这样传统的普通家居就变成了兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能的智能家居。彻底改变普通人的家居生活 11.2 智能家居研究现状1984 年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定
15、程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。2000 年，新加坡有近 30 个社区的约 5000 户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达 4 万户。2003 年，网络化家居的建设带来了高达 4500 亿美元的市场价值，这其中有 3700 亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔.盖茨耗资 6000 万美元的
16、高端别墅便宜得多。在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。例如:微软公司开发的“梦幻之家” 、摩托罗拉公司开发的“居所之门” 、IBM南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 3 -公司开发的“家庭主任”等均已日趋沉稳得技术强占家居市场。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。目前市场上出现得智能家居控制系统主要有：（1）X-10 系统（美国） ，该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现。这套系统的功能较为强大，与其它家居控制系统如 ABB
17、、C_BUS 等比起来更容易接收，使用也相对简单。因为实现同样的功能，X-10 家居控制系统是利用 220v电力线将发射器发出的 X-10 信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。但由于缺乏在国内市场推广的条件且价格昂贵，该系统在国内应用极少。（2）EIB 系统（德国） ，该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。但由于其工程要求复杂严苛，并且价格较高，因此一直无法打开国内市场。（3）8X 系统（新加坡） ，该系统采用预处理总线跟集中控制方式
18、来实现功能。它的优点在于利用的产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情。但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用。20 世纪 90 年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在 97 香港回归之际，在建设部“97 跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程” ，揭开了全国智能小区发展的序幕。1999 年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新
19、阶段。随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求，截止今年，我国将有 70%以上的家庭拥有 Internet 入网设备，大中城市中 50%的住宅要实现智能化。我国的智能家居相对于国外起步较晚， 尚未形成一定的国家标准。目前，主要采用国外的一些技术产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有：（1）e 家庭（海尔） ，该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心。海尔在技术上同微软合作，利用微南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 4 -
