家庭自动化系统-软件工程设计

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1、家庭自动化系统（Home Automation System）一、 问题定义1、 引言及相关背景自动化在各行各业、各个领域都发挥了其巨大的作用，同时也走入了我们的家庭。随着电子技术的发展，家庭自动化时代的来临，消费电子产品（Consumer Electronics）已与咨讯（Computer） 、通讯（Communication ）两项产品的技术结合在一起，成为目前所通称的 3C 产品，并使家用电子电器产品迈向家庭自动化（Home Automation）的方向。随着全球经济的不断发展，我国的市场经济也飞速发展，人民生活水平不断提高，家庭自动化系统在美国以及国际市场都具有广阔的前景，在中国市场也

2、是快速形成期，这些提高人类生活质量的产品将构成世界范围内后 PC 时代的新兴 IT 市场。2、 任务描述21 专案背景项目名称：家庭自动化系统（HAS）项目委托单位：XXX 智慧家居设备公司软件开发单位：兰州商学院 06 级计算机科学与技术（1）班软件开发小组22 目的本系统要求能够实现家庭住宅中各个设备的自动管理和人工个性管理，该系统能控制、监视和协调家电（如室内外照明、家庭保安系统、家庭环境控制系统、空调、电视机等） 。该系统会在相应的时间内各个设备发出相应的指令，完成各个设备的自动化管理。该系统应该是可以适应变化的，因此，必须侦测环境的变化，而且通过识别本系统中的变化来转变，并且所识别出

3、的变化应该在系统中被实现。系统可以是自动适应变化或是手工适应变化。系统控制的任何设备发生异常，必须通过适当的信息来通知用户并进行异常处理。该系统必须有一个数据库，内含所有该系统所控制的设备的信息，包括每一种设备连接到系统的日期，系统用户所发布的重要动作等信息。23 运行环境本系统是设备控制类系统，由主机通过相应的接口部件监听和控制各个硬设备。数据库服务器由 SQL Server 实现。操作系统：windows 2000 、windows xp 以上；数据库服务器端软件 SQL Server 2005。3、 功能描述本系统由“灯光控制” 、 “保安控制” 、 “环境控制” 、 “家电控制”、 “

4、用户登录及管理”等各模块组成。灯光控制：实现对室内外所有灯光的时间周期性控制和用户的直接控制；保安控制：实现对室内外所有视频监控设备的周期性工作控制及异常处理，和防盗防火设备的控制及异常处理；环境控制：实现对家庭环境设备（包括花园、阳台、室内温湿度报告）的时间周期性控制以及各设备的异常处理；家电控制：实现对家庭中各个智慧家用电器的人性化控制及各设备的异常处理；用户登录及管理模块：实现用户对各个模块中所用设备的时间周期性定义以及对各个设备的直接管理和控制。二、 可行性分析1、 可行性研究的前提家庭是高薪技术的下一个前沿阵地。对家庭中遥控、自动化和娱乐的要求呈上升态势。消费者希望自己的日常生活更简

5、便、更安全。当然，优秀的家庭自动化产品应给具有以下的特性：（1） 、标准化：家庭自动化产品应依照国际上流行的相关协议进行设计，充分保证各厂家产品间的兼容性和相互操作能力。（2） 、开放性：家庭自动化系统应该具有开放的协议，统一的接口。（3） 、模块化：采用模块化的设计可以适应各种场合的需要，保障用户的利益，并允许系统的逐步到位。（4） 、实用性：家庭自动化产品应该切实地为用户提供各种实用化的功能和服务。（5） 、普及化：家庭自动化系统应该面向低成本，高性能的目标设计，住户对价格较为敏感，所以智慧住宅采用的技术要较为经济。同时，家庭自动化系统应该能最大程度兼容用户原有的电器设备，保护用户投资。（

6、6） 、简洁易用：好的家庭自动化产品应该简便易用、用户接口友好，并且不需要使用者花上太多的精力就能掌握。2、 优越性在国内家庭自动化室一个较新的概念，虽然越来越多的厂家开始投入到家庭自动化的来发和生产中，但是由于没有统一的标准，尚处于一家一户自行开发的局面。而随着房屋的商品化，从而加强了人们对居家的要求，希望一步到位或者具有开放的协议，统一的接口，这样来保证产品能不断地适应未来发展趋势，而本系统就是基于统一的标准和接口设计的，具有充分的发展潜力。3、 基本数据流程图用户家庭自动化系统控制接口灯光控制家电控制环境控制保安控制图一、HAS 的基本数据流模型图用户1用户登录控制接口2控制处理用户信息

