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1、 .学士学位论文题 目： 智能家居手机控制家电系统 分 院：专 业：班 级：学 号： 姓 名： 指导教师：摘 要随着人们生活水平逐渐的提高，大家对生活质量的要求也就越来越高，从而推动了智能家居的发展，随着普通家庭使用家电设备渐渐增多，迫切的需要集中控制家电设备。如此同时，智能手机性能的提升以与互联网的发展，使得智能手机已成为人们生活中不可缺少的一部分，以后将成为智能家电控制系统的主流控制终端。 在这样的背景下，本文研究智能家居手机控制家电系统，该系统以wifi通信技术为基础，以Android智能手机作为终端控制，安装手机APP，向系统发送命令来达到对家电的控制。因条件限制，本课题中手机对家电的
2、控制将采用模拟的方法，即通过智能手机控制LED的亮灭来代替手机对家电的控制。关键词：智能家居 智能手机 Android wifi目 录第一章 绪论51.1 课题背景51.1.1 课题来源51.1.2研究意义51.2国外研究现状与发展趋势（含文献综述）61.2.1国外研究现状：61.2.2国研究现状 ：71.2.3发展趋势与文献综述：71.3本课题研究容101.4 章节安排10第二章 相关技术研究与分析122.1 Wi-Fi 技术研究122.1.1 Wi-Fi 网络的基本结构122.1.2 Wi-Fi 网络工作原理142.2 本章小结15第三章 基于智能手机的家居控制系统的总体分析与设计163.
3、1 系统总体需求分析163.1.1 功能性需求163.1.2 非功能性需求173.2 系统的设计原则173.3 系统总体设计183.3.1系统网络结构设计193.3.2系统体系结构设计与模块功能分析193.4 本章小结21第四章 手机控制端的详细设计与实现224.1 家电控制224.1.1家电控制的实现234.2 入网设备注册234.3 手机控制端软件设计代码234.4 本章小结27第五章 系统服务端的详细设计与实现285.1 网络服务的设计与实现285.1.1 Wi-Fi 网络服务模块285.2 命令解析的模块的作用295.3 命令处理的设计与实现295.4 用手机控制LED灯来模拟手机控制
4、家电系统电路图305.5 本章小结31第六章 结束语336.1 本文工作336.2 总结与展望34第一章 绪论本章主要阐述本文写作的课题来源、研究现状、研究意义以与研究目的。1.1 课题背景1.1.1 课题来源智能家居是物联网在家庭中的体现，不只是为人们提供了安全、便利、舒适的生活设施，而且还可以保证人们居住环境环保节能。随着越来越多的家电逐渐的走进了千家万户，所以很多家庭迫切的需要集中地对家电进行控制，因此需要引入智能家居。智能家居主要是通过无线通信技术来控制家庭中的家电设备，如电灯设备、空调设备、电视设备、冰箱设备等。 目前，智能家居控制系统主要是采用以下三种控制方案：（1）键盘、红外线遥
5、控器、触摸平板等作为控制终端，这些方式需要对控制终端的软硬件分别进行设计，设计成本较高，此外它们仅支持本地控制不能实现远程控制；（2）PC 机作为控制终端，这种方式存在非常明显的成本高、不易携带、体积大等问题，不能满足现代智能家居控制系统的需求；（3）手机作为控制终端，这种方式为用户提供方便的、快捷的、统一的控制终端，但是目前采用手机作为控制终端的系统大多采用按键的方式，用户体验不好，而且操作复杂。 随着智能手机的日益普与，智能手机可通过自身的各种传感器、蓝牙、Wi-Fi、GSM 等多种方式控制智能家电，为用户提供多种交互方式，其成为智能家居的主流控制终端是智能家居控制系统未来发展的趋势。基于
6、 Android 操作系统的智能手机发展迅速，据市场研究公司 IDC 发布最新的报告显示，安装 Android 操作系统的手机市场占有率已经达到 75%。2011 年 Google 在 I/O 年度开发者大会上公布AndroidHome 项目，该项目使用 Android 手机或者平板电脑控制电灯、咖啡机、无线立体声系统，使基于 Android 系统的设备进入智能家居领域，可以预见基于Android 系统的远程控制系统将成为智能家居控制系统的重要组成部分。1.1.2研究意义随着计算机和网络通信技术的迅速发展，家居的信息化程度越来越高，人们希望随时随地控制家居，创造更加智能化、自动化、人性化的居住
7、环境。人们希望远程控制电饭煲、热水器等，回到家便可以吃饭洗澡；希望远程监控室环境，随时了解家庭情况，尤其是家中有孤寡老人或小孩子；目前，智能家居已经可以与家庭外部环境进行信息的交互，使得这一切逐渐变为现实，正逐渐改变人们的工作方式和生活方式，家庭的自动化、智能化将逐步进入人们的日常生活。 伴随智能家居的不断发展，进入家庭中的智能家电也越来越多，对各种家居设备的控制越来越重要，因此研究智能家居控制系统是非常必要的。智能家居控制系统的研究使用户更加方便控制家电设备，提高家居生活的便利性，已经成为智能家居系统中不可或缺的组成部分。1.2国外研究现状与发展趋势（含文献综述）自 1998 年以来，信息、
8、家电、通信厂商开始广泛关注智能家居控制领域，许多公司将智能家居控制系统作为公司的战略发展项目，如 IBM、Microsoft、HP、Intel、Cisco、3Com、Ericsson、Sony 等计算机软硬件、家电、通信厂商纷纷投资于智能家居控制产品的研发与设计。 经过多年的发展，智能家居控制系统经历以下三个阶段：（1）家庭电子化，主要是没有构成网络的单个电器；（2）住宅自动化，部分的家电为了实现某个单一功能构建简单的网络；（3）家居智能化，所有家电通过网络相互连接、相互配合工作，为用户提供安全、舒适的家庭生活。1.2.1国外研究现状：在智能家居控制系统的研究和开发方面，欧美国家起步较早，目前