20、软的 Windows Me 技术和海尔的网络家电，使“e 家庭”已具雏形，已推出了网络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络微波炉等一系列网络家电。（2）e-home 数字家园（清华同方） ，该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备。产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。其智能家居控制系统主要有以下三个部分：A 系列：遵循 EIB 协议的家庭控制产品，适用于中高档住宅区。B 系列：遵循 X-10 协议的家庭控制产品，适用于中档住宅区。易家三代：配电箱集中安装式家庭控制产品。国内各大软、硬件机构正在积极的研制、
21、开发更为符合市场的智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢，这样的未来值得期待。 21.3 智能家居的常用方法1.3.1 现行智能家居系统及分析1.3.1.1 国外智能家居系统优劣势分析美国 X-10 智能家居系统：优势：集中控制无需额外布线，功能强大劣势：价格昂贵德国 EIB 智能家居系统：优势：预埋总线、中央控制劣势：工艺复杂不宜维护，价格昂贵新加坡智能家居系统：优势：系统成熟劣势；系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求1.3.1.1 国内智能家居系统分析海尔 e 家庭：优势：产品丰富，使用灵活劣势：需要使用海
22、尔电脑作为控制中心，单个的网络家电难以满足智能家居的要求其他国内的智能家居系统也以单个的智能家电或家居设备作为产品销售，无法达南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 5 -到对于家居统一控制的需求。1.3.2 我国智能家居市场前景1.3.2.1 我国智能家居受众分析我国的智能家居主要为愿意接收新事物且具有一定购买力的年轻白领。这一部分人愿意追求方便智能的家居生活但无法做到一掷千金的构建一个科技之家。对于智能家居，他们的态度就如同对待具有新功能的智能手机，数万元的价格可以足够吸引他们对智能家居趋之若鹜。但超过房屋装修费用的价格就会使得他们望而却步。因此，一套完整的智能家居系统安装的价格必须在三万元
23、以下才能真正的吸引到大量的客户，而且这样的一套智能家居的功能绝不是几个网络家电所有提供的那么简单。1.3.2.2 国内智能家居研究方向国内的智能家居研究应该符合我国的具体国情，降低成本、提高智能服务的灵活性与整体性应该成为研究的主要方向。1.4 本文的研究目的和主要研究内容本文的研究目的和主要研究内容是建立一套符合中国国情和市场需求的、能够统一的管理家居设备并且价格低廉的智能家居解决方案。为了实现这一目标，需要做到的是：在软件方面创建一个用户使用的平台并搭建一个框架提供统一的接口来控制不同类型的智能设备，在硬件方面提供一种统一的控制方式与通讯协议来开发智能设备。本文最终将以模型的形式展现该系统
24、，该模型中包含的功能主要有：1、 安全门警报功能：该服务利用超声波测距传感器监测房屋门口是否有人通过（有人通过时，传感器测距减小） ，用户在离开住宅时打开该功能（用户手动操作） ，若此时有人闯入房屋，则房屋内的蜂鸣报警器报警，并开启卧室灯模拟卧室有人的情况，以吓退闯入者，起到防盗的作用。2、 智能灯光防盗服务：该服务由用户选择打开与关闭。当用户出差或长时间不在家时，打开此服务。利用光敏传感器获取自然光照情况，当自然光不足时，证明天色已晚，此时自动打开客厅灯模拟家中有人的情况。防止有偷盗之心者心生歹意。配合安全门警报功能就做到了既防止贼偷又防止贼惦记。当然此服务的另一个功能就是自动补光。下文不做
25、赘述。3、 灯光远程控制服务：该服务在安装配置完成后开启。主要目的是利用手机控制灯光，用户可以在远离开关的情况下利用手机控制灯光。这样就避免了晚上起床摸南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 6 -开关的尴尬。该服务利用外网即可以控制灯光，用户无需在家中连接家庭 Wi-Fi就可以使用。4、 灯光统一控制服务：该服务提供一键控制所有灯光设备的功能，当用户入睡前，无需担心家里哪一个灯还没有关闭，只需在手机上一按，便可以一键关闭所有没有关闭的灯光设备。第二章 概要设计2.1 问题定义2.1.1 问题分析在我国市场，智能家居的实现以智能设备为核心，每一个智能家居设备作为一个独立的产品进行销售和使用。然而
26、这样的解决方法智只能够解决一些浅层次的需求，却不能真正的实现智能之家。而国外市场的智能家居解决方案通常开销大，技术复杂，不适合于在普通民众中推广，也不符合中国的实际国情。因此，我们需要设计一种统一的，以软件服务为核心的智能家居解决方案，来完成智能家居的推广，让物联网技术进入每家每户的每一平米。2.1.2 Unitor主要研究方向Unitor 智能家居主要研究的是一种统一的，以软件服务为核心的智能家居解决方案，将软件服务作为产品，将不同的智能设备作为产品的模块来进行设计和开发，提供给用户一个统一的操作界面来操控家庭环境中的每一个家居设备。这一解决方案必须是以软件为核心的，而形形色色的智能设备必须