7、3控制灯光4控制家电5控制环境6控制保安装置室内外灯光各种家电环境设备各种保安及监控设备图二、HAS 的一级数据流模型图用户1用户登录控制接口2 . 1信号处理用户信息3 . 1灯光控制4 . 1家电控制5 . 1环境控制6 . 1保安装置控制室内外灯光各种家电环境设备各种保安及监控设备2 . 2信号反馈信号比对3 . 2灯光信号采集4 . 2家电信号采集5 . 2环境信号采集6 . 2保安装置信号采集图三、HAS 的二级数据流模型图4、 经济可行性41 支出构建系统时的金费主要有： 用户在要购买日常生活中的家电及各种电子产品是花费一定数额的资金，在购买组成系统的一些小型物理器件时会有资金的支

8、出。42 效益可以高效，快捷的管理生活家电设施，提高生活的质量。43 收益、投资比良好、可行。5、 技术可行性本系统有许多不同的传感器，单片机和输出报警系统以及一些异常的自动处理系统和接入的各种家电设备组成。物理设备在市场上均有售，因此，物理设备上不用多考虑，我们主要实现将不同设备按照一定的结构连接起来，使之能够完成我们的预期目标6、 社会因素可行性分析61 法律因素申请法律保护或相关保险。法律可行性是考虑要开发系统是否存在任何侵犯、妨碍和责任问题，用户操作可行性考虑待开发软件的运行方式在用户组织内是否行得通，现行管理制度、人员素质、操作知识是否可行。由于在本系统中是有合同作为双方合作的基础，

9、所以不会存在任何侵犯、妨碍和责任问题。即使存在了，也可以根据合同进行分析，一定有人会负责任，所以此系统完全可以进行开发。62 用户使用可行性本系统面向中高阶层的人们消费，主要用于用户实现对家电的统一管理，进行各种相关操作并对家电的状态进行实时检测。由以上经济、技术、操作和法律四方面的分析可以看出，本系统的开发时机成熟，从多种角度考虑，都是可行的。7、 结论 经过以上经济可行性、技术可行性以及法律因素各个方面的研究分析得出，本系统可行。三、 需求分析1、 家庭自动化系统工作流程分析(1)、在用户登录时进行检查，控制不同的用户使用系统的权限;(2)、对用户的管理，包括对用户信息的增加、删除和修改;

10、(3)、对指定时间内的操作记录进行管理，包括查看操作记录、手工删除操作记录、记录一次操作以及对失效的记录进行自动清除;(4)、查看设备的状态，包括对连接到系统控制中的所有设备的状态以及是否出现异常现象进行查看;(5)、控制子系统接受主系统发送的信息;以及向主系统发送信息;控制子系统将主系统发送的信息，发送给指定的设备;(6)、对设备进行监控，包括启动监控设备、停止监控设备、监控设备;(7)、对系统中的设备进行管理，包括增加设备以及删除己经连接到系统中的设备;2、 家庭自动化系统需求分析21 家庭自动化系统的非功能性需求分析设计家庭自动化系统的目的是完成对家电产品以及相关设备的管理和控制，达到远

11、程控制和使用家电设备的目的，其最终目的是提高人类的生活质量，因此需要具备良好的性能，满足实际工作的需要是十分必要的。家庭自动化系统的具体性能目标如下:（1） 、系统的快速反应家庭自动化系统首先要保证的就是系统的反应速度。在设计与实施中采用先进的网络技术和系统，并在应用软件的选择或编制中尽可能采用先进的技术，最大限度地提高系统的响应速度，以便于快速查询。（2） 、系统良好的可维护行和开放性系统设计应面向未来的发展，提供各种必要的标准接口，以使用户可以根据需要随时添加必要的设备和系统，扩充系统功能。要充分考虑到家庭自动化的发展趋势以及不断变化。（3） 、充分保证系统的安全性家庭自动化系统中设备的使