9、处于领先地位。近年来，以谷歌、迪斯尼公司与国际商用机器公司（International Business Machines，IBM）等为首的多家国外知名企业，先后投身于智能家居控制系统的研究和开发中。例如：谷歌的 AndroidHome 项目、迪斯尼公司与微软、惠普共同设计的 Innoventions Dream Home、IBM 公司开发的 Home Director 等均以日趋稳定的技术和强大的研发能力设计和提供了智能家居控制系统的解决方案。国外主要的产品有： 1. X-10 系统，X-10 系统将 220V 的电力线作为家庭网络的信息传输介质，通过电力线传播 X-10 信息来实现对智能家
10、居的控制。由于该系统具有成本高、部署难度大的缺点，在国一直没有打开市场。 2. 电气安装总线（Electrical Installation Bus，EIB）系统，该系统以预埋总线作为传输介质通过中央控制的方式进行家居控制。 3. 8X 系统 ，该系统使用预处理总线作为信息传输介质，通过集中控制方式来实现家居控制，具有良好的扩展性并且技术比较成熟。 4. AndroidHome，随着智能手机的日益普与，2011 年 Google 推出此智能家居控制方案，该方案利用 Android 智能终端与中央控制器进行通信，中央控制器通过 2.4GHz 转 900MHz 转换器将控制命令发送给相关装置，实现
11、对灯、饮水机等设备的控制，可以播放无线立体声音响系统，目前该方案还在研发当中。1.2.2国研究现状 ：智能家居控制系统在国发展比较晚，目前也有一些企业使用国外提出的技术推出了自己的产品，主要有： 1. 海尔的“e 家庭”，该系统将海尔电脑和海尔手机分别作为控制中心和移动数字控制中心，同时将网络家电设备作为终端设备。这样使用海尔的产品可以打造出一个完整的“e 家庭”。 2. 清华同方的 e-home 数字家园，该系统遵循国际家居控制系统的技术标准，采用嵌入式软硬件技术提供符合中国国情的家庭自动化产品。 3. 科龙集团的“现代家居信息服务集散控制系统”，该系统以基于 OSGi规的家庭服务器为控制中
12、心，在家庭外兼容各种网络通信技术，为用户提供远程家电控制和家庭娱乐的服务。 目前，国的智能家居控制系统产品具有操作复杂、价格高、部署难的特点，与国外同类产品相比还有一定的差距。不过相信随着对智能家居控制系统的研究，国会设计出操作简单、成本低的智能家居控制系统。目前，国的智能家居控制系统产品具有操作复杂、价格高、部署难的特点，与国外同类产品相比还有一定的差距。不过相信随着对智能家居控制系统的研究，国会设计出操作简单、成本低的智能家居控制系统。1.2.3发展趋势与文献综述：智能家业的发展趋势:智能家居一直有着解决方案性能单一、价格高、难以规模推广的发展瓶颈,但随着国家经济的发展和人民生活水平的提高
13、,物联网智能家居的应用需求日益增强,物联网智能家居行业将打开新的局面。智能家居涉与装修、通信、网络电子传感器、家电等多个领域,渗透到生活的各个方面,可带动多个行业共同发展。之前的智能家居概念,各子系统不能统一控制,相互协调,网络的潜能、优势尚未有效的开发,而物联网智能家居则会打破这一局面。所以只能家居的发展趋势非常好。文献综述：浅析智能家居发展方向（千家网）：随着市场的逐步打开与时代的发展，智能家居的发展方向逐步从偏技术转向偏用户。家庭能源管理、用户体验、开放式的家庭信息平台以与个性化的增值服务逐渐成为各厂商重点投入的方向。简单的无线部署以往智能家居系统的综合布线使得智能家居产品一直悬于市场的
14、高端。装修前需要专业人士的设计和布线也是制约智能家居发展的一大因素。为解决有线弊端，数字无线技术在全球得到大规模发展，其便利、灵活、无盲点等特征倍受青睐。也许几年之后，综合布线将会成为人们记忆中的往事。家庭能源管理随着全球能源问题日渐突出，节能减排是必然的发展趋势。而智能家居系统能实现实时统计家电的用电情况，能够根据情况自动切断待机电器的电源，这样即方便我们控制家电又能做到节能环保。据统计，如果每个人都与时关闭待机电器的电源，节省的电能可以供应东北三省所有的家庭用电。以一户普通三室户为例，如果与时关闭待机电器电源，可以为其节省约33%左右的电。可见智能家居系统在家庭能源管理方面能为节能减排做出
15、不小的贡献。用户体验随着iPhone的诞生，人们对手机的体验有了全新的认识和体验。逐渐地用户开始对产品的外观、使用提出了更高的需求，使得用户体验越来越占有智能家居产品的重要地位。更快捷的控制方式、更简单的操作界面、更多平台的终端控制、更自然的人机交互过程给智能家居厂商提出了更高的要求。一个优秀的智能家居产品必需要一套优秀的用户体验方案来支撑。针对拥有众多不同情况的用户就需要考虑更多的细节。比如软件的控制流程要尽可能简单，应用结构也要尽可能简单，让老人或小孩都能很方便的进行操作。同时，在界面设计中，按钮要尽量清晰，尽量大，并且按照符合人们日常习惯进行颜色的区分，比如红色代表警告，灰色代表取消等等。另外还要根据不同的终端设备设计不同的界面布局。比如触摸手机一般是单手操作，所以在界面布局时就要考