27、通过一种统一的接口接入到软件服务中去。因此，项目的设计必须坚持模块化的设计，使得硬件的安装和软件的配置灵活轻巧。这种灵巧的设计一方面解决了预布线方式的笨拙、复杂、开销大的问题，另一方面也解决了单个设备不停安装难以统一控制的问题。2.2 可行性分析2.2.1 项目背景2.2.1.1 项目建设的有利条件1）如今智能家居市场的各类玩家已经相继进场，巨头的布局不断向产业链各方渗透。特别是 2014 年谷歌 32 亿美元收购 Nest 一事可谓将智能家居的发展再次推向高潮。在市场容量巨大，消费结构升级，技术发展和产业链日渐成熟等因素的刺激下，南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 7 -智能家居也吸引了大
28、量的风险资本和创业者涌入。2）政府已经出台一系列相关政策，对于智能家居来说是一个很好的机会。所以，在政府政策扶持的契机下，智能家居企业应该果断抓住机遇，提升企业竞争力，积极运用国家政策，推动智能家居产品落地和普及。2.2.1.2 关键因素1）开发人员的技能知识储备；2）需求功能模块的确定；3）项目开发的重难点、创新点与亮点；4）项目开发进度安排；5）项目产物的质量；2.2.1.3 知识储备1）由于采用 B/S 架构，软件部分需要理解计算机网络结构和 JavaWeb 项目体系结构。要熟悉 Http 及 Tcp 协议，熟练掌握 Java 编程语言，MVC 结构及其各层次的技术。在视图层，需要掌握的
29、技术主要有：HTML,CSS,JS,AJAX 等。另外为了更加敏捷的开发，要掌握一个前端开发框架，本项目中使用的是 BootStrap 框架。在数据层，需要掌握的技术有：数据库设计思想，SQL 语言，关系型数据库和持久层技术等。本项目使用的关系数据库是 MySQL，持久层技术使用的是SpringDataJPA在控制层，需要掌握的技术有：J2EE，Spring，SpringMVC 等。本项目使用SpringBoot 微服务框架进行开发。2）对于硬件开发，需要掌握嵌入式开发技术，了解单片机和各硬件设备的设计和使用原理。要实现智能化与物联化，需要用到控制模块和 Wi-Fi 模块。控制模块开发需要掌握
30、的技术主要有：嵌入式编程语言，硬件工作原理，微控制芯片的使用方法等，该项目使用的微控制芯片为 Arduino Uno 芯片，该芯片的开发使用使用的编程语言基于 C+语言，需要熟练使用 C+语法。Wi-Fi 模块开发需要掌握计算机网络体系结构的知识，要熟悉 Http 和 TCP 协议，该项目使用的 Wi-Fi 模块为 Esp8266 芯片，需要熟练使用 AT 指令等。2.2.2 产品及服务2.2.2.1 产品及服务描述南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 8 -Unitor 智能家居系统作为一个统一的智能家居解决方案意在通过网络及电子技术，实现自动控制和管理家电设施。Unitor 将居家环境中的
31、通讯设备、家用电器以及家庭安保设备通过无线的方式连接入网，进行集中或异地的监控、管理。Unitor智能家居系统主要包括 B/S 跨平台应用软件和智能硬件两个部分，在普通家居的基础上通过安装不同的智能设备完成家居智能化的改造。用户通过手机来实时异地的监控、控制改造后的家居设备，实现家居照明、家居安防等功能，为用户提供安全舒适、高效便利的生活环境。2.2.2.2 产品优势1）操作简便：根据用户的需求真人上门安装并配置软件数据。在硬件安装及软件配置完成后，所有的硬件设备使用一个 WebApp 由统一的控制界面控制。一个软件，一套操作就可以控制家里所有的设备十分方便易用。2）支持多种设备：在所有页面的
32、开发过程中，我们始终坚持跨平台开发，所有的页面都可以在不同规格的设备上，准确美观的展现出来。在页面的设计过程中，我们坚持简洁的风格，一切以实用为出发点，让我们的界面可以让每个人都会用，而且觉得好用。3）价格低廉：Unitor 使用的硬件设备都采用价格相对低廉的芯片。尽可能的降低产品的价格。Unitor 作为一种统一的智能家居解决方案，将不同的设备作为模块开发，既可以在房间装修时统一安装节约成本，也可以在房屋装修后按照自己的需求安装自己需要的设备，减少额外的开支。这样灵活的设计也更加符合中国的国情。2.2.2.3 产品技术1）硬件开发：微控制器-Arduino Uno 芯片、 WIFI 模块-E