12、用具有安全性要求，因此，必须建立一整套的系统安全保密措施，规定一系列访问系统的不同级别的权限，杜绝非法访问。（4） 、友好的人机界面系统的用户不可能是专业的计算机技术人员，甚至对计算机了解甚少，所以要提供清晰、友好的系统接口，提高系统的可操作性和人机交互功能，最大限度地方便用户的使用。同时系统应能提供的方便的联机再现帮助功能。（5） 、考虑家庭自动化系统中设备发生变化以后的集成家庭自动化要实现真正的信息化，必须考虑以后系统的集成问题，这样才能使系统不至于很快的就被淘汰。22 家庭自动化系统的功能模块分析家庭自动化系统旨在开发出一个符合人类生活需求的家庭自动化模拟系统，该系统主要分为五个子系统:

13、 用户登录子系统，灯光控制子系统，家电控制子系统，环境控制子系统和保安控制子系统。3、 数据描述31 静态数据系统中预存的各种标准数据。32 动态数据（1） 、输入数据系统所采集的各个实体设备的信息流。（2） 、输出数据经过各个子系统处理后的对应到各种设备的具体操作的信息流。33 数据词典。数据名称：家庭自动化系统 简 述：由系统管理员来负责对连接在系统中的各种家电实施具体动作。 数据条目：系统管理要求=用户管理|灯光控制| 家电状态监测|环境监测| 保安控制用户管理=登录 +用户信息 +用户权限灯管控制=室内灯光 +室外灯光家电状态监测= 接入家电数目+ 家电功能+家电当前状态环境监测=温度

14、 +湿度+调节保安控制=门窗监控 +视频监控核心子系统= 接受输入| 回馈信息流+加工处理+输出信息流数据文件=用户管理+灯光控制+家电状态监测 +环境监测+保安控制+新设备接入 +核心子系统 +日常报表 |文件数据量：2000 次/天峰值：每天 18：0020：00 有 1000 次家 庭 自 动 化 系 统用户登录子系统灯光控制子系统家电控制子系统环境控制子系统保安控制子系统用户登录用户信息用户权限室内灯光室外灯光空调花园洒水游泳池门窗监控摄像监控图四、HAS 的层次方框图用户登录用户信息比对登录家庭自动化系统进入主系统灯光控制家电控制环境控制保安控制进入子系统进入子系统进入子系统进入子系

15、统室内灯光室外灯光定时响应定时响应空调温度 、 湿度传感器控制相应反馈花园洒水喷头泳池温度 、 水量控制设备喷头控制设备游泳池响应反馈控制响应反馈控制视频监控门窗监控监控监控报警录像图五、家庭自动化系统的数据流图4、 运行需求3总体设计3.1 处理流程（1）在用户登录时进行检查：控制不同的用户使用系统的权限。（2）对用户的管理：包括对用户信息的增加、删除和修改。（3）对指定时间内的操作记录进行管理：包括查看操作记录、手工删除操作记录、记录一次操作以及对失败的操作记录进行自动清除。（4）查看设备的状态：包括对连接到系统控制器中的所有设备的状态以及是否出现异常现象进行查看。（5）控制子系统接受主系

16、统发送的信息；以及向子系统设备发送信息；控制子系统将子系统发送的信息发送给指定的设备。（6）对设备进行监控:包括启动监控设备、停止监控设备、监控设备中。（7）对系统中的设备进行管理：包括增加新设备以及删除已经连接到系统中的设备。3.2 总体结构和模块外部设计在应用系统总体设计中，以 Servlets 为前端控制器，负责管理用户的登录，以及数据的获取等。以会话 Bean 实现系统的工作流，将会话 Bean 作为一个外观，来封装应用程序的业务逻辑，业务逻辑再通过实体 Bean 组件来操作相关数据，从而形成 HAS 系统的总体结构体系。S e r v l e t sG U I会话外观实 体B E A N请求图六、系统总体设计结构4接口设计4.1 用户接口本系统的用户界面如下所示:菜单快捷功能键区用户输入界面（系统显示界面） 提交区图 4-1 用户登录界面4.2 外部接口本系统采用 C/S 模式，由 C+实