33、sp8266 芯片；2）软件开发：Web 服务器：Spring Boot 微服务框架等；Web 客户端：BootStrap 框架，HTML5,CSS3 等；3）网络通信：JavaScript，Netty，SpringMVC 等；4）数据库设计：关系型数据库设计；2.2.2.4 未来发展1）云计算让智能家居功能更强大通过云计算，用户不仅仅可以实时查看住宅内的风吹草动，并且可以对其进行溯源处理。比如说，若是家中有人入侵，即便嫌疑人逃遁，也能根据各项传感器反应的时间，调出准确时段的录像记录，为警方提供破案依据。同样，通过对家中各类智能南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 9 -插座、智能开关的数据统
34、筹分析，便能够实现对家庭的能源管控，制定出节能环保、方便舒适的家电灯光使用计划。云服务除了向用户提供大容量的数据存储空间之外，同样担负了更多更关键的作用。2）数字化对讲与智能家居结合在可以预见的未来，楼宇对讲将会更多地增加一些智能家居的功能，将集安防、家电控制、信息服务、娱乐为一身，从而使得楼宇对讲系统发生质的改变，两者会更加紧密地融合起来。与纯模拟系统不同，数字/模拟混合系统在单元内采用成本较低的模拟设备，主干网络则采用基于以太网的数字 TCP/IP 协议进行联网。数字/模拟混合系统是当前解决大型社区联网最经济、有效的方法之一。大型社区的联网拓扑结构有很大的自由度，网络调整十分方便，并且成本
35、合理，性能稳定，维护简便，因此数字/模拟混合系统得到较快发展。数字/模拟混合组网方式是当前最经济实用的工程解决方案 ，在短期内会是大型社区楼宇对讲联网系统的首选。2.2.3 策略分析2.2.3.1 价值体现Unitor 智能家居系统作为一个统一的智能家居解决方案，意在找到一个通用而廉价的方法，将日常生活家居智能化、自动化、物联化，通过一个简洁的 Web App 来实现对所有家居的监控与控制，使物联网技术走进普通家庭的每一平米。每一个设备作为一个独立的组件，用户可以根据自己的需求来决定需要用的设备并购买安装，DIY属于自己的智能之家。2.2.3.2 进度计划2016 年 05 月 10 日至 2
36、016 年 05 月 31 日：需求分析2016 年 06 月 01 日至 2016 年 06 月 30 日：概要设计2016 年 07 月 01 日至 2016 年 07 月 31 日：可行性分析与软硬件工具准备2016 年 08 月 01 日至 2016 年 08 月 30 日：详细设计2016 年 09 月 01 日至 2016 年 11 月 30 日：软件后台和前端原型开发2016 年 12 月 01 日至 2017 年 02 月 28 日：控制芯片开发及照明、安防设备开发以及住宅模型的构建。2017 年 03 月 01 日至 2017 年 03 月 31 日：前端页面的美化2017
37、年 04 月 01 日至 2017 年 04 月 28 日：测试及试运行南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 10 -第三章 详细设计3.1 需求分析3.1.1 功能需求基于概要设计，该项目的主要功能是给用户提供一个统一控制家庭环境中所有家居设备的软件和对应的硬件设备。因此，该项目的功能共分为软件服务和智能硬件两个大的分类。对于软件服务，从实用高效的角度来考虑，该项目设计了如下几个功能模块：1、 用户信息管理模块2、 设备管理模块3、 设备操作模块其中用户信息管理模块主要是负责录入和管理用户信息。由于该项目为物联网项目，并涉及到安防问题，因此项目必须采用实名认证。录入信息的可靠行以及用户信息的
38、安全性是该模块的核心。设备管理模块主要负责用户选购和安装、调整设备。由于智能家居的特殊性，此模块中的一部分功能必须由人工来完成。选则人工参与的原因是由于在设备安装的过程中，硬件设备必须与软件数据模型一一对应。而为了保证每个设备作为独立的模块供用户选购，并且在实际应用场景中必需要完成安装工作，所以必须由专人与用户沟通并上门安装，并且帮助用户完成软件的配置工作。设备操作模块主要负责用户在软硬件安装完成后，使用的软件服务，该模块也是本项目的核心模块。这里根据智能家居的要求，又分为：智能家居（中央）控制管理南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 11 -系统、家居照明控制系统、家居安防系统三个必备系统，
39、家居布线系统、家庭网络系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统五个可选系统，共八大系统。这个模块的特点是不断研发，不断更新的。根据用户需求的变化和研发水平的提升，该项目会不断的推出新的服务，为了系统结构的清晰稳定和用户操作的统一性，该模块必须做到软硬件分层，在软件中通过虚拟硬件来模拟智能设备，并提供统一的接口，来解决不同设备统一操作的问题。对于硬件设备，需要提供的服务主要是：1、 硬件安装与配置2、 用户使用对应软件的配置工作，硬件的安装也是由人工完成的。这里不做赘述。对于用户使用的服务，硬件设备需要做到的是家居的智能化和物联化。因此，硬件设备提供的功能主要分为两大模块：智能
40、设备模块和物联设备模块。而面向用户，硬件设备功能则与软件服务相对应，分为三大必备五大可选共八大子系统。分别与软件服务相对应。本文最终的展现模型需要实现的功能为：安全门警报服务，智能灯光防盗服务灯光远程控制服务，统一控制服务，光感控制服务.3.1.2 性能需求在硬件交互方面，由于智能家居使用的是家庭无线网，因此，项目必须尽可能的减少流量消耗，来确保不影响家庭网络的使用。在硬件与软件的沟通过程中，可能的减少交互的信息数量。保证平均消耗 100b/s 以下，最高时刻不超过 1KB/s 的网络资源。同时要保证家居操作的实时性，平均相应时间要保持在微妙级，最长相应时间要在 2s 以下，因此，交互过程中不
41、能出现阻塞的情况。在软件方面，为了使用户切实的认为项目方便易用，UI 界面一定要保持高效性，项目要求在登陆完成后，用户每次操作平均点击次数不能超过四次，最大点击次数不能超过七次。3.1.3 可靠性和可用性需求在可靠性方面，项目硬件必须保证连续三个月也就是九十乘二十四小时以上的连续工作不出错（该时间需要考虑到某些家居设备的使用寿命，因此某些可能低于这个值） 。如果硬件运行出错，必须第一时间提供反馈。软件方面则必须保证项目安全可靠的运行，全时段不宕机运行。其中，用户信息南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 12 -模块与安防模块必须保证零漏洞，保障用户的财产安全。3.1.4 出错处理需求由于智能家
42、居的特殊性，出错处理时间不能超过四十八小时，维护时间不能超过三十分钟。3.1.5 接口需求在软件方面，需要提供所有智能设备通用的软件接口来保障不同类型、不同功能的智能设备都能使用该项目进行模拟、控制。相应的在硬件方面，也要具备统一的控制方法和通讯协议来实现与软件的对接。3.1.6 将来可能提出的需求由于用户需求的变化和技术的发展，将来可能提出的需求是无法预估的。针对这样的需求，在第一时间接收到用户的需求至关重要，因此，必须提供相应的平台来接收用户的需求。3.2 整体流程设计3.2.1 Web服务响应流程设计对于 Web 服务流程，该项目采用 SpringBoot 微服务框架，构建标准的 MVC
43、 结构。SpringBoot 微服务框架基于 SpringMVC 发展而来，其项目运行的流程大抵如下：用户提交一个 Request 交由 DispatcherServlet（前端控制器）拦截处理，然后DispatcherServlet 将 Requst 代理给 HandlerMapping（处理器映射） 。接下来HandlerMapping 通过配置找到接收处理该请求的 Controller（控制器）和HandlerInterceptor（拦截器）生成 HandlerAdapter（处理器） 。此时，由DispatcherServlet 调用 HandlerAdapter 来生成 ModelA
44、ndView（要显示的数据模型）形成 Response，同时 DispatcherServlet 通过 ViewResolver（视图解析器）来找到当前数据应该交由那个 View（视图）来解析，然后将 ModeAndView 提交给该 View 加以显示构成新的界面。南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 13 -DISPATCHERSERVLETRequstResponseHandler MappingControllerHandlerInterceptorHandler/HandlerAdapterModelAndViewViewResolverView3-1 SpringMVC 流程图3.
45、2.2 硬件交互流程设计硬件与服务器交互设计需要通过更底层的 TCP 协议来实现。首先，要给控制模块装上 Wi-Fi 芯片，Wi-Fi 芯片在启动时连入家庭无线网络。在接入无线网之后，会分配给 Wi-Fi 芯片一个内网 IP，这里需要在路由中做接口转发，使外网地址的一个端口绑定到 Wi-Fi 芯片的 IP 上，完后将绑定好的端口地址发送给服务器储存到数据库，这样就可以通过外网访问到硬件设备了。然后，利用 Wi-Fi 芯片建立一个类WebServer 的 TCP 服务器，每当 Web 服务器接收到用户的指令之后，通过外网访问该TCP 服务器建立连接，然后向 TCP 服务器发送指令。如果以传统的方
46、式在 Web 服务器开 TCP 服务，硬件设备作为 TCPClient 连接服务器，那么如果想做到硬件能够实时的响应服务器发来的指令，就需要以轮询的方式，不间断的向服务器询问是否有指令到达。使用新的设计思路与传统方式相比，新思路将硬件从 TCP 连接的客户变为 TCP 连接的服务器，这样，服务器发送指令就从被动响应变成了主动控制，从而解决了由于轮询带来的大量的流量消耗的问题，节约了家庭网络的网络资源。当 Wi-Fi 模块接收到服务器发来的指令时，该模块处理并由硬件串口将处理后的指令转发给控制模块。而控制模块所做的事情就只是根据指令完成对硬件的控制工作。在完成硬件操作后，再通过硬件串口将处理结果
47、转交给 Wi-Fi 模块，由 Wi-Fi 模块将结果反馈给服务器。再由 Web 服务器完成与前端页面的交互。若此过程中出错，则返回出错信息，由 Web服务器通知前端页面提示用户设备故障。南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 14 -服 务 器TCP协 议Internet家 庭 路 由 器TCP协 议Wi-Fi模 块接 口 转 发控 制 模 块串 口HTTP协 议HTTP协 议页 面HTTP协 议3-2 整体通讯方法设计3.2.2 展示模型流程设计1、安全门报警服务：首先，在硬件设备启动时，由 Wi-Fi 模块控制连接到家庭无线网络，并发送一条GET 请求获得当前控制模块所对应的安全门报警服务开
48、启状态，获得服务器返回的数据后，处理返回数据并解析出指令，将指令通过串口转交给控制模块。控制模块解析指令，若指令为打开安全门报警功能，则调用超声波测距传感器测距函数，开始不断获得超声波测距传感器的数值。若数值比预定数值减小很多，则说明有人闯入，则此时调用蜂鸣器启动函数及卧室灯的灯光启动函数，启动蜂鸣器和卧室灯，达到警示作用。延时 5 分钟后，调用蜂鸣器关闭函数及卧室灯关闭函数。同时，向 Wi-Fi 模块通过串口传递被入侵信号。Wi-Fi 模块向服务器发送 GET 请求更改页面提示用户有人入侵。控制模块解析指令若为关闭安全门报警功能，则调用超声波测距传感器关闭函数。南京大学金陵学院 毕业设计(论文)- 15 -硬 件 设 备 启 动开 始Web服 务 器 启 动Wi-Fi模 块 启 动 并连 接 到 无 线 网发 送 GET请 求 查 看服
